铁路D16型便梁用于公路便桥施工技术

郭 东 平

(中铁二十五局集团第一工程有限公司，广东 广州 510405)

铁路D16型便梁用于公路便桥施工技术

郭 东 平

(中铁二十五局集团第一工程有限公司，广东 广州 510405)

对铁路D16型便梁在铁路中—活载及公路—Ⅰ级荷载作用下的受力性能进行了分析，提出了完全可用于公路便桥的数据计算，并对用于公路便桥桥面及基础进行了设计和计算，通过实际应用，达到了预期的效果。

D16便梁，荷载，检算，设计，施工

1 工程概况

因新建广珠铁路白坭河特大桥海心洲上桥墩及连续梁的施工需要，需修建一座钢便桥跨越辅航道，将海心洲与陆上连通，确保海心洲上桥梁施工材料运输和施工机械设备通行。

钢便桥全长131.76 m，桥面宽3.5 m，共7跨，在桥跨中间设一通航孔，通航净宽20 m，净高3.5 m，最高通航水位采用洪水重现期5年一遇水位标高3.194 m；钢便桥中间跨为平坡，中间往两端各设5%纵坡。桥两侧采用角钢栏杆，并在墩位处设置避车台。

钢便桥采用公路—Ⅰ级荷载设计，限速5 km/h。基础采用φ630×8 mm钢管桩；为充分利用公司现有的材料及设备，中间3孔采用贝雷梁，两侧4孔采用铁路D16型便梁。贝雷梁为公路便桥定型产品，施工时按产品设计图安装即可；铁路16型便梁为铁路便桥定型产品，用于公路便桥，需进行荷载计算及桥面设计。

2 D16型便梁简介

D16型便梁适用于既有线或站场的桥涵施工，它的最大优点是在不中断铁路行车的情况下，利用它进行桥涵的开挖和施工，并且具有运输和拆装方便的特点。D16型便梁为下承式板梁，由纵梁、横梁、牛腿、结点板、挡碴板、斜杆、定位角钢、钢轨扣件和各种连接件组成，单孔重245.497 kN；其主要尺寸见表1。

表1 D16型施工便梁主要尺寸

3 D16型便梁用于公路便桥的可行性分析

D16型便梁用于铁路便桥时限速60 km/h,其设计荷载是铁路中—活载；公路便桥的特点是重载慢速，可按公路—Ⅰ级荷载进行设计。下面分别计算其所能承受的铁路荷载和公路荷载。

3.1 承受铁路荷载计算

铁路荷载以影响线载入法求内力。根据TB 10002.1—2005 J 460—2005铁路桥涵设计基本规范附录C查得：

q1/2=119.4 kN/m，q0=137.7 kN/m。

活载动力系数：按《铁路桥涵设计基本规范》4.3.5-3公式，动力系数计算式为：

D16便梁荷载图如图1所示。

跨中弯矩影响线如图2所示。

跨中弯矩计算如下：

M=(1+μ)·q1/2s=1.499×119.4×1/2×16.08×4.02=5 784.796 kN·m。

支座端剪力影响线如图3所示。

最大剪力计算如下：

Q=(1+μ)·q0s=1.499×137.7×1/2×16.08×1=1 659.555 kN。

3.2 D16便梁承受公路荷载计算

根据JTJ D60—2004公路桥涵设计通用规范查得“公路—Ⅰ级”车道荷载的均布荷载标准值qk=10.5 kN/m,集中荷载Pk=224 kN。

根据JTJ D60—2004公路桥涵设计通用规范条文说明式(4-3)计算D16便梁的自振频率：

其中，l为D16便梁的计算跨径，取l=16 m;E为D16便梁的弹性模量，E=2.1×1011N/m2;Ic为D16便梁跨中截面的截面惯性矩，Ic=0.007 829 177 04 m4；mc为D16便梁跨中每米品质，mc=445.554 Ns2/m2。

介于1.5～14.0之间，冲击系数为：μ=0.176 7lnf1-0.015 7=0.416。

最大跨中弯矩：

最大支座剪力：

3.3 荷载比较与结论

由上计算列表比较如表2所示。

表2 铁路与公路荷载比较表

由表2可知，同样16.08 m的跨度，铁路按60 km/h限速，公路不限速的条件下，铁路“中—活载”作用下产生的内力比“公路—Ⅰ级”荷载要大得多，D16型便梁用作公路便桥在承载能力上完全能满足要求。

4 钢便桥设计

4.1 桥面设计及计算

D16型铁路施工便梁组装后横向净宽度为3.98 m,大于单车道3.5 m宽的要求，为满足通行汽车的要求，在横梁上顺纵梁方向密铺32a槽钢，具体布置如图4所示。为确保32a槽钢在汽车制动力的作用下不发生纵向滑动，在槽钢内侧焊接直径为25 mm的钢筋卡在横梁上。

