水電站常用的三類臨時橋設(shè)計簡介

毛穗豐，趙占超，游選成，高立寶

(中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院，四川 成都 610072 )

1 前 言

目前我國水電站建設(shè)常采用臨時橋，主要有以下三類橋型，即貝雷桁架梁橋、貝雷桁架吊橋和索道橋。本文論述的水電站臨時橋梁，除索道橋外，其余兩種均為采用定型貝雷鋼桁架作為受力主梁的橋型結(jié)構(gòu)形式，其最突出的共同特點是施工建設(shè)快、使用年限短。交通部門常采用的公路鋼梁橋或鋼吊橋，由于工期較長、造價較高，不在本文討論之列。

2 貝雷桁架梁橋

貝雷桁架梁橋即采用貝雷桁架架設(shè)而成的橋梁。經(jīng)濟跨度一般不超過50m，適用于跨越較窄河流，因此在中小型水電站建設(shè)中使用較多。對于河道寬、水淺的情況，可以在河流中間設(shè)置橋墩，做成連續(xù)結(jié)構(gòu)的型式。貝雷桁架臨時梁橋的貝雷桁架主要有兩種型式：一種為321型或100型，321型為我國生產(chǎn)的戰(zhàn)備公路鋼橋桁架，100型為英國貝雷桁架，兩者主梁均為米字形桁架。100型貝雷桁架為英制，321型公路鋼橋桁架為公制，兩種器材細部尺寸不能混用。我國常把國產(chǎn)的321型公路鋼橋桁架也稱作“貝雷桁架”[1]，考慮到這種習(xí)慣叫法，為簡化，本文將此種結(jié)構(gòu)型式的鋼桁架統(tǒng)一稱為“貝雷桁架”。321型貝雷桁架梁高為1.4m(上下銷孔之間的距離)，長度為3m(見圖1)。隨著社會的發(fā)展，對貝雷桁架的承載能力要求也愈來愈高，后又研發(fā)了一種200型的貝雷桁架[2]，其梁高為2.134m(上下銷孔之間的距離)，長度為3.048m(見圖2)。200型與321型兩種型式的上下弦桿完全相同，均采用2[10槽鋼拼裝而成；豎桿、斜桿一般均采用I8工字鋼。

321型與200型這兩種貝雷桁架均可通過桁架將多片貝雷桁架在縱橋向連接在一起，滿足橋梁跨度及荷載要求。對于321型，橫橋向單側(cè)可設(shè)置為一片至三片，對于200型，橫橋向單側(cè)可設(shè)置為一片至四片。為保證橋梁的橫向穩(wěn)定，在橫橋向一般需要設(shè)置橫向斜撐。但當貝雷桁架片較多時(三片或

圖1 321型貝雷桁架立面(mm) 圖2 200型貝雷桁架立面(mm)

四片)，此時設(shè)置了水平、豎直支撐架，一般不存在橫向穩(wěn)定的問題，不再設(shè)置橫向斜撐。當橋梁跨度或荷載更大時，321型貝雷桁架梁橋，還可以設(shè)置為兩層，其總高約為3m，但200型由于單片梁高即達到了2.134m，一般不采用兩層型式。

為適應(yīng)我國工程建設(shè)中對臨時橋更大跨度或更大荷載的需求，有廠家開發(fā)了450型鋼橋桁架，一般不再稱呼為貝雷桁架，其梁高4.5m(上下銷孔之間的距離)。由9m長的上下弦桿拼裝而成，中間采用三角形桁架連接上下弦桿，一般適合于跨度50m以上的簡支梁橋，其最大跨度可達到81m，荷載可達公路—Ⅰ級，按跨中最大彎矩換算，即可承受單車約70t的荷載。

圖3為一跨18m的簡支貝雷桁架梁橋的布置。其縱梁采用321型貝雷桁架作為加勁梁，共布置6節(jié)，橫橋向單側(cè)為兩片，上部設(shè)置水平支撐架，橫向設(shè)置斜撐。橫梁一般采用27號工字鋼，縱橋向間距一般為3m，也可在中間再加一根，即縱橋向間距減小為1.5m。橋面板可采用定型橋面板，也可采用在橫梁上鋪縱梁再鋪花紋鋼板的型式。定型橋面板全部采用螺栓連接，施工進度快，整體性稍差；而后者整體性好，但現(xiàn)場焊接安裝工作量大。

圖3 18m跨321型貝雷桁架梁橋布置(mm)

