丘陵季节性河道钢便桥设计及施工技术

摘要：以成家岸武江钢便桥施工为例，阐述了地处湘粤坳褶束季节性河道便桥施工方案设计计算、施工技术，通过建立有限元分析模型，对钢便桥进行整桥分析、墩顶加载分析、单跨跨中加载分析及流水压力分析检验结构设计的安全性、合理性，介绍了钢便桥砾岩河床桩基施工方法、防冲刷、防洪水等技术措施，为同类型山区河道便桥设计及施工提供参考。

关键词：丘陵；季节性河道；钢便桥；设计计算；施工技术

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1 工程简介

成家岸武江钢便桥桥址区属低山丘陵地貌，在区域构造上属于湘粤坳褶束中的粤北凹褶束与粤中坳褶中的连龙坳褶束的接壤处，构造发育，以南北向华夏系构造为主；武江河随季节变化明显，河床基岩为微风化砾岩，强度高，稳定性好；通航等级为Ⅷ级。

成家岸武江钢便桥全长100m，共10跨，单跨跨径10m；基础采用Φ630×8钢管桩，具体结果详见图1。钢便桥连通武江两岸，负责施工两岸电缆、管道、施工车辆、机械设备、材料的运输及施工人员交通通道。

图1.1 武江钢便桥横桥向构造图

2 设计计算

2.1 设计荷载

2.1.1 整桥分析车道荷载

便桥设计车道荷载选用公路-I级车道荷载，见图2。

⑴ 均布荷载标准值：；

⑵ 集中荷载：依据内插法求得；

⑶ 结构基频；

⑷ 冲击系数；

⑸ 计算剪切效应时，集中荷载取1.2倍的效应系数。

2.1.1 桥梁局部分析车辆荷载

桥梁局部分析设计车辆荷载采用《公路桥涵设计通用规范》（JTG-2004）第4.3.1中第5条规定的车辆荷载形式，见图3。

图2 车道荷载

图3车辆荷载

2.2 荷载组合

⑴ 荷载组合Ⅰ：自重+1.45×车道荷载（均布荷载+集中荷载）；

⑵ 荷载组合Ⅱ：自重+1.45×车道荷载（均布荷载）+1.2×1.45×车道荷载（集中荷载）；

⑶ 荷载组合Ⅲ：自重+1.45×车辆荷载；

2.3 计算工况

工况一：整桥分析；

工况二：墩顶布载；

工况三：单跨跨中布载；

表1 汽车荷载计算工况表

2.3 整桥分析

利用有限元分析软件Midas Civil，依据便桥实际结构尺寸，建立整桥分析模型，计算车辆通过便桥时，各构件受力情况。边界条件：钢管桩桩底固结，纵梁I56b与横梁I45b刚性连接，边跨纵梁I56b桥台处固结。荷载按工况表中要求布置。

2.4 墩顶布载分析

建立有限元分析模型，计算车辆荷载通过墩顶时便桥各构件受力情况；荷载按工况表中要求布置。

2.5 局部单跨跨中布载分析

建立有限元分析模型，计算车辆荷载通过单跨跨中时便桥各构件受力情况；荷载按工况表中要求布置。

2.6 结果整理

通过对以上三种车辆荷载工况分析，计算整理各构件的位移、组合应力、剪应力结果成表，得出在汽车荷载作用下，成家岸武江钢便桥满足安全施工使用要求。

3 便桥流水压力计算

建模计算流水压力对钢便桥的影响时，考虑最不利情况，钢管桩高度取河床最低水位到桥面的距离8.6m，按最高洪水位169.45m计，漫过桥面7.45m，水流速度取最大暴雨流速5m/s，考虑便桥构件自重。

