郭 東 平

(中鐵二十五局集團(tuán)第一工程有限公司，廣東 廣州 510405)

鐵路D16型便梁用于公路便橋施工技術(shù)

郭 東 平

(中鐵二十五局集團(tuán)第一工程有限公司，廣東 廣州 510405)

對鐵路D16型便梁在鐵路中—活載及公路—Ⅰ級荷載作用下的受力性能進(jìn)行了分析，提出了完全可用于公路便橋的數(shù)據(jù)計算，并對用于公路便橋橋面及基礎(chǔ)進(jìn)行了設(shè)計和計算，通過實際應(yīng)用，達(dá)到了預(yù)期的效果。

D16便梁，荷載，檢算，設(shè)計，施工

1 工程概況

因新建廣珠鐵路白坭河特大橋海心洲上橋墩及連續(xù)梁的施工需要，需修建一座鋼便橋跨越輔航道，將海心洲與陸上連通，確保海心洲上橋梁施工材料運(yùn)輸和施工機(jī)械設(shè)備通行。

鋼便橋全長131.76 m，橋面寬3.5 m，共7跨，在橋跨中間設(shè)一通航孔，通航凈寬20 m，凈高3.5 m，最高通航水位采用洪水重現(xiàn)期5年一遇水位標(biāo)高3.194 m；鋼便橋中間跨為平坡，中間往兩端各設(shè)5%縱坡。橋兩側(cè)采用角鋼欄桿，并在墩位處設(shè)置避車臺。

鋼便橋采用公路—Ⅰ級荷載設(shè)計，限速5 km/h?；A(chǔ)采用φ630×8 mm鋼管樁；為充分利用公司現(xiàn)有的材料及設(shè)備，中間3孔采用貝雷梁，兩側(cè)4孔采用鐵路D16型便梁。貝雷梁為公路便橋定型產(chǎn)品，施工時按產(chǎn)品設(shè)計圖安裝即可；鐵路16型便梁為鐵路便橋定型產(chǎn)品，用于公路便橋，需進(jìn)行荷載計算及橋面設(shè)計。

2 D16型便梁簡介

D16型便梁適用于既有線或站場的橋涵施工，它的最大優(yōu)點(diǎn)是在不中斷鐵路行車的情況下，利用它進(jìn)行橋涵的開挖和施工，并且具有運(yùn)輸和拆裝方便的特點(diǎn)。D16型便梁為下承式板梁，由縱梁、橫梁、牛腿、結(jié)點(diǎn)板、擋碴板、斜桿、定位角鋼、鋼軌扣件和各種連接件組成，單孔重245.497 kN；其主要尺寸見表1。

表1 D16型施工便梁主要尺寸

3 D16型便梁用于公路便橋的可行性分析

D16型便梁用于鐵路便橋時限速60 km/h,其設(shè)計荷載是鐵路中—活載；公路便橋的特點(diǎn)是重載慢速，可按公路—Ⅰ級荷載進(jìn)行設(shè)計。下面分別計算其所能承受的鐵路荷載和公路荷載。

3.1 承受鐵路荷載計算

鐵路荷載以影響線載入法求內(nèi)力。根據(jù)TB 10002.1—2005 J 460—2005鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范附錄C查得：

q1/2=119.4 kN/m，q0=137.7 kN/m。

活載動力系數(shù)：按《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》4.3.5-3公式，動力系數(shù)計算式為：

D16便梁荷載圖如圖1所示。

跨中彎矩影響線如圖2所示。

跨中彎矩計算如下：

M=(1+μ)·q1/2s=1.499×119.4×1/2×16.08×4.02=5 784.796 kN·m。

支座端剪力影響線如圖3所示。

最大剪力計算如下：

Q=(1+μ)·q0s=1.499×137.7×1/2×16.08×1=1 659.555 kN。

3.2 D16便梁承受公路荷載計算

根據(jù)JTJ D60—2004公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范查得“公路—Ⅰ級”車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk=10.5 kN/m,集中荷載Pk=224 kN。

根據(jù)JTJ D60—2004公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范條文說明式(4-3)計算D16便梁的自振頻率：