當橋梁跨度更大或荷載更大時，可采用上承式型式，即橋面以下設(shè)置多榀貝雷桁架，其上橫再鋪設(shè)橫梁，橫梁上再鋪縱向橋面板。如長河壩水電站楓林溝臨時橋單跨達到53m，荷載為汽-80級，雙車道，即采用的此種型式，其橫斷面見圖4。

圖4 長河壩水電站楓林溝臨時橋橫斷面(mm)

以321型或200型鋼貝雷桁架組合成受力主梁的小跨度臨時簡支梁橋或連續(xù)梁橋施工難度小、施工快捷方便，在橋梁下部結(jié)構(gòu)如橋墩(臺)修好后，上部貝雷桁架一般在一至兩周內(nèi)即可架設(shè)完畢。因此，特別適用于搶修恢復(fù)的應(yīng)急交通橋，也適用于場地條件差、使用年限短、施工建設(shè)快的水電站施工臨時橋。

3 貝雷桁架吊橋

貝雷桁架除用于架設(shè)普通的簡支梁橋和連續(xù)梁橋外，還可以用作吊橋加勁梁，通常采用貝雷桁架作加勁梁的吊橋即稱為貝雷桁架吊橋[1]。貝雷桁架吊橋跨度一般在100m以上，貝雷桁架梁結(jié)構(gòu)型式同梁橋相近，只是每隔3m或3.048m(一節(jié)貝雷桁架長)增設(shè)一根吊桿。當橋梁設(shè)計荷載較小時，一般采用321型鋼貝雷桁架作加勁梁，單側(cè)采用一片即可；當設(shè)計荷載較大時，可單側(cè)采用兩片；當設(shè)計荷載更大時，宜采用200型鋼貝雷桁架作加勁梁，并根據(jù)設(shè)計荷載可采用一片或兩片。如兩河口水電站白馬吊橋，設(shè)計荷載為3×30t(車距不小于40m)，其主跨為105m，主梁采用321型鋼貝雷桁架，單側(cè)單片，橫梁采用I27，縱橋向間距為1.5m，縱梁為I10焊接成的定型結(jié)構(gòu)，橋面板采用8mm的扁豆型花紋鋼板(見圖5)。而黃金坪水電站上游臨時吊橋，設(shè)計荷載為汽-40級，其主跨為126m，主梁采用200型鋼貝雷桁架，單側(cè)單片，橫梁采用橫置的H400(H型鋼)，縱橋向間距為1.5m，無縱梁，采用定型橋面板結(jié)構(gòu)(見圖6)。

貝雷桁架吊橋與貝雷桁架梁橋的最大區(qū)別是，前者在貝雷桁架梁上設(shè)置了吊桿而后者沒有設(shè)置吊桿，使兩種結(jié)構(gòu)型式受力有較大不同。貝雷桁架簡支梁橋，通常以跨中最大正彎矩控制，貝雷桁架連續(xù)梁橋，一般以支點最大負彎矩控制，以此來確定貝雷桁架的片數(shù)。而貝雷桁架吊橋，其最大正彎矩一般出現(xiàn)在主跨1/4L處，且為上弦桿受壓，下弦桿受拉，壓力略大于拉力，根據(jù)1/4L處貝雷桁架所受的最大正彎矩來確定貝雷桁架的片數(shù)。

貝雷桁架吊橋一般跨度為80～300m，跨越能力強，施工快捷，對施工場地要求低，適合于高山峽谷區(qū)跨越較大河流的臨時橋。貝雷桁架吊橋設(shè)計時需注意3點：一是兩端支座縱橋向不能約束，要允許縱向變形，否則貝雷桁架所受的最大軸力將增大，且支座受拉易損壞；二是吊桿最好設(shè)計為豎直，橫向外張對貝雷桁架產(chǎn)生橫向水平分力，不利于貝雷桁架承載；三是橋面宜采用橫梁加縱梁上鋪鋼板的方式，這樣橋面的整體性更好，使貝雷桁架的受力更均勻。

圖5 兩河口水電站白馬吊橋總體布置(圖中尺寸：高程為m，其余為mm)

圖6 黃金坪水電站上游臨時吊橋總體布置(圖中尺寸：高程為m，其余為mm)

