跨徑240m貝雷鋼便橋及平臺的冰面施工

趙家強，王占飛

(沈陽建筑大學 交通工程學院 沈陽市 110168)

哈爾濱是中國最具特色的以冰雪為主題的旅游城市，在松花江及冰面上展開了許多旅游項目。筆者介紹了在冰面上修建鋼便橋的施工方法，利用自然環(huán)境節(jié)約成本，加快施工進度，同時進行了鋼便橋的設(shè)計驗算，為同類工程提供參考。

1 工程概況

龍井至大蒲柴河高速公立07標段主線全長9.92km，路線在沙河屯南跨越五道白河，設(shè)五道白河大橋一座。中心樁號K131+862，交角90°。橋梁全長787m，橋?qū)?×12.5m，上部采用13×30m+6×40m+5×30m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱(T)梁，下部采用柱式墩，U臺、柱式橋臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

五道白河多受降水影響，4月至6月為平水期，6月至9月為豐水期，10月至3月為枯水期。水庫100年頻率水位545m，2000年頻率水位547.35m。本橋起點側(cè)地形起伏較大，尤其是橫向地面變化較大，但地層簡單，表層為3.5～6m強風化玄武巖，其下為7m圓礫，再以下強風化巖混合巖，最下面為中風化混合巖。庫區(qū)范圍內(nèi)及終點側(cè)底層簡單，表層為3.5～10.5m圓礫，再以下強風化巖混合巖，最下面為中風化混合巖。

根據(jù)橋梁所在位置、水文條件及地形地貌等，確定在K131+862處架設(shè)一座最大跨徑為240m的施工鋼便橋，如圖1所示，跨越五道白河，作為龍蒲高速07標段主線上材料、機械設(shè)備的運輸通道，同時為五道白河大橋下部結(jié)構(gòu)施工提供作業(yè)平臺。

2 鋼便橋的冰面施工

2.1 冰面承載能力的確定

鋼便橋開始施工日期為2017年1月3日，當天最低氣溫為-18℃，冰層厚度120cm。鋼便橋施工工期為兩個月，自開工后兩個月，最低平均溫度低于-18℃。根據(jù)冰面承載力經(jīng)驗公式計算冰面最大承載力。

P=4h2=4×120×120=57600kg=576kN

式中：P—冰層最大承載力(kg)；

h—冰層厚度(cm)。

2.2 便橋標高的確定

十一月十二日通過外業(yè)勘測，確定便橋0#臺(即大橋13#墩)主線里程樁號為K131+862，便橋16#橋臺(即五道白河大橋19#墩)為K132+102主線里程樁號。現(xiàn)水面標高為544.5m，設(shè)計最高洪水位545m，最終確定便橋橋面標高為548m。五道白河水庫現(xiàn)為蓄水期，根據(jù)圖紙所給水深，13#～19#墩水深都達20m左右(圖紙勘測設(shè)計提供，包括地質(zhì)資料)。

2.3 便橋結(jié)構(gòu)形式

便橋中心距五道白河大橋中心21m。根據(jù)施工要求，考慮運輸車輛噸位，設(shè)計單孔跨徑15m，橋面凈寬6m，單向通行，最重車輛荷載為80t，全橋16孔，全長16孔×15m/孔=240m。采用單層雙排上下加強型雙橫梁桁架(貝雷架)便橋，如圖1所示。

圖1 加強型雙橫梁桁架

2.4 鋼便橋施工

考慮五道白河大橋計劃施工工期為三年，同時也考慮了施工生產(chǎn)，并結(jié)合受力情況計算確定：

五道白河便橋下部采用外徑630mm、壁厚10mm鋼管。

蓋梁：鋼管施工完畢后，按標高切齊，管頭用1cm厚鋼板封口，上面先順橋向放三根25B型3m長工字鋼，再橫橋向放三根25B型工字鋼，做為鋼管樁上墩臺蓋梁。鋼管間用10cm×10cm×1cm的角鋼做斜支撐焊好連接。

便橋上部采用長3m、高1.5m、寬0.65m的貝雷式桁架，單層雙排上下加強結(jié)構(gòu)。主桁架和加強弦桿之間用高強螺栓連接，桁架與桁架、加強弦桿與加強弦桿之間用高強銷子連接，桁架上安裝雙橫梁，橫梁上直接鋪裝鋼橋面，便橋每延米自重約為1.2t。

