一種快速低價(jià)臨時(shí)便橋的修建方法

徐基立，王邵銳，張江濤

（1.重慶交通建設(shè)（集團(tuán)）有限公司，重慶 401147;2.重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶 400074）

一種快速低價(jià)臨時(shí)便橋的修建方法

徐基立1，王邵銳2，張江濤2

（1.重慶交通建設(shè)（集團(tuán)）有限公司，重慶 401147;2.重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶 400074）

提出一種快速低價(jià)的臨時(shí)便橋的修建辦法，即采用鋼筋籠填石墩作為橋梁下部結(jié)構(gòu)，可就地取材，無須處理基底，承載力要求低，對(duì)基底變形適應(yīng)性強(qiáng);提出箍筋設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化計(jì)算方法，探討了鋼筋籠填石墩的合理形狀。

臨時(shí)便橋;鋼筋籠填石墩;工作原理

在遇公路橋梁大修改造或自然災(zāi)害后的救急搶險(xiǎn)情況下，均有快速修建臨時(shí)便橋的需求。采用傳統(tǒng)方法修建橋梁，其基礎(chǔ)和下部結(jié)構(gòu)通常需要較長(zhǎng)的時(shí)間，難以滿足經(jīng)濟(jì)快速修建臨時(shí)便橋的需要，為此，筆者提出一種快速低價(jià)的臨時(shí)便橋的修建辦法，能就地取材，無須處理基底，承載力要求低，對(duì)基底變形適應(yīng)性強(qiáng)，活載產(chǎn)生的墩底應(yīng)力增量較小，與以往的臨時(shí)便橋相比，能更快速、高效地建成滿足承載能力的橋梁，保證交通運(yùn)輸?shù)臅惩ā?/p>

1 快速低價(jià)臨時(shí)便橋的結(jié)構(gòu)方案

在重慶市某縣城內(nèi)大橋的封閉改造施工中，需修建快速低價(jià)的臨時(shí)便橋，根據(jù)河床斷面，該臨時(shí)便橋布置為4跨（圖1），共設(shè)4個(gè)鋼筋籠填石墩和一個(gè)石砌橋臺(tái)，與兩岸便道相連。鋼筋籠填石墩采用3 m直徑的圓形鋼筋籠內(nèi)填塊石堆砌而成（圖2）。每個(gè)鋼筋籠填石墩腳用大塊石堆砌以防沖刷（圖3）［1-2］。

圖1 便橋總體布置（單位:cm）Fig.1 Profile of the temporary bridge

圖4 便橋斷面Fig.4 Section of the temporary bridge

2 鋼筋籠填石墩構(gòu)造及工作原理

2.1 鋼筋籠填石墩構(gòu)造

該便橋鋼筋籠填石墩采用3 m直徑等截面圓形鋼筋籠，內(nèi)填塊石，墩頂鋪20 cm厚混凝土面板。鋼筋籠豎直鋼筋間距30 cm，橫向箍筋間距25 cm。

2.2 擴(kuò)大基礎(chǔ)－低承載能力要求

鋼筋籠填石墩的原理與擴(kuò)大基礎(chǔ)類似，一般采用上小下大的圓臺(tái)型，墩底直接作用在承載基地上，通過大截面尺寸的墩底將荷載有效的分散，使得墩底對(duì)承載力的要求較低。根據(jù)基底受壓平均應(yīng)力計(jì)算公式:

式中:N為從上部傳遞到基底的荷載，包括活荷載和填石墩自重，kN;A為基底底面面積，m2。

由于鋼筋籠填石墩基底面面積A較大，能有效分散上部傳遞的荷載，基底承受的平均應(yīng)力相對(duì)較小。因此，對(duì)基底承載能力要求較低，適用性較強(qiáng)，能夠直接應(yīng)用于未經(jīng)處理的河床上。

幾種不同尺寸的鋼筋籠填石墩在結(jié)構(gòu)自重作用下產(chǎn)生的墩底應(yīng)力（其中塊石容重取為20 kN/m3;鋼筋籠填石墩高5 m;墩頂面直徑2 m;鋼筋籠填石墩空隙率取為30%）見表1。

表1 結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的墩底應(yīng)力Tab.1 Parameters of seepage property for sandstone

從表1可知，采用鋼筋籠填石墩對(duì)基底承載力的要求較低:墩高為5 m時(shí)，墩底截面尺寸為4～6 m對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的墩底應(yīng)力為72.92～40.19 kPa;墩高為7 m時(shí)，墩底截面尺寸為4～6 m對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的墩底應(yīng)力為102.08～84.26 kPa。據(jù)查資料，一般砂卵石土的承載能力為400～600 kPa，能夠滿足鋼筋籠填石墩對(duì)基底承載力的要求。

