大跨徑橋梁施工便橋暨貓道的施工關(guān)鍵技術(shù)

左 卿，葉 靜

(貴州路橋集團(tuán)有限公司)

1 前 言

改革開放以來，我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)和各項(xiàng)事業(yè)取得了世人矚目的成就，公路交通的大發(fā)展和西部地區(qū)的大開發(fā)為公路橋梁建設(shè)帶來了良好的機(jī)遇，我國大跨徑橋梁的建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)最輝煌的時(shí)期，在中華大地上建設(shè)了一大批結(jié)構(gòu)新穎、技術(shù)復(fù)雜、設(shè)計(jì)和施工難度大、現(xiàn)代化品位和科技含量高的大跨徑斜拉橋、懸索橋、拱橋、連續(xù)剛構(gòu)橋，積累了豐富的橋梁設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)。特別是2012年國務(wù)院下發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步促進(jìn)貴州經(jīng)濟(jì)社會又好又快發(fā)展的若干意見》(國發(fā)〔2012〕2 號文)以來，貴州經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展迎來了嶄新的明天。隨著貴州省“6 橫7 縱8 聯(lián)”高速公路網(wǎng)、“縣縣通高速”及“高速公路建設(shè)三年大會戰(zhàn)”的實(shí)施，貴州高速公路建設(shè)步伐如火如荼，大跨徑橋梁猶如雨后春筍，相繼建成了鎮(zhèn)勝高速北盤江大橋、壩凌河大橋、汕昆高速馬嶺河大橋，甕安縣江界河大橋、貴遵公路烏江特大橋等，橋梁工程往往成為高速公路的控制性工程，為解決大跨徑橋梁工程施工中人、機(jī)、料的運(yùn)輸，架設(shè)施工便橋顯得尤其重要。對于跨越江河及深谷的橋梁，修建盤山公路作為施工便道難度較大，且成本較高，此時(shí)，施工便橋暨貓道應(yīng)運(yùn)而生，貓道適用于高山峽谷之間，能夠合理利用地形，架設(shè)科學(xué)合理、安全便捷的施工便橋，縮短材料的運(yùn)輸時(shí)間，提供人行通道和施工作業(yè)平臺，為大跨徑橋梁施工創(chuàng)造有利條件。

2 貓道的基本構(gòu)造

貓道一般由承重索、扶手索、貓道纜風(fēng)索、扶手網(wǎng)、面層鋼絲網(wǎng)、錨固體系即錨碇等組成。貓道一般采用單跨結(jié)構(gòu)，也可以采用多跨連續(xù)跨越，寬度一般為3 ～5 m，設(shè)計(jì)跨徑視橋梁跨徑而定，兩端需錨固在橋墩承臺、墩身或其他錨碇上，需計(jì)算確定承重索的直徑、根數(shù)以及錨碇結(jié)構(gòu)等。

貓道面層一般采用一層粗面網(wǎng)和一層細(xì)面網(wǎng)構(gòu)成，粗面網(wǎng)一般采用直徑φ5.0 cm 的焊接鋼板網(wǎng)，以增加面層剛度，其上第二層細(xì)面網(wǎng)一般采用直徑φ1.0 cm 的鋼絲網(wǎng)，以防小工件墜落。面上每0.5 m 設(shè)置橫向防滑木條，與承重索、粗面網(wǎng)之間采用鐵絲捆扎，每2 m 設(shè)置橫向槽鋼;扶手索與邊承重索間豎向設(shè)置扶手角鋼以及扶手鋼板網(wǎng)。橫向槽鋼與豎向扶手角鋼之間采用U 型螺栓連接。

為增強(qiáng)貓道抗風(fēng)能力，應(yīng)設(shè)置橫向纜風(fēng)索將主索與地面錨固體固定，增強(qiáng)貓道的穩(wěn)定性，纜風(fēng)索采用的索徑及強(qiáng)度等需計(jì)算確定。