其中，l為D16便梁的計算跨徑，取l=16 m;E為D16便梁的彈性模量，E=2.1×1011N/m2;Ic為D16便梁跨中截面的截面慣性矩，Ic=0.007 829 177 04 m4；mc為D16便梁跨中每米品質(zhì)，mc=445.554 Ns2/m2。

介于1.5～14.0之間，沖擊系數(shù)為：μ=0.176 7lnf1-0.015 7=0.416。

最大跨中彎矩：

最大支座剪力：

3.3 荷載比較與結(jié)論

由上計算列表比較如表2所示。

表2 鐵路與公路荷載比較表

由表2可知，同樣16.08 m的跨度，鐵路按60 km/h限速，公路不限速的條件下，鐵路“中—活載”作用下產(chǎn)生的內(nèi)力比“公路—Ⅰ級”荷載要大得多，D16型便梁用作公路便橋在承載能力上完全能滿足要求。

4 鋼便橋設(shè)計

4.1 橋面設(shè)計及計算

D16型鐵路施工便梁組裝后橫向凈寬度為3.98 m,大于單車道3.5 m寬的要求，為滿足通行汽車的要求，在橫梁上順縱梁方向密鋪32a槽鋼，具體布置如圖4所示。為確保32a槽鋼在汽車制動力的作用下不發(fā)生縱向滑動，在槽鋼內(nèi)側(cè)焊接直徑為25 mm的鋼筋卡在橫梁上。

由JTG B01—2003公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可得，汽車中、后輪著地寬度及長度為0.6 m×0.2 m。當(dāng)每個后輪單獨(dú)作用在[32a槽鋼上時，其最不利荷載工況如圖5所示。

經(jīng)軟件建模計算得：

工況1:Mmax1=7.07 kN·m，F(xiàn)max1=26.07 kN。

工況2:Mmax2=1.44 kN·m，F(xiàn)max2=47.30 kN。

綜合2種工況得：Mmax1=7.07 kN·m，F(xiàn)smax2=47.30 kN。

結(jié)論:用[32a槽鋼(橫放布置)作為橋面板直接承受車輛荷載滿足要求。

4.2 便橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算

便橋橋墩采用6根φ630×8 mm鋼管樁，橋臺采用3根φ630×8 mm鋼管樁，鋼管樁順橋向間距為2 m，橫橋向間距為3 m。鋼管樁之間采用[12槽鋼連接，具體布置如圖6所示。

4.2.1 橫梁3Ⅰ30工字鋼荷載計算

當(dāng)汽車荷載如圖7布置時，橫梁3Ⅰ30的反力R1最大。

以簡支梁為計算模型,D16型施工便梁G=245.497 kN。

D16型施工便梁左右梁的分配系數(shù)范圍為0.636～1.364。

分配系數(shù)為(0.636,1.363)時：

Rmax=(15×3.28+60×6.28+60×7.68+70×14.68+70×16.08)×1.364×1.416/16.08+G/4=426.519 kN。

Rmin=(15×3.28+60×6.28+60×7.68+70×14.68+70×16.08)×0.636×1.416/16.08+G/4=231.632 kN。

分配系數(shù)為(1,1)時：

Rmax=(15×3.28+60×6.28+60×7.68+70×14.68+70×16.08)×1×1.416/16.08+G/4=329.076 kN。

Rmin=(15×3.28+60×6.28+60×7.68+70×14.68+70×16.08)×1×1.416/16.08+G/4=329.076 kN。

根據(jù)上部計算，橫梁自重q3=1.095 kN/m，橫梁Ⅰ30工字鋼受力取(0.636,1.363)及(1,1)兩組分配系數(shù)計算，取2跨連續(xù)梁進(jìn)行計算(如圖8所示)。

經(jīng)軟件建模計算得：

分配系數(shù)為(0.636,1.363):

Mmax1=218.25 kN·m，F(xiàn)max1=273.26 kN，Rmax1=273.26 kN。

分配系數(shù)為(1，1):