由JTG B01—2003公路工程技术标准可得，汽车中、后轮着地宽度及长度为0.6 m×0.2 m。当每个后轮单独作用在[32a槽钢上时，其最不利荷载工况如图5所示。

经软件建模计算得：

工况1:Mmax1=7.07 kN·m，Fmax1=26.07 kN。

工况2:Mmax2=1.44 kN·m，Fmax2=47.30 kN。

综合2种工况得：Mmax1=7.07 kN·m，Fsmax2=47.30 kN。

结论:用[32a槽钢(横放布置)作为桥面板直接承受车辆荷载满足要求。

4.2 便桥下部结构设计及计算

便桥桥墩采用6根φ630×8 mm钢管桩，桥台采用3根φ630×8 mm钢管桩，钢管桩顺桥向间距为2 m，横桥向间距为3 m。钢管桩之间采用[12槽钢连接，具体布置如图6所示。

4.2.1 横梁3Ⅰ30工字钢荷载计算

当汽车荷载如图7布置时，横梁3Ⅰ30的反力R1最大。

以简支梁为计算模型,D16型施工便梁G=245.497 kN。

D16型施工便梁左右梁的分配系数范围为0.636～1.364。

分配系数为(0.636,1.363)时：

Rmax=(15×3.28+60×6.28+60×7.68+70×14.68+70×16.08)×1.364×1.416/16.08+G/4=426.519 kN。

Rmin=(15×3.28+60×6.28+60×7.68+70×14.68+70×16.08)×0.636×1.416/16.08+G/4=231.632 kN。

分配系数为(1,1)时：

Rmax=(15×3.28+60×6.28+60×7.68+70×14.68+70×16.08)×1×1.416/16.08+G/4=329.076 kN。

Rmin=(15×3.28+60×6.28+60×7.68+70×14.68+70×16.08)×1×1.416/16.08+G/4=329.076 kN。

根据上部计算，横梁自重q3=1.095 kN/m，横梁Ⅰ30工字钢受力取(0.636,1.363)及(1,1)两组分配系数计算，取2跨连续梁进行计算(如图8所示)。

经软件建模计算得：

分配系数为(0.636,1.363):

Mmax1=218.25 kN·m，Fmax1=273.26 kN，Rmax1=273.26 kN。

分配系数为(1，1):

Mmax2=161.09 kN·m,Fmax2=201.80 kN，Rmax2=201.80 kN。

综合两种情况得：

Mmax1=218.25 kN·m，Fmax1=273.26 kN，Rmax1=273.26 kN。

结论:横梁采用3根Ⅰ30工字钢满足要求。

4.2.2 钢管桩荷载计算

由横梁3Ⅰ30工字钢计算得：最大支座反力为273.26 kN，则钢管桩单桩承载力P=273.26 kN。钢管桩打入砂层最小的深度为6 m，根据《简明施工计算手册》P195单桩允许承载力计算公式：

Pa=fjA+∑FfAu。

其中，Pa为单桩垂直承载力标准值，kN；fj为桩尖平面处土的承载力标准值，kN/m2，钢管桩施工时不设置桩尖结构，计算时不考虑桩端阻力；A为桩身的横截面面积，m2；Ff为桩周土的摩擦力标准值，取砂的极限摩阻力25 kPa；Au为各土层中桩周表面积。

