多座貝雷梁鋼橋搶險加固的幾點體會

肖軍

(正能建工集團(tuán)有限公司，重慶401220)

多座貝雷梁鋼橋搶險加固的幾點體會

肖軍

(正能建工集團(tuán)有限公司，重慶401220)

貝雷梁拼裝的施工便橋是廣泛應(yīng)用于各種類型工程的臨時橋梁。西南地區(qū)很多單位施工的貝雷梁鋼橋在使用過程中都出現(xiàn)了相同或類似的問題：上部結(jié)構(gòu)變形過大，橫向彎曲，中間墩下沉等。該文通過一座鋼橋的加固實例分析了出現(xiàn)問題的原因：設(shè)計荷載選用錯誤，基礎(chǔ)的埋深選擇不合理，未考慮縱向剎車荷載，鋼立柱支撐長細(xì)比過大，未考慮超載及水流沖擊力，橋臺處未設(shè)置支座，貝雷梁在橋臺位置隨意放置，等等。該文提出了解決方案，為以后貝雷梁橋設(shè)計施工中避免出現(xiàn)同樣的問題提供借鑒。

貝雷梁鋼橋；橋梁病害；剎車荷載；加固措施；剪刀撐

0 引言

貝雷梁作為一種交通部門的常備物資，近年來在各類工程的施工便橋、臨時搶險通道、橋梁施工現(xiàn)澆支架施工中得到廣泛運用。它具有承載力大、安裝速度快的眾多優(yōu)點，很受施工單位歡迎。

但在我們參與的西南地區(qū)多座貝雷梁鋼橋的搶險及加固中發(fā)現(xiàn)，貝雷梁使用過程中經(jīng)常發(fā)生病害，并且狀況類似：上部結(jié)構(gòu)變形過大、橫向彎曲以及中間墩下沉等。目前，對于貝雷梁鋼橋沒有國家級的設(shè)計及施工規(guī)范。只有2002年版的《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》，該手冊對橋梁下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計及施工也很少提及[1]。本文以某貝雷梁鋼橋的加固為例提出建議以供參考。

1 工程概況

某公司在西南施工的高速公路采用貝雷橋梁鋼便橋作為連接混凝土攪拌站的臨時通道使用，自2015年建成以來已使用一年多時間。

橋梁全長45m，車行道寬4m，上部結(jié)構(gòu)為兩跨連續(xù)梁，單層下承式貝雷梁結(jié)構(gòu)，左右各一組弦桿，由90花架將兩片弦桿連接成為一個整體。兩岸為混凝土橋臺，橋臺高度10m。中間支墩高度12m，下部為鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂為鋼管支墩。地質(zhì)情況為砂卵石。整個橋面橫梁均支承在貝雷梁的下弦，橫梁為工字鋼，簡支放置在貝雷梁的下弦，用專用夾具固定。橫梁上是縱梁和橋面板。如圖1。

圖1 貝雷梁便橋立面布置圖

2 病害情況

該處車流量大，重車多，每天有大量的原材料車、混凝土運輸車、裝載機(jī)從橋上往返。中間支墩存在下沉，且上下游下沉不一致，造成中間墩梁體上下游下沉不均勻。貝雷梁的上下弦桿明顯不在同一重心，從遠(yuǎn)處看橫向變形嚴(yán)重。豎向變形也較大，車輛通行時，橋面不平整，晃動明顯。若繼續(xù)使用存在安全隱患。因此，需對該橋維修加固。

3 原因分析

3.1 設(shè)計方面的原因

（1）中間基礎(chǔ)設(shè)計未考慮剎車荷載。該橋為連續(xù)結(jié)構(gòu)，中間支墩承擔(dān)了很大的靜載和動載，原設(shè)計未計算車輛剎車荷載，只是驗算了豎直荷載，并且埋置深度不夠，這為結(jié)構(gòu)受力留下了較大的安全隱患?！豆窐蚝O(shè)計通用規(guī)范》JTGD60-2015第4.3.5條規(guī)定：一個設(shè)計車道上由汽車荷載產(chǎn)生的制動力標(biāo)準(zhǔn)值按本規(guī)范第4.3.1條規(guī)定的車道荷載標(biāo)準(zhǔn)值在加載長度上計算的總重力的1/10計算，但公路Ⅰ級汽車荷載的制動力標(biāo)準(zhǔn)值不得小于165kN，公路Ⅱ級汽車荷載的制動力標(biāo)準(zhǔn)值不得小于90kN[2]。且《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》JTGD63-2007第4.1.1條對擴(kuò)大基礎(chǔ)的埋置深度也有明確的要求，該橋的設(shè)計方案中未提及[3]。

（2）中間支墩鋼管柱的剪刀撐長細(xì)比過大。在擴(kuò)大基礎(chǔ)的頂部采用4根630mm的鋼管立柱作為支墩，并在縱橫方向用槽鋼作為剪刀撐形成一個整體。原設(shè)計是想采用格構(gòu)柱共同受力。但非?？上У氖?，槽鋼的型號太小，僅為槽14，自身的剛度太差，根本不可能將4根鋼管連接成為一個整體共同受力。《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-2003第5.3.8條規(guī)定：受壓構(gòu)件長細(xì)比不得大于150。原設(shè)計的槽鋼，長細(xì)比經(jīng)過復(fù)核已達(dá)到了400[4]。

