钢便桥设计与搭设方案

钢便桥设计与搭设方案一、工程概况与设计条件该钢便桥为施工临时通行设施，设置于主桥位上游约20m处，跨越现有河道。桥位处河道常水位宽度约30m，水深1.8m～2.6m，河床表层为粉质黏土，下部依次为中砂、碎卵石及强风化泥岩。便桥主要承担桥梁下部结构及上部结构施工期间的混凝土运输车、钢筋运输车、汽车吊及部分履带吊通行任务。结合施工组织安排，便桥设计使用年限按临时结构考虑，连续使用时间按18个月控制。主要技术指标如下表：项目技术参数说明桥跨布置3×12m全长36m桥面宽度4.5m含两侧防护栏杆行车道宽度3.5m单向通行设计车速5km/h桥头设置减速设施设计荷载55t重载车辆单轴最大轴重按18t控制主梁形式321型贝雷梁5排单层桥面板8mm花纹钢板满铺焊接基础形式混凝土桥台+钢管桩桥墩两岸桥台、河中墩二、设计依据与主要技术标准本方案设计依据现场地形、地质、水文及施工交通组织要求编制，主要遵守以下标准及原则：临时结构应满足强度、刚度、稳定性和抗倾覆要求；结构选型应便于安装、拆除和材料周转；设计计算应采用极限状态法，并结合施工临时荷载特点留有适当安全储备；对河流行洪影响应降至最低，桥底标高应高于施工期最高洪水位，并满足漂流物通过要求。主要执行标准包括《公路桥涵设计通用规范》《公路钢结构桥梁设计规范》《钢结构设计标准》《建筑结构荷载规范》《建筑施工安全检查标准》以及现行临时结构施工质量验收有关规定。当现场条件与设计假定不一致时，应及时复核调整。三、结构选型与总体布置（一）上部结构上部结构采用321型贝雷梁，全桥共布置5排，横向中心距0.9m，两侧各悬挑0.45m。每跨贝雷梁由标准3m贝雷片4片拼成12m，节点连接采用钢销及保险销。5排贝雷梁之间设置标准支撑架和水平撑，形成整体受力体系。贝雷梁上弦设置横向分配梁，采用I25a工字钢，顺桥向间距1.0m，与贝雷梁上弦杆通过U型螺栓可靠固定。横向分配梁上满铺8mm花纹钢板桥面板，板缝不大于10mm，并与分配梁断续焊接，焊缝长度不小于30mm。（二）下部结构两岸桥台采用C30混凝土重力式桥台，台身高1.8m，顶宽1.2m，底宽2.0m，基础埋深不小于1.5m，底部设100mm厚C15混凝土垫层。桥台顶预埋500mm×500mm×20mm钢板及地脚螺栓，用于固定贝雷梁端部。河中墩采用Φ529×10mm钢管桩，每墩横向布置4根，间距1.5m，桩顶设双拼I45b工字钢横梁。钢管桩入土深度根据地质条件不小于8m，实际终沉以贯入度和桩底标高双控。钢管桩之间采用[16a槽钢设置剪刀撑和横撑，增强整体稳定性。（三）桥面附属桥面两侧设防护栏杆，栏杆高度1.2m，立柱采用Φ48×3.5mm钢管，间距2.0m，设置上下两道横杆，底部设180mm高踢脚板。栏杆涂刷红白相间警示漆。桥头设置限载牌、限速牌、安全警示标志及夜间警示灯。四、设计荷载与荷载组合（一）恒载主要包括贝雷梁、支撑架、横向分配梁、桥面板、栏杆及连接件自重。经统计，上部结构恒载标准值按6.5kN/m取值，单跨12m恒载总重约78kN。（二）活载1.车辆荷载：按55t重载车辆控制，前轴轴重8t，中轴轴重18t，后轴轴重18t，轴距前中4.0m、中后1.4m，轮距1.8m，轮胎接地面积按200mm×600mm考虑。车辆冲击系数取1.1。2.人群及施工荷载：桥面人行及零星堆载按3.0kN/m²考虑，不与重车作用同时组合。3.横向风荷载：按当地10年一遇基本风压0.35kN/m²计算，作用在梁体及车辆侧面。4.