李 虎， 王冠海， 魏裕基， 王 沖， 田建志， 田宗英， 王 鑫， 葉建軍

(1.中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司， 北京 100048； 2.湖北工業(yè)大學(xué) 土木建筑與環(huán)境學(xué)院， 武漢 430068)

目前我國高速公路建設(shè)的重心逐漸由東部向西部推進(jìn)。在西部山區(qū)峽谷地區(qū)建設(shè)高速公路，施工期間的交通非常不便，其中之一是如何跨過沿途大量分布的小河流或沖溝，它們具有寬度較小、分支較多、河水量呈明顯季節(jié)性變化的特征。在充分調(diào)查沿途峽谷地質(zhì)和水文條件的基礎(chǔ)上，結(jié)合施工運(yùn)輸需要，建造經(jīng)濟(jì)、安全的臨時(shí)便橋是西部公路建設(shè)的一個(gè)重要課題。

在總結(jié)臨時(shí)便橋的設(shè)計(jì)原則和種類基礎(chǔ)上，以安臨高速公路AL4標(biāo)段中的便橋?yàn)槔?，詳?xì)介紹了臨時(shí)鋼便橋和管涵式便橋2種便橋的應(yīng)用情況，并對管涵式便橋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，以供類似臨時(shí)便橋設(shè)計(jì)施工參考。

1 臨時(shí)便橋的設(shè)計(jì)原則和種類

1.1 臨時(shí)便橋的設(shè)計(jì)原則

1) 安全可靠性。便橋設(shè)計(jì)過程中須謹(jǐn)慎分析和計(jì)算，確保其荷載受力合理、結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，杜絕因便橋的設(shè)計(jì)發(fā)生安全事故[1-3]，同時(shí)保證泄洪排水能力。

2) 施工簡單便捷和易拆除。臨時(shí)便橋?qū)儆诙唐谂R時(shí)性工程[4]，用完就要拆除，因此臨時(shí)便橋要考慮快速施工、易拆除和周轉(zhuǎn)消耗少等特點(diǎn)。

3) 保障質(zhì)量的同時(shí)要降低成本。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全可靠，就地取材、因地制宜和后期維護(hù)費(fèi)用少，以爭取最大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4) 與自然環(huán)境協(xié)調(diào)。便橋不僅要具備正常使用的功能，還要實(shí)現(xiàn)與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)，不可出現(xiàn)植被大規(guī)模破壞和污染河流等現(xiàn)象[5]。

1.2 臨時(shí)便橋的種類

現(xiàn)階段我國施工便道上的臨時(shí)便橋根據(jù)建筑材料分為臨時(shí)鋼便橋和臨時(shí)混凝土便橋。其中臨時(shí)鋼便橋又分為六四式鐵路軍用梁鋼便橋、裝配式公路鋼橋(貝雷架梁鋼便橋)[6]。臨時(shí)鋼便橋適用能力強(qiáng)，并具有施工速度快、拆卸方便、可重復(fù)利用等特點(diǎn)，是跨越河流、山谷、深塹等地形地貌的重要臨時(shí)設(shè)施[7]。但鋼便橋因其使用噪音大、鋪裝困難和長期租賃費(fèi)用高等問題，在部分工程中逐漸被混凝土便橋所替代[8]。

臨時(shí)混凝土便橋廣泛用于農(nóng)村公路建設(shè)中，隨著西部高速公路的建設(shè)，也被大量應(yīng)用于施工便道中。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，該類便橋可分為管涵式漫水便橋、蓋板式便橋、石拱式便橋、漫水箱梁式便橋。還有一些其他結(jié)構(gòu)形式的臨時(shí)便橋，如圓木搭設(shè)便橋、浮式便橋、索鏈?zhǔn)奖銟虻萚9]。臨時(shí)便橋的分類如圖1所示。