（3）設(shè)計荷載取值錯誤。在《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》中沒有貝雷梁鋼橋這種橋型，為設(shè)計者造成了很多的困惑。很多設(shè)計者在活載的布置時，采用了車輛荷載布置在橋梁上。這是一個比較大的認(rèn)識誤區(qū)?，F(xiàn)行的《公路橋梁通用設(shè)計規(guī)范》已明確規(guī)定：整體設(shè)計采用車道荷載，局部驗算才采用車輛荷載。荷載取值錯誤，安全性自然大打折扣。

（4）特殊情況的考慮。作為混凝土攪拌站的專用橋應(yīng)考慮到車輛超載的情況。同時，中間支墩地處河中，水流的沖擊力也應(yīng)考慮。非常可惜的是，在原設(shè)計中沒有體現(xiàn)。

3.2 施工方面的原因

（1）貝雷梁在橋臺無支座，整個上部結(jié)構(gòu)隨意擱置在橋臺上，造成上部結(jié)構(gòu)受力不明確，存在斜桿受力的情況，先天承載力不夠。正確的做法是在橋臺上設(shè)置分配梁，分配梁作為支座傳遞并擴(kuò)散荷載。將貝雷梁的豎桿對準(zhǔn)分配梁，以確保整個體系軸心受力。如果隨意將下弦桿擱置在橋臺上，下弦桿變成了壓彎構(gòu)件，受力非常不利。

（2）橋臺對上部結(jié)構(gòu)無縱向約束，不符合簡支梁的受力特征，在汽車沖擊力或剎車荷載作用下，上部結(jié)構(gòu)任意變形（特別是橫向變形對上部結(jié)構(gòu)非常不利）。因為橋臺上無縱向約束，汽車沖擊力或剎車荷載的分配就很不明確。

（3）橋臺寬度不夠，已出現(xiàn)貝雷梁放在橋臺邊緣的情況，如果橫向繼續(xù)變形或位移，有可能出現(xiàn)整體滑脫。

（4）中間支墩受力變形，有比較明顯的下沉跡象，承載力大大下降。

（5）整個上部結(jié)構(gòu)是一個懸浮體系，無縱向約束，也無橫向約束，變形隨意。

4 加固方案

4.1 加寬橋臺（避免貝雷梁橫向位移時滑脫出支座）

在現(xiàn)有兩端橋臺支座位置上下游方向各增加一塊鋼筋混凝土（尺寸：50cm×110cm)，采用植筋的方式與現(xiàn)有橋臺混凝土連接成為一個整體。避免上部結(jié)構(gòu)橫向移出橋臺出現(xiàn)安全隱患。

4.1.1 植筋

植筋寬度1m，采用直徑20mm的鋼筋，Ⅱ級鋼筋，與水平面的夾角為15O，向上傾斜，錨入混凝土中深度30cm，鋼筋外露長度30cm。錨筋布置間距：橫向20cm,豎向80cm，成梅花型布置。

4.1.2 鋼筋施工

植筋完成后即可布置鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑16mm,水平及豎向間距均為150mm，且加工成U字形與錨筋焊接，焊接長度10d，單面搭接焊。

4.1.3 支模及混凝土澆筑

模板采用高強(qiáng)竹膠板，厚度15mm，背枋為木枋，間距150mm，采用拉桿焊接固定。混凝土采用C30細(xì)石混凝土，采用泵送，注意控制澆筑速度，注意振搗質(zhì)量。

4.2 橋臺堡設(shè)置（增加貝雷梁橫向整體剛度）

在橋臺加寬的混凝土頂部，設(shè)置鋼板預(yù)埋件，在預(yù)埋件上焊接豎向2根工字鋼I45，作為貝雷梁的橫向限位裝置。同時，通過連接卡子，將貝雷梁與工字鋼連接成為一個整體，增加橫向剛度。同時，在橋臺貝雷梁的豎桿處，增加鋼板支座，避免弦桿直接放置在橋臺上，讓貝雷梁的豎桿受力，符合規(guī)范要求。

4.3 中間支墩加固（減少立平?jīng)_擊力）

現(xiàn)有的中間支墩受力非常復(fù)雜，有豎直力、汽車沖擊力、剎車荷載、和水流橫向沖擊力，為最大程度保護(hù)中間支墩，最好讓它只承擔(dān)豎直力不承擔(dān)水平力：在兩端橋臺設(shè)置錨環(huán)，在上下游方向?qū)ΨQ對中間支墩施加水平力（用鋼絲繩將支墩拉在橋臺上，一旦支墩出現(xiàn)水平位移，將直接傳力到橋臺上，確保中間支墩盡量只承擔(dān)豎直力），鋼絲繩采用32mm的直徑，強(qiáng)度1850MPa，必須要有質(zhì)保書合格證的才能使用。

