深圳地鐵3號線田貝站大跨度鋼便橋施工技術(shù)

李 贊 張佩浩

深圳地鐵3號線田貝站位于深圳市羅湖區(qū),該明挖車站橫穿田貝四路與翠竹路交叉十字路口,車站在施工期間要保持交通暢通?？缭浇Y(jié)構(gòu)的田貝四路為四車道的主干道,車流量大,為解決上下行通行問題,需搭設(shè)兩座雙車道便橋。根據(jù)其道路行車條件,荷載取值為恒載+汽車—超20和恒載+掛車—100兩種組合荷載,橋梁跨度定為24 m。由于工期很緊,采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁不能保證工期,經(jīng)過市場調(diào)查,無法租到強(qiáng)度較高的軍用梁搭設(shè)便橋,最終決定采用321型貝雷架搭設(shè)便橋來實(shí)現(xiàn)交通疏解。由于在這種荷載及跨度情況下采用普通321型貝雷架搭設(shè)鋼便橋沒有相似業(yè)績可供參考,但該鋼橋經(jīng)過精心設(shè)計(jì)和施工,最終經(jīng)受了大流量汽車荷載反復(fù)沖擊的考驗(yàn);橋下車站開挖石方爆破震動影響的不利因素考驗(yàn)。施工過程中地面交通正常,橋梁變形符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求,達(dá)到了交通導(dǎo)流的預(yù)期效果,保證了車站按時(shí)完工。

1 工程概況

深圳地鐵 3號線田貝站位于深圳市羅湖區(qū),車站全長504.815 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800厚地下連續(xù)墻,施工采用明挖法和蓋挖順筑法的聯(lián)合施工方法,基坑開挖深度約18 m～26.0 m。

車站主體沿翠竹路呈南北走向,本站途經(jīng)地段為老城區(qū),南接翠竹站,北接水貝站,車站需橫穿田貝四路十字路口,交通流量大,地下管線復(fù)雜?？傮w施工方案確定為:明挖車站施工期間不能中斷交通。這就要求在田貝四路十字路口處進(jìn)行交通導(dǎo)改,須搭設(shè)四車道雙向臨時(shí)便橋來解決問題,經(jīng)過對現(xiàn)場施工條件的認(rèn)真分析,最終確定搭設(shè)兩座雙車道鋼便橋。

2 橋梁方案的確定

車站所處的十字路口為羅湖區(qū)交通要道,經(jīng)統(tǒng)計(jì),翠竹路方向公交車線路多達(dá)23條,田貝四路方向公交線路有12條,再加上數(shù)量眾多的私家車、貨柜車、土方運(yùn)輸車等,對便橋的搭設(shè)提出了很高要求。根據(jù)其車輛特性,荷載考慮采用恒載+汽車—超20和恒載+掛車—100兩種荷載組合荷載,由于原田貝四路為四車道,決定上下行分別搭設(shè)兩座雙車道便橋。

由于便橋的跨度大、承重大,首先考慮了采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土橋,但由于采用現(xiàn)澆混凝土橋整個施工過程及自身混凝土強(qiáng)度齡期時(shí)間過長等問題,對工期影響太大,不能滿足進(jìn)度要求。后又考慮采用場外預(yù)制鋼筋混凝土橋梁,但是由于車站所處地理位置為繁華老城區(qū),大型橋梁運(yùn)輸車很難將預(yù)制梁運(yùn)到現(xiàn)場,即便能夠運(yùn)到現(xiàn)場吊裝就位的起重設(shè)備也無法就位,從而放棄了該方案。后考慮采用軍用梁搭設(shè)便橋,軍用梁的自身強(qiáng)度滿足承載力的要求應(yīng)當(dāng)沒有問題,但經(jīng)過市場調(diào)查,軍用梁在深圳地區(qū)很難租到,最終考慮采用當(dāng)?shù)卮钤O(shè)便橋普遍使用的普通321型貝雷架。由于橋梁跨度達(dá)到24 m,且采用雙車道,經(jīng)查閱相關(guān)資料,這種大跨度雙車道便橋采用普通321型貝雷架搭設(shè)沒有相似業(yè)績可供參考,最終經(jīng)過精心設(shè)計(jì)和施工,利用現(xiàn)有材料解決了問題。

3 鋼便橋的設(shè)計(jì)與施工

3.1 鋼便橋結(jié)構(gòu)尺寸的確定

鋼便橋橫跨車站呈東西向布置,以便解決田貝四路路口交通問題,車站主體結(jié)構(gòu)基坑在設(shè)便橋處凈寬為22.5 m,考慮支座尺寸,則橋凈跨度取24 m為鋼橋計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。

臨時(shí)道路的曲線半徑為25 m,道路寬度為10 m,兩機(jī)動車道寬8.5 m,人行道寬2 m。鋼便橋尺寸參照既有道路尺寸標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 鋼便橋的設(shè)計(jì)