鋼便橋采用上乘式，即橋面在貝雷桁架之上，兩側(cè)設(shè)置護欄及木方，確保行車安全。

鋼管底端用鋼管自身切割，焊接成圓錐體，以便于擠密樁周圍的土，增大摩阻力。

由于施工條件影響，打樁選用履帶吊配合振拔機施工。如圖2所示。

由于便橋施工位于水庫中，屬于靜水區(qū)，所以不考慮水流和流冰影響。

便橋全長240m，并且便橋兩端均能自由伸縮，所以不考慮在便橋中間設(shè)伸縮縫。

桁架：結(jié)構(gòu)如圖3示，該便橋采用雙排單層上下加強形式，即雙排鋼桁架單層布設(shè)，雙排桁架用支撐架并排連在一起，桁架上下用高強螺栓和加強弦桿連在一起，外間距為0.62m，桁架下弦桿上用兩根抗風拉桿連接。

圖2 履帶吊配合振拔機打樁

圖3 桁架、蓋梁及弦桿

橫梁：如按影響線計算，每節(jié)桁架設(shè)置兩根橫梁，但考慮到土方重量較重，所以每節(jié)桁架上設(shè)置四根橫梁，橫梁用夾具和縱向桁架固定。同時用斜支撐和桁架連接增加便橋橫向穩(wěn)定性，橫梁上的卡子用來固定鋼橋面。

縱梁鋼橋面：由于該橋為鋼橋面，所以沒有縱梁(即縱梁變成鋼橋面)。在橫梁上設(shè)四塊縱向橋面，通過橫梁上的卡扣來固定。

斜撐：用于增加便橋的橫向穩(wěn)定，上端與桁架支撐架孔相連接，下端連在橫梁矮柱上，每根桁架各安裝一對斜撐(便橋開口處除外)。

支撐架：是桁架用的連接構(gòu)件，用撐架螺栓連接于第一排與第二排桁架之間，使桁架整體受力，在每節(jié)桁架頂面(即加強弦桿頂面)的中間水平各安置一片。

橫梁夾具：用來固定橫梁位置，當橫梁置于桁架的橫梁墊板上就位后，將夾具拉桿的凸頭扣在橫梁缺口下面，端部帶鉤的懸梁穿過桁架豎桿上的長方形孔并勾于其上。

抗風拉桿：連接于桁架下弦桿(或下面加強弦桿上)的抗風拉桿銷口，用自帶小銷子連接，增加便橋橫向抗風穩(wěn)定性。

2.5 水上平臺施工

龍蒲高速公路07標段，跨越五道白河水庫，大橋13#～18#墩位于水庫深水區(qū)，(根據(jù)設(shè)計資料，最大水深達22m)。無法進行圍堰筑島施工，只能采用先搭水上平臺，在平臺上進行鉆孔樁、系梁、墩柱、蓋梁施工，下部工程完成后，再把平臺拆除。水上施工平臺具體施工方法如下：

2.5.1平臺的平面位置和幾何尺寸

平臺的大橋中心線為基線，左側(cè)距便橋外側(cè)18.35m，右側(cè)距平臺邊墩13.65m，即平臺橫橋向32m長，縱橋向12m寬，平臺橫橋向中心線與樁位中心線不重合，即平臺屬于偏心搭設(shè)，如圖4所示。

圖4 冰上施工平臺

2.5.2平臺的施工方法

平臺的施工方法和便橋相同，放出鋼管樁位置，在冰上用軌道式打樁機打入鋼管樁(樁的直徑)樁位處的實際水深固定，暫時按照設(shè)計水深，采用外徑630mm，壁厚10mm的鋼管樁，打完樁后按標高切平，用10mm厚鋼板封口，鋼管上面橫橋放三根25B型工字鋼。25B工字鋼上縱橋向鋪32B工字鋼，每1.5m一根，32B工字鋼上橫橋向鋪10cm的工字鋼，每35cm一道，10cm的工字鋼上縱向鋪6cm厚跳板。

2.5.3平臺與便橋的連接

在搭設(shè)平臺時，把與之相鄰的便橋的桁架整孔拆除(便橋設(shè)計時已考慮)，形成開口，從便橋上直接可以上平臺，便橋開口處的鋼管和平臺的鋼管用10cm×10cm×1cm的角鋼焊接，使平臺和便橋形成一個整體，增加二者的穩(wěn)定性，便橋的鋼橋面與平臺10B工字鋼相連。