4.4 貝雷梁截面調(diào)整

單層變雙層，2片變3片，并且采用上下加強(qiáng)弦桿?？紤]到最不利的情況，即中間支墩繼續(xù)下沉或在洪水季節(jié)破壞不能承擔(dān)任何荷載，退出受力體系，將上部結(jié)構(gòu)由兩跨連續(xù)梁變?yōu)橐豢绾喼Я?，按目前的貝雷梁截面無法確保安全，必須對現(xiàn)有截面形式進(jìn)行調(diào)整：由單層變成雙層，由左右各2片單層加強(qiáng)型貝雷梁變?yōu)樽笥腋?片雙層加強(qiáng)型貝雷梁。通過截面調(diào)整，抗彎模量由2×7157.1cm3變成2×45962.6m3，承載力大大提高。

4.5 拼裝場地

圖2 貝雷梁便橋第一跨加高吊裝布置圖

圖3 貝雷梁便橋第二跨加高吊裝布置圖

在橋臺后面平整一塊場地作為拼裝場地。拼裝場地應(yīng)用挖機(jī)平整并夯實。

單片的貝雷片橫向穩(wěn)定性差存在安全隱患，須在拼裝的過程中控制拼裝長度不得超過3節(jié)，即9m，應(yīng)沿拼裝方向設(shè)置可靠的支撐，確保拼裝過程的穩(wěn)定性。

4.6 吊裝方案

為節(jié)約成本并保證安全，采取逐跨吊裝的方案，即吊車在1號橋臺后背吊裝第一跨，第一跨整體形成后進(jìn)行第二跨的吊裝作業(yè)。如圖2、圖3。

4.7 吊裝準(zhǔn)備工作

根據(jù)現(xiàn)場的實際施工環(huán)境擬采用汽車吊進(jìn)行施工作業(yè)。應(yīng)確定吊機(jī)位置及吊裝路線，對施工現(xiàn)場周圍的地面進(jìn)行必要的平整。

4.8 吊裝施工

（1）架梁方法采用25t汽車起重機(jī)。架設(shè)鋼梁時先架設(shè)拼裝場地的跨梁，形成整體并待能夠承擔(dān)荷載后再架設(shè)第二跨。

（2）正式開始起吊前必須檢查吊車是否平穩(wěn)，支腿是否牢固。且要檢查吊點是否平衡。檢查確認(rèn)無誤后，在吊裝指揮人員的指揮下，先作試吊，再將梁體提高，吊車轉(zhuǎn)體達(dá)到安裝位置后緩緩放下并固定好。第一組貝雷梁安裝完畢后，再按相同程序架設(shè)第二組。

（3）鋼梁架設(shè)完畢后立即與原有結(jié)構(gòu)可靠連接。

（4）吊裝前對全體員工進(jìn)行安全培訓(xùn)，由有證人員指揮。

4.9 貝雷梁中部橫向纜風(fēng)繩加固

由于前期使用過程中，橋梁中部貝雷梁產(chǎn)生了橫向變形，現(xiàn)在要想完全恢復(fù)有較大的困難，須中斷交通，重新拆除后再拼裝是不現(xiàn)實的。為避免橫向變形繼續(xù)加大，應(yīng)對橫向變形進(jìn)行一定的約束。具體方法：在橫向變形最大的地方，對稱施加一個反力，即用鋼絲繩拉在河岸擋墻上，不讓橫向變形加大。

5 結(jié)束語

該橋加固后已使用半年多，由于采取了加寬橋臺、設(shè)置橋頭堡、中間支墩加固及調(diào)整貝雷梁截面形式等措施，大大提高了橋梁的承載能力，同時橫向整體性加強(qiáng)，該橋未繼續(xù)變形，使用效果良好，達(dá)到了加固的效果。

貝雷梁鋼橋雖然是一種臨時結(jié)構(gòu)，但荷載大，使用頻繁，安全要求高，應(yīng)從設(shè)計和施工開始，按國家橋梁的設(shè)計和施工規(guī)范進(jìn)行設(shè)計和施工。

[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，2002.

[2]交通部.JTGD60-2015公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2015.

[3]中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司.JTGD63-2007公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2007.

[4]建設(shè)部.GB50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2003.

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

Some Reflections on Rescue and Reinforcement of Several Berea Joist Steel Bridges

The temporary bridge installed by Berea joists is widely used in various projects.However,there lie the same or similar problems in its construction in Southwest regions:serious transverse deformation,middle pier sinking and so forth.This paper analyzes the causes with a practical case of steel bridge reinforcement as following:wrong designed loading,unreasonable foundation burying,unconsidered vertical braking loading,too large length-thinness ratio of steel column,unconsidered overloading and water impact force,no support at bridge abutment,unarranged Berea girder at abutment and so forth.This paper also presents solutions for reference.

Berea joist steel bridge;bridge disease;braking loading;reinforcement measures;diagonal bridging

U447

A

1671-9107（2017）04-0051-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.04.051

2017-03-07

肖軍（1975-），男，重慶人，本科，高級工程師，主要從事橋梁施工管理技術(shù)、舊橋加固和鋼棧橋設(shè)計工作。