2.3 基底變形的自調(diào)節(jié)、自適應(yīng)性

鋼筋籠填石墩中，鋼筋籠僅在周圍形成套箍對(duì)內(nèi)部填石起約束作用，而在底部，填石不受鋼筋籠的約束。在向鋼筋籠填石的過程中，鋼筋籠填石墩底部的填石可以根據(jù)基底的形狀及變形自適應(yīng)的調(diào)節(jié)其堆積方式，使得鋼筋籠填石墩對(duì)基底的變形適應(yīng)性較強(qiáng)。

使用過程中，基底的變形會(huì)造成鋼筋籠填石墩底部不均勻沉降，但是，鋼筋籠填石墩內(nèi)填石為松散結(jié)構(gòu)，下部的不均勻沉降可以通過相互嵌擠填石的內(nèi)部自我調(diào)整來適應(yīng)，基底的不均勻變形傳至墩頂混凝土面板將是一種微小的均勻下沉，對(duì)簡(jiǎn)支靜定的上部結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生附加內(nèi)力，影響較小。

2.4 活載產(chǎn)生的墩底應(yīng)力增量

該臨時(shí)便橋僅為人行橋，考慮人群荷載為3.5 kN/m2，便橋主梁寬度 1.5 m，鋼筋籠填石墩左右各為6 m跨徑的主梁?？紤]每跨主梁的人群荷載平均分配給左右相鄰墩。一個(gè)鋼筋籠填石墩所承受的活荷載為1.5 ×6 ×3.5=31.5（kN）。

不同墩底尺寸的鋼筋籠填石墩在活荷載作用下產(chǎn)生的墩底應(yīng)力（表2）。

表2 活荷載產(chǎn)生的墩底應(yīng)力Tab.2 Stress sheet on the pier bottom due to live load

由表可見，墩高5 m，墩壁坡度為1.25∶1 ～2.5∶1時(shí)，活荷載產(chǎn)生的墩底應(yīng)力僅占總荷載產(chǎn)生的墩底應(yīng)力的百分比為1.9% ～3.4%，所占比重均小于5%，這一比例對(duì)工程設(shè)計(jì)來說，通?？梢砸暈榭山邮艿恼`差范圍。換言之，在這樣的恒活載比例下，若鋼筋籠填石墩能夠安全承受結(jié)構(gòu)自重，則一般可以作為臨時(shí)便橋安全使用。

3 箍筋設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化計(jì)算方法

計(jì)算假設(shè):鋼筋籠填石墩中，填石充滿整個(gè)鋼筋籠，且認(rèn)為填石對(duì)鋼筋籠產(chǎn)生的壓力類似于水壓力;由于鋼筋籠內(nèi)部用鋼絲網(wǎng)防止填石外漏，認(rèn)為箍筋空隙間的壓力傳遞給鄰近的箍筋［3-4］。

鋼筋籠填石墩中，處于內(nèi)摩擦角θ以上部分為不穩(wěn)定部分，該部分處于非平衡狀態(tài)，會(huì)對(duì)鋼筋籠產(chǎn)生壓力。而穩(wěn)定部分，處于自身平衡狀態(tài)不會(huì)對(duì)鋼筋籠產(chǎn)生壓力。計(jì)算時(shí)，偏安全的考慮兩部分均對(duì)鋼筋籠產(chǎn)生壓力，其計(jì)算圖如圖5。

圖5 鋼筋籠填石墩簡(jiǎn)化計(jì)算Fig.5 Simplified calculation of the piers enrockment in the reinforcement cage

鋼筋籠填石墩箍筋為最不利箍筋，取該箍筋作為研究對(duì)象。該箍筋的影響范圍為h，即相鄰箍筋間距。單根箍筋受到的水平線荷載［5-8］:

式中:q為單根箍筋受到的水平線荷載，kN/m;H為鋼筋籠填石墩的高度，m;h為鋼筋籠箍筋豎向間距，m;γ為填石容重，kN/m。

對(duì)于單根箍筋，取一半為脫離體，如圖6。

則箍筋所受到的拉力F為:

則應(yīng)采用的箍筋截面積為:

式中:k為安全系數(shù);F為箍筋所受到的拉力，kN;A為一道箍筋截面積，m2;fsd為箍筋抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度，MPa;q同上。