Mmax2=161.09 kN·m,Fmax2=201.80 kN，Rmax2=201.80 kN。

綜合兩種情況得：

Mmax1=218.25 kN·m，F(xiàn)max1=273.26 kN，Rmax1=273.26 kN。

結(jié)論:橫梁采用3根Ⅰ30工字鋼滿足要求。

4.2.2 鋼管樁荷載計算

由橫梁3Ⅰ30工字鋼計算得：最大支座反力為273.26 kN，則鋼管樁單樁承載力P=273.26 kN。鋼管樁打入砂層最小的深度為6 m，根據(jù)《簡明施工計算手冊》P195單樁允許承載力計算公式：

Pa=fjA+∑FfAu。

其中，Pa為單樁垂直承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；fj為樁尖平面處土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m2，鋼管樁施工時不設(shè)置樁尖結(jié)構(gòu)，計算時不考慮樁端阻力；A為樁身的橫截面面積，m2；Ff為樁周土的摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值，取砂的極限摩阻力25 kPa；Au為各土層中樁周表面積。

p=fjA+∑FfAu=3.14×0.63×6×25=296.73 kN>P=273.26 kN。

現(xiàn)場實際施工時，鋼管樁打入砂層的深度不得小于6m。

5 鋼便橋施工

鋼便橋的施工，采用先打入鋼管樁基礎(chǔ)，后吊裝梁體的施工方法。

5.1 便橋管樁基礎(chǔ)施工

鋼管樁施工是鋼便橋施工的重點(diǎn)，采用25t船吊配合DZ45型振動錘插打的施工方法。

鋼管樁采用成品φ630×8mm螺旋鋼管，在鋼管適當(dāng)位置處設(shè)置吊耳。螺旋鋼管分批進(jìn)場后在存放臺存放并覆蓋，在施工過程中通過駁船運(yùn)至施工現(xiàn)場。

施工步驟如下：1)鋼管樁定位：首先根據(jù)便橋設(shè)計位置，建立獨(dú)立施工控制坐標(biāo)網(wǎng)，計算出每根鋼管樁的坐標(biāo)。施工時在墩旁先施打鋼管定位樁，根據(jù)定位樁把墩位上的鋼管樁精確定位出來，并用全站儀復(fù)測定位結(jié)果，在允許偏差范圍內(nèi)方可進(jìn)入下步施工。2)打入鋼管樁：鋼管樁用船吊配合振動錘進(jìn)行打入。用船吊起吊底節(jié)鋼管樁至設(shè)計樁位并插樁，讓鋼管樁自沉入土，待下沉穩(wěn)定后，用船吊將振動樁錘與液壓夾鉗吊至鋼管樁頂口，用液壓夾鉗將鋼管樁頂口夾住，檢查樁的垂直度符合要求后，方可開動振動錘，每次振動持續(xù)時間不得超過10min～15min，過長則振動錘易遭到破壞，太短則難以下沉。每根樁的下沉一氣呵成，不可中途停頓或較長時間的間隙，以免樁周土恢復(fù)造成繼續(xù)下沉困難。沉入過程中如果發(fā)現(xiàn)管樁傾斜超標(biāo)(≥1%)，立即停止下沉重新調(diào)整后方可繼續(xù)施工直至設(shè)計位置。若管樁樁位偏差大、鋼管樁振裂或折斷，則拔出重打。打入鋼管樁逐排進(jìn)行，排樁間距符合要求后，進(jìn)入下排施工。單根樁節(jié)按起吊高度控制最大為15m，單根樁長超過15m分為2節(jié)，底節(jié)鋼管樁入土至適當(dāng)深度時，移去振動錘進(jìn)行接樁。用船吊將頂節(jié)鋼管樁就位后，進(jìn)行兩節(jié)樁的焊接；鋼管接長采用全斷面焊縫連接，并在接縫四周焊接8塊綴板保證連接強(qiáng)度。樁與樁之間焊接質(zhì)量經(jīng)檢查合格后，船吊換上樁錘重新進(jìn)行打樁，直至將樁打到設(shè)計深度。一個墩位鋼管樁打入完成，樁位、貫入度及排樁間距符合要求后，進(jìn)入下個墩臺鋼管樁施工。3)鋼管樁連接。鋼管樁成排施工完成后，在管樁頂部用[12槽鋼焊接樁間縱橫向的連接支撐，支撐主要采用剪刀式，以將墩位的鋼管樁連成整體，增加整個結(jié)構(gòu)的抗力能力和穩(wěn)定性。4)分配梁吊裝。鋼管樁頂端設(shè)Ⅰ30工字鋼分配梁以做梁部支座。工字鋼采用成品，用船吊運(yùn)送，并吊裝至設(shè)計位置后，與鋼管樁樁頂已焊接的鋼板焊接相連接，同時在工字鋼兩側(cè)加焊三角支撐，以加強(qiáng)工字鋼側(cè)向穩(wěn)定。