4 索道橋

當橋梁跨度更大，特別是橋梁位于深溝峽谷而溝谷中設(shè)置橋墩難度很大時，可考慮采用索道橋的型式(見圖7)。該種橋梁結(jié)構(gòu)為采用多根鋼絲繩平行排列，設(shè)置一定的垂度(垂度值一般取跨度的1/35～1/40)[3]，橫向中間密布，上面再鋪縱、橫木板作為橋面承載部分，兩側(cè)稀疏(一般單側(cè)6根)作為穩(wěn)定索，同時也參與受力。索道橋的行車道總寬一般為4.5m(單車道)，兩側(cè)各設(shè)置0.75m寬的人行道。若有橋梁橫向穩(wěn)定要求索道橋橫梁長度一般為13m，當橋梁跨度更大時可適當增加橫梁長度，橋梁的寬跨比相應(yīng)增加，提高橋梁整體穩(wěn)定性(見圖8)。

索道橋設(shè)計的關(guān)鍵首先是應(yīng)確定鋼絲繩的根數(shù)，其次是確定錨固的方式。鋼絲繩的根數(shù)是根據(jù)橋梁的跨度以及設(shè)計荷載計算確定，一般要求其抗拉安全系數(shù)不小于3。但由于索道橋為柔性橋梁，鋼絲繩的根數(shù)不一定僅從其受拉承載能力來確定，還必須根據(jù)鋼絲繩的最大跨中撓度來確定。索道橋錨固的方式可根據(jù)兩岸地形、地質(zhì)情況來選擇重力式或錨索式。水電站一般位于山區(qū)，兩岸巖石條件一般均較好，所以錨索式采用的比較多。

圖7 索道橋布置示意

索道橋一般跨度為100～300m，跨越能力強，施工快捷，對施工場地條件要求低，尤其適合高山峽谷巖石河岸的較大河流。索道橋設(shè)計時需注意幾點：一是橫向偏載對索道橋穩(wěn)定、安全影響較大，宜設(shè)計為單車道。雙車道索道橋橫向偏載太大，橋面傾斜大[4]，安全難以得到保障，施工安裝調(diào)試要求高，且不經(jīng)濟。如大渡河龍頭石水電站場內(nèi)交通設(shè)計有一座雙車道的索道橋，運行時橫向偏載很大，投入使用后只能當單車道橋梁使用。二是鋼橫梁縱橋向排列一般為跨中密而向兩側(cè)間距漸增，一般從5～10m，其目的主要是加強跨中橫向穩(wěn)定，使得橋梁整體更穩(wěn)定。三是該種橋型為大柔性結(jié)構(gòu)，橋梁的整體穩(wěn)定是一個很突出的問題，因此，橋梁跨度大時應(yīng)加大橫梁長度，且跨度在120m以上時還需設(shè)置風(fēng)纜索及拉索。

1.橫梁；2.主索；3.車行道橫橋板；4.車行道縱橋板；5.車行道花紋鋼板；6.鐵帶螺母鉤；7.緣材；8.緣材螺栓；9.人行道橋板；10.欄桿柱；11.欄桿繩；12.風(fēng)纜拉索；13.風(fēng)纜索；14.風(fēng)纜拉索滑輪；15.穩(wěn)定索滑輪

5 三種臨時橋型的優(yōu)缺點

貝雷桁架梁橋、貝雷桁架吊橋、索道橋的跨越能力、要求的地質(zhì)地形條件、承載能力、施工等方面都有所不同，優(yōu)缺點都比較明顯，具體比較見表1。

6 結(jié) 語

(1)水電站臨時橋梁往往場地狹窄、要求施工期短，因此根據(jù)其跨度、地形地質(zhì)條件、荷載要求等選擇貝雷桁架梁橋、貝雷桁架吊橋、索道橋這三種橋型之一，能較好地適應(yīng)電站工程建設(shè)要求。

(2)對于河流較窄或河面雖寬但河水淺的河流，水電站臨時橋梁可選擇貝雷桁架梁橋。

(3)對于河流較寬且兩岸較平緩或為深厚覆蓋層的河流，水電站臨時橋梁宜選擇貝雷桁架吊橋。

表1 三種橋型優(yōu)缺點比較

(4)對于河流較寬且兩岸較陡，特別是為U形或V形深河谷且兩岸為巖石時，水電站臨時橋梁宜考慮索道橋。

[1] 黃紹金，劉陌生.裝配式公路鋼橋多用途使用手冊[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2] 中國水利水電第三工程局有限公司，中國水電建設(shè)集團路橋工程有限公司.水電水利工程場內(nèi)施工道路技術(shù)規(guī)范DL/T 5243-2010《中華人民共和國電力行業(yè)標準》[S].北京：中國電力出版社，2010.

[3] 黃紹金，劉陌生.現(xiàn)代索道橋[M].北京：人民交通出版社，2004.