3 等高支點(diǎn)的索力分析

3.1 等高支點(diǎn)的貓道布置

等高支點(diǎn)要求貓道兩端錨碇處于同一高程，對于大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)，常常采用連續(xù)剛構(gòu)、懸索橋、斜拉橋或鋼管混凝土拱橋等橋型，橋梁結(jié)構(gòu)一般設(shè)計(jì)有大體積混凝土橋臺、橋墩承臺等，可借助橋梁墩臺結(jié)構(gòu)或懸索橋及斜拉橋的錨碇結(jié)構(gòu)作為貓道的錨碇。貓道結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 貓道結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 擬采用索的技術(shù)參數(shù)

貓道主索分為承重索和扶手索，根據(jù)橋面設(shè)計(jì)寬度，一般承重索宜為6 ～10 根，扶手索宜為2 ～4 根。根據(jù)貓道上擬承擔(dān)的荷載情況初步選定索的直徑、鋼絲繩的股數(shù)等，查表計(jì)算出鋼絲繩的總破斷拉力等參數(shù)。技術(shù)參數(shù)主要有:直徑φ、主索根數(shù)n，單根索面積A，延米重量q，標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值σ，彈性模量E，單根鋼絲繩總破斷拉力T。若選用的承重索與扶手索直徑不一，相關(guān)參數(shù)應(yīng)分別選取計(jì)算。

3.3 承重索主要設(shè)計(jì)荷載分析

根據(jù)貓道的主要功能為布置輸送管進(jìn)行混凝土泵送，其荷載按線性分布，即恒載、活載均沿著承重索的跨徑分布，大小根據(jù)有關(guān)參數(shù)計(jì)算確定。

(1)恒載

貓道上的恒載主要為承重索及扶手索自重與橋面結(jié)構(gòu)之和。設(shè)承重索單位重q1，扶手索單位重q2，其單位為N/m。鋼板網(wǎng)及鋼絲網(wǎng)(底層與面層)單位重q3，扶手鋼絲網(wǎng)單位重q4，橫向槽鋼單位重q5，扶手角鋼單位重q6，防滑木條單位重q7，輸送管及管內(nèi)混凝土或其他荷載單位重q8。

恒載總計(jì)q恒= q1+ q2+ q3+ q4+ q5+ q6+ q7+ q8，單位為N/m。實(shí)際情況還有其他活載的應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況全部計(jì)入。

(2)活載

活載主要為人群荷載，按照每2 m 1 人，每人70 ～80 kg計(jì)算，動載系數(shù)為1.3，計(jì)算q活，單位為N/m。

則貓道承重索設(shè)計(jì)荷載q=q恒+q活，單位N/m。

3.4 承重索受力特點(diǎn)分析

式中:H 為索的水平分力;q 為索沿弧長方向的荷載集度(含恒載、活載)，為已知常數(shù);f 為矢高;l 為計(jì)算跨徑。

由此可見，在荷載作用下，索的變形曲線為雙曲線，某點(diǎn)的位移與該點(diǎn)的水平位置x、計(jì)算跨徑l、矢跨比f 有關(guān)，與荷載大小無關(guān)。

3.5 承重索強(qiáng)度驗(yàn)算

設(shè)O 點(diǎn)處的水平傾角為α0，則，承重索最大張力為Fmax，將上式代入即可求出承重索最大張力。取承重索安全系數(shù)為K，則其中T為單根鋼絲繩的最大破斷拉力(單位為N)，n 為鋼絲繩的根數(shù)，F(xiàn)max為索的最大張力，求出安全系數(shù)K，根據(jù)規(guī)范要求K應(yīng)大于3.5。當(dāng)K≥3.5，則承重索抗拉強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求;當(dāng)K ﹤3.5，安全系數(shù)不能滿足要求時(shí)，需調(diào)整主索的根數(shù)n或主索的鋼絲繩斷面面積即重新選擇鋼絲繩，重復(fù)上述方法，驗(yàn)算索的強(qiáng)度，直到安全系數(shù)滿足要求。