1.3 臨時(shí)便橋的選用

臨時(shí)便橋的選用取決于建設(shè)需求及施工場地。1) 當(dāng)河流兩岸較窄、水淺、高差較小時(shí)，可選用臨時(shí)混凝土便橋；2) 當(dāng)河流兩岸較寬、水深，高差較大，過洪能力要求較高且具備貝雷橋桁架部件時(shí)，可選用貝雷橋；3) 由于任務(wù)緊急，臨時(shí)便橋的修建不能短期完成時(shí)，或河床泥土松軟，樁基承載力不夠且施工困難時(shí)，或河流通航，墩架梁橋凈寬、凈高不能滿足要求時(shí)，可考慮建造部分橋段易于拆散、組建的浮式便橋；4) 當(dāng)遇深山峽谷時(shí)，可選用索鏈?zhǔn)奖銟颉?/p>

圖1 臨時(shí)便橋的分類

2 臨時(shí)便橋的應(yīng)用

2.1 工程概況

臨洮(安家咀)至臨夏公路建設(shè)項(xiàng)目AL4合同段起迄里程為K19+500～K32+800，線路全長13.3 km。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)地勘察調(diào)研，K25+002主線橋、巴謝河9號(hào)橋、巴謝河10號(hào)橋處河灘寬闊、高差較大、山體陡峭、地理環(huán)境復(fù)雜，不具備填筑施工便道和施工平臺(tái)條件，經(jīng)綜合評(píng)估，宜在K25+002主線橋、巴謝河9號(hào)橋、巴謝河10號(hào)橋位置處設(shè)置臨時(shí)鋼便橋。為方便施工，在從拌合站到梁場跨巴謝河處也設(shè)置1座臨時(shí)鋼便橋。便道與巴射河交叉的其他位置處設(shè)置臨時(shí)混凝土便橋。施工便橋平面布置如圖2所示。

2.2 臨時(shí)鋼便橋的設(shè)計(jì)和施工

2.2.1 臨時(shí)鋼便橋設(shè)計(jì)

1) 臨時(shí)鋼便橋上部結(jié)構(gòu)

本鋼棧橋共5跨，跨徑布置形式為2×12 m+6 m+3 m+12 m=45 m；橋面寬度為6 m。面板下方為I20a工字鋼小分配梁，縱橋向布置，間距30 cm一道；橫向分配梁下方為貝雷梁，貝雷梁橫橋向6排布置，每排貝雷梁間距90 cm+120 cm+90 cm+120 cm+90 cm；相鄰2排貝雷梁之間用特制連接片連接。在工字鋼外側(cè)設(shè)置1.2 m高的安全護(hù)欄，防護(hù)欄桿采用鋼管結(jié)構(gòu)，涂刷紅白相間的反光漆。

2) 鋼便橋下部結(jié)構(gòu)

橋墩基礎(chǔ)是直徑630 mm鋼管樁，具體樁深根據(jù)施工揭露現(xiàn)場地質(zhì)情況而定。鋼管樁采用振動(dòng)錘擊沉樁，樁頂用氣割方式割出工字鋼橫梁架設(shè)位置，根據(jù)計(jì)算樁長確保鋼管樁入土深度，單個(gè)墩鋼管樁縱橫向需設(shè)22#槽鋼剪刀撐。每排樁鋼板頂設(shè)雙排45#A型工字鋼作為蓋梁，將2根工字鋼雙拼焊接。鋼便橋設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖2 安臨公路AL4便道、便橋平面布置

(a) 立面

(b) 橫斷面

2.2.2 臨時(shí)鋼便橋施工方法

鋼便橋施工關(guān)鍵是地基穩(wěn)固、鋼管樁施工及貝雷梁吊裝就位[10-12]。

1) 鋼管樁施工。打入鋼管樁前先計(jì)算出每根鋼管樁的坐標(biāo)，施工時(shí)逐樁用全站儀精確放樣其坐標(biāo)位置，每單排樁施工完畢后，用全站儀對樁位進(jìn)行復(fù)測，保證其在允許范圍內(nèi)。如鋼管樁偏差較大，應(yīng)及時(shí)將其拔起，重新定位打入鋼管樁，并用水準(zhǔn)儀測出其高程。