3.1 流水压力

流水压力计算按式3-1，分别计算钢管桩、纵梁I56b的流水压力。

通过以上公式计算得到，考虑最不利情况，流水压力合力作用点设在钢管桩顶部；，以均布荷载方式全长布置，；荷载组合为自重+流水压力。

3.2 计算分析

通过建立流水压力作用下钢便桥有限元分析模型，计算各构件的位移，组合应力，剪应力、抗倾覆能力及I14加固工字钢的抗剪能力，将结果整理成表，得出洪水季节流水压力作用下，武江钢便桥能满足安全施工使用要求。

4 施工技术

4.1 施工工序

成家岸武江钢便桥施工工序见图4。

4.2 施工要点

4.2.1 桥台修筑

桥台处钢管桩打设完成后，放样出桥台锥坡线位置，打设两排4m长的φ15mm的木桩，入土2.5m，桩距为30cm，在围堰内侧堆砂袋，在台背2m范围内堆石碴土，筑岛压实铺设便道。

⑴ 桥台设计为“U”型木桩围堰锥坡；

⑵ 桥台填土必须密实，面层用6%水泥石粉稳定层压实，层厚30cm。

⑶ 桥台顶面标高应为162.0-0.56=161.44m。

图4 便桥施工工序图

4.2.2钢管桩下沉

⑴ 便桥钢管桩采用汽车吊配60振动锤施打，最小打入深度不得小于20cm；

⑵ 考虑到河床砾岩坚硬，钢管桩无法打入，又要满足防冲刷及洪水要求，设计用1.5m直径水泥管涵内套钢管桩，将管涵与河床接触位置用水下混凝土密封，内浇筑C25混凝土固定管桩；

⑶ 确保管桩顶平面偏差应小于2cm，倾斜小于1%。

4.2.3防冲刷方案

除用水泥管涵内套钢管桩放冲刷外，在便桥搭设时请钻井队伍进场，再从钢管桩旁（混凝土管涵内）钻孔，孔深3.5m(钻入河床深度2m)，埋入I14型钢，在孔内灌满混凝土；每个墩上游钻2个孔，下游钻1个孔。

便桥服役期间，派人时常观测便桥钢管桩的冲刷情况，对于冲刷过大的位置采用抛砂袋、片石等方法进行维护；

4.2.4桥面结构安装

⑴ 钢管桩打好之后，测量出桩顶设计标高，按照长割短接原则，将桩顶全部找平，横桥向焊接剪刀撑。

⑵ 在桩顶上隔出支点梁位置的切口，加焊牛腿，两I45b上下翼缘相互靠紧，与牛腿顶板加焊牢固。

⑶ 铺设纵梁，56号工字钢在墩上搭接时注意错位连接。

⑷ 在横梁上安放纵梁及花纹钢板，花纹钢板间断续加焊固定，为防止偏载对桥梁的不利影响，在桥面纵向铺Φ6钢筋标识车辆行驶轨迹。

⑸ 在桥面横梁上加焊栏杆，考虑到洪水期，河水上涨至桥面时，上游垃防护栏阻挡，栏杆采用Φ48×3.5钢管，高度1.2m，设计为可拆卸形式。

5、总结

⑴ 粤北丘陵季节性河流水位变化大，型钢框架型式钢便桥不易阻水，利于漂浮物通过；

⑵ 河床砾岩坚硬钢管桩难以打入，故通过外套水泥管涵并在管涵内浇筑混凝土的方式来防止冲刷管桩基础；

⑶ 为防止洪水期因流水压力引起便桥倾覆，在水泥管涵混凝土内钻孔，置入工14加固型钢，保证置入河床深度不小于2m，上游布置两根，下游布置一根；

⑷ 护栏设计成可拆卸形式，当水位漫至桥面时，拆除护栏，可防止阻挡漂浮物，减小倾覆力，增强桥的抗倾覆稳定性。

参考文献：

[1] 中华人民共和国交通运输部 .JTG/F 50-2011 公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2] 中华人民共和国交通部 .JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范[S]. 北京：人民交通出版社，2004.

[3] 向中富等 .桥梁施工工程师手册[M]. 人民交通出版社，2011.