p=fjA+∑FfAu=3.14×0.63×6×25=296.73 kN>P=273.26 kN。

现场实际施工时，钢管桩打入砂层的深度不得小于6m。

5 钢便桥施工

钢便桥的施工，采用先打入钢管桩基础，后吊装梁体的施工方法。

5.1 便桥管桩基础施工

钢管桩施工是钢便桥施工的重点，采用25t船吊配合DZ45型振动锤插打的施工方法。

钢管桩采用成品φ630×8mm螺旋钢管，在钢管适当位置处设置吊耳。螺旋钢管分批进场后在存放台存放并覆盖，在施工过程中通过驳船运至施工现场。

施工步骤如下：1)钢管桩定位：首先根据便桥设计位置，建立独立施工控制坐标网，计算出每根钢管桩的坐标。施工时在墩旁先施打钢管定位桩，根据定位桩把墩位上的钢管桩精确定位出来，并用全站仪复测定位结果，在允许偏差范围内方可进入下步施工。2)打入钢管桩：钢管桩用船吊配合振动锤进行打入。用船吊起吊底节钢管桩至设计桩位并插桩，让钢管桩自沉入土，待下沉稳定后，用船吊将振动桩锤与液压夹钳吊至钢管桩顶口，用液压夹钳将钢管桩顶口夹住，检查桩的垂直度符合要求后，方可开动振动锤，每次振动持续时间不得超过10min～15min，过长则振动锤易遭到破坏，太短则难以下沉。每根桩的下沉一气呵成，不可中途停顿或较长时间的间隙，以免桩周土恢复造成继续下沉困难。沉入过程中如果发现管桩倾斜超标(≥1%)，立即停止下沉重新调整后方可继续施工直至设计位置。若管桩桩位偏差大、钢管桩振裂或折断，则拔出重打。打入钢管桩逐排进行，排桩间距符合要求后，进入下排施工。单根桩节按起吊高度控制最大为15m，单根桩长超过15m分为2节，底节钢管桩入土至适当深度时，移去振动锤进行接桩。用船吊将顶节钢管桩就位后，进行两节桩的焊接；钢管接长采用全断面焊缝连接，并在接缝四周焊接8块缀板保证连接强度。桩与桩之间焊接质量经检查合格后，船吊换上桩锤重新进行打桩，直至将桩打到设计深度。一个墩位钢管桩打入完成，桩位、贯入度及排桩间距符合要求后，进入下个墩台钢管桩施工。3)钢管桩连接。钢管桩成排施工完成后，在管桩顶部用[12槽钢焊接桩间纵横向的连接支撑，支撑主要采用剪刀式，以将墩位的钢管桩连成整体，增加整个结构的抗力能力和稳定性。4)分配梁吊装。钢管桩顶端设Ⅰ30工字钢分配梁以做梁部支座。工字钢采用成品，用船吊运送，并吊装至设计位置后，与钢管桩桩顶已焊接的钢板焊接相连接，同时在工字钢两侧加焊三角支撑，以加强工字钢侧向稳定。

5.2 便梁安装

D16型施工便梁散件运至施工现场后，在临时码头上分类堆码并清点各类配件数量；便梁安装总体顺序：先安装两片纵梁，然后逐根安装横梁。

用船吊或汽车吊将各纵梁和横梁吊至驳船上，然后运至设计位置吊装就位。

便梁安装严格按《D型施工便梁使用说明书》要求进行。

5.3 施工技术保证措施

1)钢管桩施工前需进行试桩，记录每下沉1m的锤击时间和全桩的总锤击时间，在剩余1m左右时，记录每10cm的锤击时间，取最后10cm的每分钟平均值作为停打贯入度；最终贯入度的取值，取复打最后10cm所需时间每分钟的平均值；贯入度单位以mm计。2)钢管桩复打需用停打时同一设备，复打需“休息”后进行，因管桩大部分需穿越粗、中砂和粉细砂层，因此，按TB10203—2002，J162—2002铁路桥涵施工规范要求不少于3d。3)钢管桩施工时采用两种方法控制：第一，不能少于根据地质勘察报告提供的建议摩阻力计算沉入桩长，第二，采用DZ45型振动锤，停打贯入度小于试桩最终贯入度。4)钢管桩倾斜率控制在1%以内，平面位置偏差在10cm以内。5)钢管桩打设到位后，按设计标高将多余部分割除，表面加焊10mm钢板，钢板与钢管之间必须满焊。两根工字钢翼板之间必须加焊，且焊缝总长不少于40cm。工字钢尽量摆在钢管中心，偏位不大于10cm。6)钢管桩顶部与工字钢的连接采用预留槽口并焊接为一体。

6 结语

广珠铁路白泥河特大桥跨白泥河辅航道钢便桥采用4跨铁路D16型便梁作公路便桥，自2008年8月初投入使用，2011年12月底白泥河主跨施工完毕后拆除，在历时3年多的使用过程中，便桥的强度、刚度和稳定性能完全满足通行施工车辆及大型设备的要求，充分利用了公司的现有设备。

[1] 中铁宝桥天元实业发展有限公司.D型施工便梁使用说明书[Z].2004.

[2]TB10002.1—2005，铁路桥涵设计基本规范[S].

[3]JTGD60—2004，公路桥涵设计通用规范[S].

[4]JTGB01—2003，公路工程技术标准[S].

[5] 江正荣.简明施工计算手册[M].第3版.北京：中国建筑工业出版社，2013.

On application of railway D16-type beam in road makeshift bridge construction technique

Guo Dongping

(No.1EngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway25thBureauGroup,Guangzhou510405,China)

The paper analyzes the stressed performance of railway D16-type beam under railway live load and road -Ⅰlevel load, points out it can be used in the data calculation of road makeshift bridge, and undertakes the design and calculation of bridge and foundation of road makeshift bridge, so the expected effect can be achieves according to factual application.

D16 beam, load, calculation, design, construction

1009-6825(2015)07-0180-03

2014-12-27

郭东平(1973- )，男，工程师

U445

A