由岸邊往河中逐跨施工，依靠鋼管樁重力插入覆蓋層中，待樁身有一定穩(wěn)定性后，再利用吊車吊起振動(dòng)錘夾住鋼管樁，開動(dòng)振動(dòng)錘振動(dòng)下沉鋼管，待第1節(jié)鋼管樁沉放一定標(biāo)高后，在其上進(jìn)行第2節(jié)鋼管樁的對焊，焊接中焊縫應(yīng)飽滿，無殘余焊渣，并用搭接板進(jìn)行加強(qiáng)。鋼管樁逐排沉放，一排鋼管樁沉放完成后，設(shè)備移至下一跨，場地施工不相互干擾，可施工已沉入完成排樁的上部結(jié)構(gòu)。

2) 鋼便橋搭設(shè)。鋼管樁沉放完成一跨后，即可開始進(jìn)行便橋、平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)的型鋼布設(shè)。步驟如下：(1) 按照設(shè)計(jì)文件尺寸插打鋼管樁并對鋼管樁進(jìn)行穩(wěn)定性加固；(2) 在鋼管樁頂用氣割切割工字鋼橫梁搭設(shè)位置；(3) 在樁頂上安裝已拼接好的2根45#A型工字鋼橫梁；(4) 鋼管樁、雙拼I45#工字鋼，采用“U”型筋固定牢固；(5) 貝雷架在陸地上拼裝，用25 t汽車吊吊裝；(6) 單跨貝雷梁頂層橫向分配梁設(shè)置30 cm的I16工字鋼，縱向設(shè)置3條12 cm槽鋼，采用點(diǎn)焊方式加固。橋面為1.2 cm厚防滑鋼板鋪設(shè)，鋼板焊接在主梁上。焊接采用間斷焊，焊縫長度3 cm，間距30 cm，防止重車行駛引起鋼板反卷。完成面板鋪設(shè)后，及時(shí)焊接兩邊安全護(hù)欄，便橋兩側(cè)均設(shè)置欄桿，其中端側(cè)遇到平臺(tái)時(shí)欄桿斷開。便橋欄桿刷紅白相間油漆警示，設(shè)置反光標(biāo)識(shí)，外掛安全網(wǎng)，以達(dá)到簡潔美觀的效果。完工后的臨時(shí)鋼便橋如圖4所示。

圖4 建成的臨時(shí)鋼便橋

2.3 臨時(shí)鋼便橋的工程成本

安臨高速公路AL4標(biāo)中的臨時(shí)鋼便橋設(shè)計(jì)寬度為6 m，采用租賃形式，租期為9個(gè)月，直接成本見表1。

2.4 管涵式漫水便橋設(shè)計(jì)

為節(jié)約時(shí)間和方便運(yùn)輸施工材料，管涵式漫水便橋布置在河流跨度較小的地方。在安臨高速公路AL4標(biāo)中，臨時(shí)管涵式漫水便橋采用了2種結(jié)構(gòu)形式：一是整體現(xiàn)澆式管涵漫水便橋，此種結(jié)構(gòu)墊層基礎(chǔ)采用混凝土，墊層上放置有預(yù)制混凝土管涵，橋面采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式如圖5所示；二是預(yù)制管涵式漫水便橋，由Φ1.5 m預(yù)制管涵、沙袋和砂礫橋面組成，結(jié)構(gòu)形式如圖6所示。

表1 臨時(shí)鋼便橋直接成本

圖5 整體現(xiàn)澆式管涵漫水便橋

圖6 預(yù)制管涵式漫水便橋

2.4.1 管涵式漫水便橋施工方案

1) 根據(jù)排水泄洪能力設(shè)計(jì)管涵直徑和排數(shù)，根據(jù)承載能力確定管壁厚度。按設(shè)計(jì)要求測量放樣，測定出便橋準(zhǔn)確位置。