水流力：钢管桩承受水流压力，按流速2.0m/s计算，作用方向顺水流。（三）荷载组合强度及稳定验算采用基本组合：1.2恒载+1.4活载+1.4×0.6风荷载+1.4×0.7水流力；刚度验算采用标准组合：1.0恒载+1.0活载；桥台抗倾覆及基础承载力验算采用1.0恒载+1.0活载+1.0风荷载+1.0水流力。临时结构安全等级按二级控制，结构重要性系数取1.0。五、主要结构验算内容（一）贝雷梁主梁验算以12m简支单跨建立计算模型，5排贝雷梁按横向分配系数法计算。活载按55t重车最不利位置布载，考虑冲击系数后，单跨最大跨中弯矩为2418kN·m。5排贝雷梁横向不均匀系数取1.25，单排承担最大弯矩为605kN·m，小于321型贝雷梁单排单层容许弯矩788.2kN·m；最大剪力为202kN，小于单排单层容许剪力245.2kN。跨中最大挠度为24mm，小于L/400=30mm，满足要求。（二）横向分配梁验算I25a工字钢横向分配梁按简支梁计算，计算跨度取相邻贝雷梁中心距0.9m。车辆轮压按最不利位置作用于分配梁跨中，轮压标准值90kN，冲击系数1.1，分配梁最大弯矩29.7kN·m，最大剪力72.6kN。经计算，I25a工字钢截面抵抗矩为402cm³，弯曲应力为70MPa，小于Q235钢材容许应力170MPa；挠度为1.1mm，小于L/400=2.25mm，满足要求。（三）桥面板验算桥面板按支承于横向分配梁上的连续板计算，取单轮作用宽度600mm，轮压作用面积200mm×600mm。8mm花纹钢板在90kN轮压作用下，局部弯曲应力为148MPa，小于Q235钢材容许应力170MPa；板面挠度为2.8mm，小于允许值3.0mm，满足使用要求。为减小板面变形，在纵向板缝下设置通长角钢加劲。（四）钢管桩基础验算河中墩钢管桩单桩竖向承载力按摩擦桩计算，桩侧极限摩阻力标准值在粉质黏土层取25kPa、中砂层取40kPa、碎卵石层取70kPa。桩径Φ529mm，入土深度8.0m，计算单桩竖向承载力特征值约520kN。最大墩顶反力组合值为1860kN，每墩4根桩，单桩最大作用465kN，小于承载力特征值，安全系数约1.12。桩身强度按轴心受压构件验算，长细比满足稳定要求。桩顶横梁双拼I45b弯曲应力和剪力均满足要求。（五）桥台验算桥台按重力式挡土结构验算抗倾覆、抗滑移及地基承载力。台后填土主动土压力按朗肯理论计算，土体容重18kN/m³，内摩擦角28°。经计算，桥台抗倾覆稳定系数大于1.5，抗滑移稳定系数大于1.3。地基承载力要求不低于180kPa，基底最大压应力为152kPa，满足要求。六、主要材料与连接构造（一）钢材贝雷梁主要杆件采用Q355低合金高强度结构钢，支撑架和横向分配梁采用Q235B钢，桥面板采用Q235B花纹钢板，钢管桩采用Q235B焊接钢管。所有钢材应有出厂质量证明书，进场后按批次进行外观检查和力学性能复验，复验合格方可使用。（二）连接材料贝雷梁节点销轴采用30CrMnTi合金钢，保险销采用Q235圆钢。横向分配梁与贝雷梁上弦之间采用M16U型螺栓连接，每根分配梁设置2套U型螺栓。桥面板与分配梁采用E43型焊条手工电弧焊，焊缝高度不小于6mm。钢管桩接长采用全熔透对接焊缝，焊缝等级不低于二级，并按不少于20%比例进行超声波探伤。