5.2 便梁安裝

D16型施工便梁散件運(yùn)至施工現(xiàn)場后，在臨時碼頭上分類堆碼并清點(diǎn)各類配件數(shù)量；便梁安裝總體順序：先安裝兩片縱梁，然后逐根安裝橫梁。

用船吊或汽車吊將各縱梁和橫梁吊至駁船上，然后運(yùn)至設(shè)計位置吊裝就位。

便梁安裝嚴(yán)格按《D型施工便梁使用說明書》要求進(jìn)行。

5.3 施工技術(shù)保證措施

1)鋼管樁施工前需進(jìn)行試樁，記錄每下沉1m的錘擊時間和全樁的總錘擊時間，在剩余1m左右時，記錄每10cm的錘擊時間，取最后10cm的每分鐘平均值作為停打貫入度；最終貫入度的取值，取復(fù)打最后10cm所需時間每分鐘的平均值；貫入度單位以mm計。2)鋼管樁復(fù)打需用停打時同一設(shè)備，復(fù)打需“休息”后進(jìn)行，因管樁大部分需穿越粗、中砂和粉細(xì)砂層，因此，按TB10203—2002，J162—2002鐵路橋涵施工規(guī)范要求不少于3d。3)鋼管樁施工時采用兩種方法控制：第一，不能少于根據(jù)地質(zhì)勘察報告提供的建議摩阻力計算沉入樁長，第二，采用DZ45型振動錘，停打貫入度小于試樁最終貫入度。4)鋼管樁傾斜率控制在1%以內(nèi)，平面位置偏差在10cm以內(nèi)。5)鋼管樁打設(shè)到位后，按設(shè)計標(biāo)高將多余部分割除，表面加焊10mm鋼板，鋼板與鋼管之間必須滿焊。兩根工字鋼翼板之間必須加焊，且焊縫總長不少于40cm。工字鋼盡量擺在鋼管中心，偏位不大于10cm。6)鋼管樁頂部與工字鋼的連接采用預(yù)留槽口并焊接為一體。

6 結(jié)語

廣珠鐵路白泥河特大橋跨白泥河輔航道鋼便橋采用4跨鐵路D16型便梁作公路便橋，自2008年8月初投入使用，2011年12月底白泥河主跨施工完畢后拆除，在歷時3年多的使用過程中，便橋的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性能完全滿足通行施工車輛及大型設(shè)備的要求，充分利用了公司的現(xiàn)有設(shè)備。

[1] 中鐵寶橋天元實業(yè)發(fā)展有限公司.D型施工便梁使用說明書[Z].2004.

[2]TB10002.1—2005，鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范[S].

[3]JTGD60—2004，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].

[4]JTGB01—2003，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5] 江正榮.簡明施工計算手冊[M].第3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

On application of railway D16-type beam in road makeshift bridge construction technique

Guo Dongping

(No.1EngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway25thBureauGroup,Guangzhou510405,China)

The paper analyzes the stressed performance of railway D16-type beam under railway live load and road -Ⅰlevel load, points out it can be used in the data calculation of road makeshift bridge, and undertakes the design and calculation of bridge and foundation of road makeshift bridge, so the expected effect can be achieves according to factual application.

D16 beam, load, calculation, design, construction

1009-6825(2015)07-0180-03

2014-12-27

郭東平(1973- )，男，工程師

U445

A