2) 當(dāng)河底淤泥較多，采用挖機(jī)配合人工清理初期臨時(shí)通道填筑材料、河道底部淤泥、左右岸坡樹木和表土，并將渣土運(yùn)輸至棄渣場集中堆存。

3) 基礎(chǔ)清理完成后進(jìn)行夯實(shí)處理，檢查基礎(chǔ)面承載力、高程、寬度是否滿足設(shè)計(jì)要求。若不滿足要求，則根據(jù)實(shí)際情況采取換底加固等方法，以達(dá)到滿足設(shè)計(jì)施工要求管涵鋪設(shè)基礎(chǔ)；若滿足要求則直接進(jìn)行管涵安裝。

4) 安裝預(yù)制混凝土管涵。安裝前檢查確認(rèn)管涵無裂紋、 破損等缺陷，采用吊車并配合適當(dāng)人力進(jìn)行吊運(yùn)安裝，吊運(yùn)安裝應(yīng)輕取輕放，防止管涵因用力過大過猛而遭到損壞[13]。若管涵上部采用沙袋填筑，則管涵之間空隙需要采用沙袋或混凝土進(jìn)行填充，防止管涵位移。

5) 管涵安裝到位后采用混凝土鋪筑，當(dāng)混凝土橋面澆筑完畢后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)?；蚬芎惭b完畢后采用沙袋分層碼放整齊，并用土壤覆蓋形成橋面。

結(jié)構(gòu)形式采用整體現(xiàn)澆式管涵漫水便橋，需使用大量混凝土材料，雖然整體上結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，但在用后拆除上需要花費(fèi)大量的人力和財(cái)力，而且拆除后的混凝土給周邊環(huán)境帶來了大量污染，沒有做到因地制宜、就地取材。結(jié)構(gòu)形式采用預(yù)制管涵式漫水便橋，材料為管涵和沙袋的組合結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可就地取材，使用過后拆除迅速，且無污染，但不夠穩(wěn)定，在河流水位上漲時(shí)會(huì)對沙袋和沙土路面造成破壞，后期需要進(jìn)行大量維護(hù)。針對上述問題，對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。

2.4.2 管涵式漫水便橋優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)方案

優(yōu)化后的管涵式漫水便橋結(jié)構(gòu)主要包括砂礫墊層，Φ1.5 m管涵，鋼筋混凝土板或鋼筋瀝青混凝土板，格賓網(wǎng)籠組(格賓網(wǎng)籠組由單個(gè)格賓網(wǎng)籠通過電焊而成，單個(gè)格賓網(wǎng)籠采用鍍鋅鉛絲和雙結(jié)網(wǎng)格編制而成，網(wǎng)框?yàn)榭蚣茕摻?，單個(gè)格賓網(wǎng)籠的鉛絲和框架鋼筋表面噴涂有防銹漆)，塊石、碎石或沙袋，土工布，過水管和素混凝土橋面[14]。

在塊石、卵石或碎石料產(chǎn)地豐富的地區(qū)，采用結(jié)構(gòu)方案1，如圖7(a)所示。

施工步驟：1) 整平河床，對河床地基進(jìn)行挖填、夯實(shí)；2) 在碾壓密實(shí)的河床基層上鋪設(shè)裝有塊石、碎石的格賓網(wǎng)籠組，在格賓網(wǎng)籠組與河床、河堤間隙之間施工混凝土充填物；3) 利用汽車吊裝鋪設(shè)已預(yù)制好的管涵，在管涵與河床、河堤間隙之間施工混凝土充填物；4) 在管涵上鋪設(shè)已預(yù)制好的鋼筋混凝土板；5) 在鋼筋混凝土板上放置已編制好的單個(gè)格賓網(wǎng)籠，單個(gè)格賓網(wǎng)籠之間采用粗鉛絲捆扎，其中裝入塊石、碎石。在格賓網(wǎng)籠組與河床、河堤間隙之間填充混凝土；6) 在格賓網(wǎng)籠組上鋪一層土工布，最后再施工素混凝土橋面，灑水養(yǎng)護(hù)，完成施工。