（三）主要材料表材料名称规格型号单位数量备注贝雷片321型片603跨×5排×4片支撑架标准型个80含水平撑横向分配梁I25a根108每跨36根桥面板8mm花纹钢板㎡16236m×4.5m钢管桩Φ529×10mmm642个河中墩桩顶横梁双拼I45bm18每墩9m桥台混凝土C30m³42两个桥台钢筋HRB400t3.6桥台及预埋件栏杆钢管Φ48×3.5mmm216两侧U型螺栓M16套216分配梁连接七、搭设施工准备（一）技术准备施工前组织技术人员熟悉方案，对便桥中线、高程和跨径进行复核。向作业人员进行安全技术交底，明确拼装顺序、吊装方法、焊缝要求和质量控制点。对进场材料逐批验收，贝雷片应无变形、裂缝和脱焊，销轴孔偏差不大于1mm，钢管桩轴线偏差不大于1/1000且不大于10mm。（二）场地准备两岸桥台位置清表整平，设置临时排水沟。河中墩施工平台可采用驳船或搭设简易钢管平台。吊装作业场地承载力应满足吊车支腿要求，软弱地段铺设钢板或路基箱。（三）测量放线依据控制点放出便桥中心线、桥台边线、钢管桩中心坐标及标高。每跨跨径误差控制在±20mm以内，桥面设计标高应根据施工期水位和防洪要求复核，桥底净空高于常水位不小于2.0m。八、下部结构施工（一）桥台施工桥台基坑开挖至设计基底标高，超挖部分采用C15混凝土回填。先浇筑100mm厚垫层，绑扎桥台钢筋，安装模板。预埋钢板和地脚螺栓位置应准确，平面偏差不大于5mm，标高偏差不大于3mm。C30混凝土一次浇筑成型，振捣密实后进行养护，强度达到设计值80%以上方可进行上部结构安装。台背回填采用碎石土分层夯实，每层厚度不大于300mm，压实度不低于96%。（二）钢管桩施工钢管桩采用25t汽车吊配合振动锤插打。桩位采用全站仪定位，振动锤夹桩后复核桩身垂直度，偏差不大于1%。插打过程中连续观测贯入度和桩顶标高，终沉以设计标高控制为主，贯入度为辅。实际入土深度与计算值偏差超过1.0m时，应停止施工并复核地质。桩顶切割至设计标高后安装双拼I45b横梁，横梁与桩顶采用焊接连接，四周加设连接板。桩间[16a槽钢剪刀撑焊接牢固，节点焊缝长度不小于150mm。（三）偏差控制要求检查项目允许偏差检查方法钢管桩平面位置±50mm全站仪钢管桩垂直度≤1%吊线尺量桩顶标高±10mm水准仪横梁标高±5mm水准仪剪刀撑焊缝无夹渣、气孔外观检查九、上部结构安装（一）贝雷梁拼装贝雷梁在桥头场地预拼，按每跨12m拼成单元。拼装时检查每片贝雷片弦杆、腹杆无变形，节点销轴孔对齐，销轴涂润滑脂后穿入，安装保险销防止滑出。5排贝雷梁拼装完成后安装支撑架，支撑架螺栓应逐个拧紧，不得漏装。（二）贝雷梁安装采用25t汽车吊单跨整体吊装。吊装前在贝雷梁两端设置吊点横梁，吊索与贝雷梁接触处垫木方或橡胶垫保护。起吊离地300mm后暂停检查吊具和结构变形，确认正常后缓慢就位。贝雷梁两端支承长度不小于300mm，与桥台预埋钢板或桩顶横梁接触处设置橡胶垫块。就位后检查跨中起拱值，控制在15mm～20mm。（三）横向分配梁与桥面板安装贝雷梁就位后，从跨中向两端对称安装I25a横向分配梁，间距1.0m，用U型螺栓固定。U型螺栓穿过上弦杆后加垫板和双螺母锁紧，外露丝扣不少于2扣。桥面板从一端向另一端铺设，钢板与分配梁采用断续焊，每段焊缝长度30mm，间隔200mm。板缝不大于10mm，错缝布置，避免通缝。桥面板铺设完成后及时焊接防滑条，防滑条采用Φ12钢筋，间距300mm。十、桥面系与附属设施桥面两侧防护栏杆立柱与横向分配梁端部焊接，立柱间距2.0m，垂直度偏差不大于3mm。上下横杆安装平直，焊接牢固，焊缝打磨光滑。踢脚板采用2mm厚钢板，高度180mm。栏杆全部涂刷红白相间警示漆，每段长度300mm。