2.5.4平臺的防護

平臺搭設(shè)完成后，四周用10B工字鋼做臺柱，用Φ20鋼筋焊成護欄，護欄上掛安全網(wǎng)，每個平臺外側(cè)掛不少于5個救生圈。

每個平臺上計劃用一臺鉆機，配備兩個2m×2m×6m的泥漿箱，循環(huán)使用，用泥漿車外運渣。鋼筋籠用吊車下，用混凝土罐車直接上平臺澆注樁。

2.5.5護筒

下護筒采用兩種方法，水淺處用25t或50t吊車下，水最深處擬用龍門吊下。

(1)護筒制作運輸

護筒采用現(xiàn)場制作，即大橋6#～13#墩處用2cm厚鋼板現(xiàn)場加工焊接，用機械吊運至平臺上。

(2)護筒的連接

護筒吊運到平臺上立起，上下兩節(jié)之間接口對齊焊接，一周焊完后，護筒焊接處再焊8塊30cm×60cm×1cm鋼板對焊口進行補強，焊完一節(jié)后用吊車吊起放入水中，直至河底。

(3)護筒的對中和校正

護筒對中，下護筒前，先通過測量在平臺上放出樁中心點，然后向外栓樁，拆開平臺上跳板工字鋼，按栓樁在平臺上做第一個定位架(用型鋼焊)。然后再用錘球把中心點垂到水面，貼水面用型鋼做第二個定位架(與鋼管樁連接)。再在平臺上3m高處做第三道定位梁，然后用吊車吊起護筒放進3個定位架之中，邊連接邊下沉。

(4)護筒下沉

護筒邊連接邊下沉，當護筒下到河底表面后，用振拔機夾住護筒，借助振動力下沉，使護筒底面下至河底5～6m。

(5)護筒下沉到位后，拆除上面定位架進行鉆孔。

2.6 冰面施工經(jīng)驗總結(jié)

(1)施工前，應(yīng)對冰面進行處理，清除積雪、雜物等對施工不利的因素。

(2)在冰上作業(yè)首先應(yīng)開鑿冰眼，測量冰層厚度，根據(jù)經(jīng)驗公式計算冰面承載能力，確保施工安全可靠。若冰面承載能力不足，可采用加筋等方法增強冰面承載力。

(3)當鋼護筒長度超過15m時，應(yīng)設(shè)計鋼護筒直徑大于50cm，壁厚大于8mm，這樣強度比較可靠。焊縫的質(zhì)量十分關(guān)鍵。

(4)護筒下沉過程中，若遇到振拔機長時間振動，護筒依然無法下沉的情況，說明下面的巖層較硬，建議停止震動，在樁底增做擴大基礎(chǔ)，增加護筒樁的穩(wěn)定性。

(5)冰面施工需采取必要的防滑措施，例如撒砂子或鋪草袋、麻袋、無紡布等。

2.7 安全施工風險防范措施

(1)施工前確定冰上荷載情況，并對冰面承載力進行計算，確保安全后才可進行施工。

(2)施工時護岸段兩端鋪筑施工道路，利用冰上道路形成單循環(huán)。做好施工路線標記，在施工區(qū)域兩邊插上旗幟，對車輛行駛路線設(shè)立醒目警示標識。拉好警戒線，嚴謹盲目施工。

(3)安排人工鋪設(shè)無紡布，要求鋪設(shè)順直，不能有扭曲和褶皺，也不能拉得過緊，同時兩條布搭接長度為10cm，采用縫合搭接。

(4)在冰面施工作業(yè)時，先要試行，探索進行，荷載不能集中堆放，要分散。

(5)對冰面施工人員進行安全指導(dǎo)，機械設(shè)備操作人員及車輛駕駛?cè)藛T需具備豐富的駕駛經(jīng)驗。

(6)施工現(xiàn)場所有人員每人都配備棉質(zhì)安全帽、帶有反光條救生衣和安全蠅，保證安全。

(7)現(xiàn)場施工管理員及施工班組和冰面巡視人員、車輛駕駛員、機械設(shè)備操作手必須配備有效通信設(shè)備(對講機)，以確保發(fā)生安全隱患時及時溝通和預(yù)警報告。

(8)每天施工結(jié)束時要查看冰面，及時排查安全隱患。

3 結(jié)語

天然的冰面為施工提供作業(yè)場地，采用冰面施工方法可以節(jié)約成本，加快工程進度。對自然環(huán)境的合理利用，體現(xiàn)了人與自然和諧共處的生態(tài)理念。本項目施工方案可供相關(guān)單位借鑒參考。