以上是已知箍筋間距h，估算出箍筋截面積A。同樣，可以通過已知箍筋截面積A，估算出箍筋間距h。

圖6 箍筋計(jì)算Fig.6 Calculation for stirrups

4 鋼筋籠填石墩優(yōu)化形狀探討

如圖7，形狀1為下大上小的梯形斷面，抗傾覆，力矩為G1×a/2（G1為梯形墩自重與上部荷載之和）;形狀2為上下等大的矩形斷面，抗傾覆力矩為G2×a/2（G1為矩形墩自重與上部荷載之和）;形狀1材料用量較小，且對(duì)鋼筋籠壓力較小，迎水面較小;而形狀2材料用量相對(duì)較大，且對(duì)鋼筋籠壓力較大，迎水面較大。

圖7 鋼筋籠填石墩形狀Fig.7 Diagram of the shape of the piers enrockment in the reinforcement cage

從表3可知，形狀1、形狀2均有較強(qiáng)的抗傾覆能力。但形狀2對(duì)鋼筋籠產(chǎn)生較大壓力，而形狀1較小;且形狀2墩頂截面較大，材料用量大，造成浪費(fèi)，對(duì)基底承載力要求高于形狀1。因此，形狀1下大上小的梯形斷面為較為理想的鋼筋籠填石墩形狀。

表3 鋼筋籠填石墩形狀對(duì)比Tab.3 Shape contrast of the piers enrockment in the reinforcement cage

5 結(jié)論

筆者提出一種快速低價(jià)臨時(shí)便橋的修建方法，通過分析，得出如下結(jié)論:

1）該方法能夠就地取材，無需處理基底，施工方便迅速，能夠低價(jià)快速的完成臨時(shí)便橋的架設(shè)。

2）鋼筋籠填石墩由于擴(kuò)散作用，對(duì)基底承載能力要求較低;填石為松散結(jié)構(gòu)，對(duì)基底變形適應(yīng)性較強(qiáng);活載對(duì)墩底應(yīng)力的增量較小，設(shè)計(jì)時(shí)主要由恒載控制。

3）提出箍筋設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化計(jì)算方法，已知箍筋間距h與箍筋截面積A任意一個(gè)參數(shù)，能夠估算出另一參數(shù)，對(duì)實(shí)際工程具有參考價(jià)值。通過對(duì)2種不同的鋼筋籠填石墩形狀的對(duì)比分析，認(rèn)為下大上小的梯形形狀是較為理想的鋼筋籠填石墩形狀。

（References）:

［1］ 程曉春.臨時(shí)便橋的狀態(tài)評(píng)估及相應(yīng)養(yǎng)護(hù)工作探討［J］.鐵道建筑，2009（3）:12-14.

CHENG Xiao-chun.Study on condition assessment and corresponding maintenance work of temporary bridge and［J］.Railway Engineering，2009（3）:12-14.

［2］ 李學(xué)軍，李云峰.交通保障臨時(shí)便橋研究與施工設(shè)計(jì)應(yīng)用［J］.河北水利水電技術(shù)，2004（3）:21-22.

LI Xue-jun，LI Yun-feng.Research and application of construction and design on temporary bridge for traffic guarantee［J］.Hebei Water Resources and Hydropower Engineering，2004（3）:21-22.

［3］ 姚玲森.橋梁工程［M］.北京:人民交通出版社，1985.

［4］ 范立礎(chǔ).橋梁工程:上冊(cè)［M］.北京:人民交通出版社.

［5］ JTG D 62—2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［6］ JTG D 60—2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［7］ 周志祥.高等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［8］ 葉見曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理［M］.北京:人民交通出版社，1997.

Fast and Low-cost Construction Method of Temporary Bridge

XU Ji-li1，WANG Shao-rui2，ZHANG Jiang-tao2
（1.Chongqing Communications Construction Group Co.，Ltd.，Chongqing 401147，China;
2.School of Civil Engineering＆ Architecture，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China）

A was to build fast and low-cost temporary bridge was proposed.The piers enrockment in the reinforced cages were used as bridge infrastructure.With local materials which are unnecessary to process basement and low demand of capacity，the method could highly adjust to basal deformation.A simplified method of stirrups design was proposed;a reasonable type of the piers with enrockment in the reinforcement cage was discussed.

temporary bridge;piers enrockment in the reinforcement cage;working principle

U 443.22

A

1674-0696（2011）05-0931-03

10.3969/j.issn.1674-0696.2011.05.010

2011-05-16;

2011-05-20

徐基立（1970-），男，安徽懷寧人，高級(jí)工程師，主要從事道路橋梁施工技術(shù)的研究工作。E-mail:xujili@163.com。