桥头设置限载55t、限速5km/h、禁止超车、保持车距等标志牌，夜间设置红色警示灯。桥头引道设置减速带和防滑路面，桥面设置夜间照明灯，沿桥长间距6m对称布置。十一、质量验收与荷载试验（一）材料及工序验收所有进场材料应提供质量证明文件，贝雷片和钢管桩需按批次复验。每道工序完成后经现场技术、质量、安全人员联合检查合格后，方可进入下道工序。重点验收项目包括钢管桩平面位置和垂直度、横梁标高、贝雷梁节点销轴、支撑架螺栓、U型螺栓紧固、桥面板焊缝、栏杆焊缝等。（二）静载试验便桥搭设完成后应进行静载试验，加载车辆总重按设计荷载55t控制，加载分三级：第一级30%、第二级60%、第三级100%，必要时加载至110%设计荷载。每级加载后持荷10min，第三级持荷30min。试验过程中测量跨中挠度、支座位移、关键焊缝变形及结构有无异常响声。实测跨中挠度不应大于理论计算值的1.1倍，卸载后残余变形不应大于实测总变形的10%，且绝对值不大于跨径/800。（三）动载试验采用55t重车以5km/h、10km/h速度往返通过便桥，观察结构振动、冲击响应及连接件松动情况。动载试验后应全面检查贝雷梁销轴、支撑架、U型螺栓和焊缝，无松动、开裂即为合格。（四）验收标准检查项目允许偏差或要求检查方法桥面标高±10mm水准仪桥面宽度±20mm尺量栏杆高度±5mm尺量跨中挠度≤L/400且≤35mm静载试验测量残余变形≤10%实测总变形静载试验测量焊缝外观无裂纹、气孔、夹渣外观及探伤十二、使用、维护与拆除（一）使用管理便桥投入使用后实行限载、限速管理，车辆总重不得超过55t，行驶速度不得超过5km/h，重车应单车居中通行，后续车辆与前车保持30m以上距离。严禁车辆在桥面急刹车、转向或长时间停放。桥面不得堆放材料，临时堆载不得超过5kN/m²。（二）日常检查维护每天安排专人巡查，检查桥面板有无翘曲、断裂，焊缝有无开焊，防护栏杆有无松动，桥头标志是否完好。每月进行一次全面检查，重点检查贝雷梁节点销轴有无退出，支撑架螺栓有无松动，横向分配梁有无变形，钢管桩有无冲刷外露，桥台有无沉降、裂缝。雨后及洪水过后应增加检查频次，发现冲刷应及时抛填块石或砂袋防护。（三）维修加固对局部焊缝开裂应及时补焊，并查明原因。贝雷梁杆件出现明显塑性变形、裂纹或节点孔扩大时应更换。桥面板局部破损面积超过0.3m²时应整板更换。钢管桩局部锈蚀深度超过1mm时应除锈补漆，必要时加焊加强板。（四）拆除便桥拆除按照逆序进行，先拆除栏杆和桥面板，再逐跨拆除横向分配梁和贝雷梁，最后拆除桩顶横梁和钢管桩。拆除前应封闭交通，设置警戒区。吊装拆除时各吊点应受力均匀，防止结构突然失稳。拆下材料分类码放，检查合格后周转使用，不得使用变形、开裂或焊缝损伤的构件。十三、安全保证措施（一）组织管理成立便桥搭设安全领导小组，明确技术负责人、现场负责人、专职安全员和作业班组职责。每日作业前进行班前安全讲话，每周进行专项安全检查。特种作业人员须持有效证件上岗，汽车吊司机、起重信号工、电焊工等不得无证操作。（二）水上作业水上作业人员必须穿戴救生衣和防滑鞋，作业平台设置防护栏杆和救生圈。水上吊装作业应选择风浪较小时段，风力大于5级时停止水上吊装。河道内施工应设上下游瞭望人员，防止漂浮物撞击。（三）吊装作业吊装前检查钢丝绳、卸扣、吊耳等吊具，确认无断丝、变形和裂纹。吊装区域设置警戒线，无关人员不得进入。起吊、就位时由专职信号工统一指挥，不得斜拉斜吊。贝雷梁较长时采用两根缆风绳控制方向，防止碰撞。（四）临时用电现场临时用