3.6 索長的計(jì)算

則即無應(yīng)力時(shí)索長計(jì)算:s0=s－Δs。

一般地，主索工作長度取為sw=10 m，則承重索下料長度(即索長)為s下料=s0+sw=s－Δs+sw。

4 錨碇的抗拔抗滑分析

一般地，貓道承重索所受拉力往往需要通過錨碇與地基的摩擦力進(jìn)行平衡，實(shí)際工作中，由于錨碇體積大，施工成本高，因此，貓道錨碇常常采用墩臺結(jié)構(gòu)或懸索橋主纜的永久性錨碇。對于設(shè)計(jì)有錨碇的橋梁結(jié)構(gòu)而言，貓道的荷載作用下承重索產(chǎn)生的拉力與橋梁結(jié)構(gòu)主纜的拉力相比是微小的，此時(shí)錨碇的抗拔抗滑可以不用計(jì)算。但是對于其他橋梁結(jié)構(gòu)，需要計(jì)算錨碇的受力情況，必要是需驗(yàn)算錨碇體內(nèi)的應(yīng)力對橋梁結(jié)構(gòu)的影響。錨碇計(jì)算圖示如下:

圖2 錨碇結(jié)構(gòu)示意圖

(1)抗滑分析

根據(jù)錨碇與主索之間的夾角情況，主索與水平分力之間的夾角為α，則各向分力為:

FX=F×cosα，F(xiàn)y=F×sinα;

設(shè)錨碇與巖體間的摩擦系數(shù)為μ，錨碇自重為G，則錨碇與巖體之間的水平摩擦力F摩擦=G ×μ，則錨碇的抗滑系數(shù)根據(jù)規(guī)范取抗滑安全系數(shù)為(K0)，當(dāng)K滑=，則抗滑能力滿足要求;反之，則不滿足要求。

(2)抗拔分析

當(dāng)貓道主索張力的豎向分力與錨碇自重的方向相反時(shí)，需要驗(yàn)算錨碇抗拔能力;當(dāng)豎向分力與錨碇自重方向相同時(shí)，錨碇抗拔能力滿足要求，勿需驗(yàn)算。錨碇的抗拔系數(shù)K拔，根據(jù)規(guī)范取抗滑安全系數(shù)為(K0)，當(dāng)(K0)，則抗滑能力滿足要求;反之，則不滿足要求。

此外，當(dāng)選定錨碇填充材料，取合理的抗滑安全系數(shù)后，可采用反算形式計(jì)算出錨碇體所需最小體積，根據(jù)計(jì)算的錨碇最小體積合理設(shè)計(jì)錨碇結(jié)構(gòu)尺寸，或根據(jù)計(jì)算錨碇體積情況確定選擇橋墩結(jié)構(gòu)作為錨碇的安全儲備情況及安全風(fēng)險(xiǎn)評估。

5 結(jié) 論

大跨徑橋梁橋址區(qū)地形地貌往往較為復(fù)雜，橋梁跨越情況千變?nèi)f化，施工難度之大是普通橋梁難以相比擬的。貓道因自身的跨越能力、施工難度小等優(yōu)勢，逐漸成為大跨徑橋梁施工的生命通道，因此如何科學(xué)合理、安全可靠地設(shè)計(jì)出這一通道是橋梁施工的關(guān)鍵。此外，貓道施工快捷，只需在錨碇(或墩臺結(jié)構(gòu))適當(dāng)位置預(yù)埋構(gòu)件后即可采用人工進(jìn)行主索安裝，能快速成橋，為大跨徑橋梁施工提供操作平臺及運(yùn)輸通道，是大跨徑、高難度橋梁施工的生命線。

［1］周水興.路橋施工計(jì)算手冊［M］.北京:人民交通出版社，2001:1－825.

［2］鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50017－2003)［S］.

［3］建筑施工扣件式鋼管模板支架技術(shù)規(guī)程(DB33/1035－2006)［S］.

［4］建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009－2012)［S］.

［5］公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTG F50－2011)［S］.

［6］王書增.新編鋼結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)速查手冊［M］.北京:中國電力出版社，2009.