臨時(shí)鋼便橋所使用的支撐體系為普通裝配式公路鋼橋(321型貝雷架),裝配式公路鋼橋?yàn)槿笜?gòu)架,銷接組裝,采用高強(qiáng)度鋼材焊制。桁架拼裝用單銷或螺栓連接,重量較輕,運(yùn)輸拆裝較方便,桁架每片尺寸為3 m×1.5 m×0.08 m。

3.2.1 設(shè)計(jì)驗(yàn)算

采用有限元軟件建立全橋有限元模型,有限元模型見圖1。

模型中均采用梁單元,機(jī)動車道橫橋向共設(shè)置20片主桁,等間隔0.45 m布置,機(jī)動車道橋面全寬8.5 m。主桁架之間設(shè)置上、下橫梁,上、下橫梁沿橋梁縱向間隔1.5 m布置。上橫梁采用2×Ⅰ20工字鋼(2根 20號工字鋼);下弦橫梁采用2×[10(2根10號槽鋼)。同時(shí)考慮橫梁與主桁弦桿間連接方式的影響,兩片主桁間間隔設(shè)置支撐架,支撐架在縱橋向間隔3 m?？紤]到實(shí)際工程中多支座很難共同受力,因此計(jì)算模型中取24 m裝配式簡支梁兩端支撐條件如圖2,圖3所示。

計(jì)算結(jié)論:1)恒載+汽車—超20和恒載+掛車—100兩種荷載組合下,主桁桿件內(nèi)力滿足承載力的要求。2)汽車—超20和掛車—100靜活載作用下,24 m裝配式簡支梁跨中撓度滿足規(guī)范要求。3)如果能夠增加梁端主桁支座數(shù)量并提高支座共同受力程度,則可大大減小結(jié)構(gòu)桿件尤其是主桁豎桿、斜桿的軸力。

3.2.2 橋梁構(gòu)造

主梁采用32片桁架梁,321型貝雷架主桁架凈寬3 m,便橋處基坑凈寬為20.3 m～22.1 m。因此選取24 m跨度作為鋼便橋的設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)。

橋梁主要由主梁桁架、支撐架、橋端構(gòu)件(端柱及橋座板)、橋面系統(tǒng)及連接件等組成。

本工程單片貝雷片組成形式為8件標(biāo)準(zhǔn)桁架片外加一個陰頭端柱和一個陽頭端柱,每片桁架片寬8 cm,桁架片之間用桁架銷子連接,兩片桁架架設(shè)在一個橋梁支座上,兩片桁架片之間用支撐架連接組成貝雷梁,每片貝雷梁寬53 cm,桁架片與片之間中心間距為45 cm,凈距為37 cm,貝雷梁高1.50 m,鋼便橋機(jī)動車道貝雷梁與貝雷梁之間凈距22 cm,人行道貝雷梁與貝雷梁之間凈距70.5 cm,鋼便橋背后擋墻高度與梁同高,并與地面高相對應(yīng),各片貝雷梁之間采用橫向連接系連接,上部采用兩根20號工字鋼橫梁連接,下部采用兩根10號槽鋼橫梁連接。

為降低橋梁自重,橋面采用與20工字鋼等高方木滿鋪,方木上方鋪設(shè)16 mm鋼板,鋼板上用鋼筋加焊防滑條,如圖4所示。

3.3 鋼便橋施工工藝流程

符合橋臺間距及標(biāo)高→鋪設(shè)鋼橋支座→在地面拼裝貝雷架→逐片安裝貝雷架→安裝橋梁橫向連接系→安裝橋面方木→鋪設(shè)橋面鋼板→焊橋面防滑條→安裝防護(hù)欄桿→做橋梁荷載試驗(yàn)同時(shí)觀測橋梁變形→橋頭安裝車輛慢行限速標(biāo)牌→組織橋梁驗(yàn)收→開放交通→定期對橋梁連接件進(jìn)行檢查。

4 結(jié)語

田貝站橫穿田貝四路十字路口主體結(jié)構(gòu)部分經(jīng)過10個月的施工,現(xiàn)已順利完工。工程施工過程中使用貝雷架搭設(shè)的大跨度鋼便橋經(jīng)受了深圳地區(qū)強(qiáng)暴雨、重載大流量交通運(yùn)輸車輛的反復(fù)沖擊及橋下基坑爆破施工反復(fù)震動等不利因素的考驗(yàn)。保證了施工過程中地面交通的正常運(yùn)行,橋梁變形符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求,達(dá)到了節(jié)省工程造價(jià),加快施工進(jìn)度的目的。

[1]李光明.高速鐵路32 m現(xiàn)澆箱梁跨鐵路施工方案[J].山西建筑,2008,34(8):330-331.