在塊石、碎石料產(chǎn)地匱乏的地區(qū)，采用結(jié)構(gòu)方案2，如圖7(b)所示。該結(jié)構(gòu)施工步驟與上述優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)施工步驟大體相同，不同的是：1) 在碾壓密實(shí)的河床基層上鋪設(shè)砂礫墊層；2) 在管涵上鋪設(shè)已經(jīng)預(yù)制好的鋼筋瀝青混凝土板；3) 在單個(gè)格賓網(wǎng)籠里裝入沙袋，沙袋要分層碼放整齊、塞嚴(yán)，且層與層之間埋放若干根排水管。

(a) 方案1

(b) 方案2

按照上述方案能快速建成可漫水的臨時(shí)通行便橋，該便橋結(jié)構(gòu)不僅增強(qiáng)了便橋過水能力，還保證了其整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和防沖刷的能力，并在管涵上鋪設(shè)一層鋼筋瀝青混凝土板，因其具有柔性，故不僅能較好地防止管涵因不均勻沉降而導(dǎo)致的架空，還能較好地承受上部結(jié)構(gòu)重量，保證路面平整。

單個(gè)格賓網(wǎng)籠的鉛絲和框架鋼筋表面噴涂油漆進(jìn)行防銹蝕處理，通過防銹處理可延長金屬材料使用壽命。洪水期時(shí)，水可從橋面漫過而不會(huì)將便橋沖毀，洪水過后仍可繼續(xù)使用。以上構(gòu)造的采用使得便橋施工過程中不需要大型設(shè)備，具備人力、機(jī)械等投入少、施工簡單方便、效率高等優(yōu)點(diǎn)，該方案因地制宜，在塊石、卵石或碎石料產(chǎn)地豐富或匱乏的地方都能夠迅速建成可漫水的臨時(shí)通行便橋。

2.4.3 臨時(shí)混凝土便橋的工程成本

安臨高速公路AL4標(biāo)中的臨時(shí)混凝土便橋總工程量和直接成本見表2。

由表1、表2臨時(shí)鋼便橋和臨時(shí)混凝土便橋的工程造價(jià)可知，臨時(shí)鋼便橋建造成本約為 8 446 元/m，租賃時(shí)，若使用時(shí)間較短則費(fèi)用低，若使用時(shí)間較長則費(fèi)用較高[15]。臨時(shí)混凝土便橋大約花費(fèi) 2 941 元/m。臨時(shí)鋼便橋后期的維護(hù)費(fèi)用較高，而臨時(shí)漫水橋后期的維護(hù)費(fèi)用較臨時(shí)鋼便橋低。

3 臨時(shí)鋼便橋與臨時(shí)混凝土便橋的特點(diǎn)對比

為了進(jìn)一步闡明臨時(shí)鋼便橋和臨時(shí)混凝土便橋的特點(diǎn)，從適用條件、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工效率、后期拆除等方面對這2種臨時(shí)便橋進(jìn)行對比分析，見表3。

表2 臨時(shí)混凝土便橋直接成本估算

表3 臨時(shí)鋼便橋與臨時(shí)漫水橋的對比

4 結(jié)束語

1) 相對于臨時(shí)漫水橋，臨時(shí)鋼便橋在適用條件、承載能力等方面優(yōu)勢顯著，但臨時(shí)混凝土便橋在建造成本上更低，實(shí)用性較高。

2) 為了節(jié)約成本，超過1年以上的臨時(shí)便橋一般不選用臨時(shí)鋼便橋，多會(huì)選擇臨時(shí)漫水橋。

3) 選擇漫水便橋結(jié)構(gòu)時(shí)，優(yōu)化后的管涵式漫水便橋是較好的選擇。