一种快速低价临时便桥的修建方法

徐基立，王邵锐，张江涛

（1.重庆交通建设（集团）有限公司，重庆 401147;2.重庆交通大学土木建筑学院，重庆 400074）

一种快速低价临时便桥的修建方法

徐基立1，王邵锐2，张江涛2

（1.重庆交通建设（集团）有限公司，重庆 401147;2.重庆交通大学土木建筑学院，重庆 400074）

提出一种快速低价的临时便桥的修建办法，即采用钢筋笼填石墩作为桥梁下部结构，可就地取材，无须处理基底，承载力要求低，对基底变形适应性强;提出箍筋设计的简化计算方法，探讨了钢筋笼填石墩的合理形状。

临时便桥;钢筋笼填石墩;工作原理

在遇公路桥梁大修改造或自然灾害后的救急抢险情况下，均有快速修建临时便桥的需求。采用传统方法修建桥梁，其基础和下部结构通常需要较长的时间，难以满足经济快速修建临时便桥的需要，为此，笔者提出一种快速低价的临时便桥的修建办法，能就地取材，无须处理基底，承载力要求低，对基底变形适应性强，活载产生的墩底应力增量较小，与以往的临时便桥相比，能更快速、高效地建成满足承载能力的桥梁，保证交通运输的畅通。

1 快速低价临时便桥的结构方案

在重庆市某县城内大桥的封闭改造施工中，需修建快速低价的临时便桥，根据河床断面，该临时便桥布置为4跨（图1），共设4个钢筋笼填石墩和一个石砌桥台，与两岸便道相连。钢筋笼填石墩采用3 m直径的圆形钢筋笼内填块石堆砌而成（图2）。每个钢筋笼填石墩脚用大块石堆砌以防冲刷（图3）［1-2］。

图1 便桥总体布置（单位:cm）Fig.1 Profile of the temporary bridge

图4 便桥断面Fig.4 Section of the temporary bridge

2 钢筋笼填石墩构造及工作原理

2.1 钢筋笼填石墩构造

该便桥钢筋笼填石墩采用3 m直径等截面圆形钢筋笼，内填块石，墩顶铺20 cm厚混凝土面板。钢筋笼竖直钢筋间距30 cm，横向箍筋间距25 cm。

2.2 扩大基础－低承载能力要求

钢筋笼填石墩的原理与扩大基础类似，一般采用上小下大的圆台型，墩底直接作用在承载基地上，通过大截面尺寸的墩底将荷载有效的分散，使得墩底对承载力的要求较低。根据基底受压平均应力计算公式:

式中:N为从上部传递到基底的荷载，包括活荷载和填石墩自重，kN;A为基底底面面积，m2。

由于钢筋笼填石墩基底面面积A较大，能有效分散上部传递的荷载，基底承受的平均应力相对较小。因此，对基底承载能力要求较低，适用性较强，能够直接应用于未经处理的河床上。

几种不同尺寸的钢筋笼填石墩在结构自重作用下产生的墩底应力（其中块石容重取为20 kN/m3;钢筋笼填石墩高5 m;墩顶面直径2 m;钢筋笼填石墩空隙率取为30%）见表1。

表1 结构自重产生的墩底应力Tab.1 Parameters of seepage property for sandstone

从表1可知，采用钢筋笼填石墩对基底承载力的要求较低:墩高为5 m时，墩底截面尺寸为4～6 m对应结构自重产生的墩底应力为72.92～40.19 kPa;墩高为7 m时，墩底截面尺寸为4～6 m对应结构自重产生的墩底应力为102.08～84.26 kPa。据查资料，一般砂卵石土的承载能力为400～600 kPa，能够满足钢筋笼填石墩对基底承载力的要求。

2.3 基底变形的自调节、自适应性

钢筋笼填石墩中，钢筋笼仅在周围形成套箍对内部填石起约束作用，而在底部，填石不受钢筋笼的约束。在向钢筋笼填石的过程中，钢筋笼填石墩底部的填石可以根据基底的形状及变形自适应的调节其堆积方式，使得钢筋笼填石墩对基底的变形适应性较强。

使用过程中，基底的变形会造成钢筋笼填石墩底部不均匀沉降，但是，钢筋笼填石墩内填石为松散结构，下部的不均匀沉降可以通过相互嵌挤填石的内部自我调整来适应，基底的不均匀变形传至墩顶混凝土面板将是一种微小的均匀下沉，对简支静定的上部结构不会产生附加内力，影响较小。

2.4 活载产生的墩底应力增量

该临时便桥仅为人行桥，考虑人群荷载为3.5 kN/m2，便桥主梁宽度 1.5 m，钢筋笼填石墩左右各为6 m跨径的主梁。考虑每跨主梁的人群荷载平均分配给左右相邻墩。一个钢筋笼填石墩所承受的活荷载为1.5 ×6 ×3.5=31.5（kN）。

不同墩底尺寸的钢筋笼填石墩在活荷载作用下产生的墩底应力（表2）。

表2 活荷载产生的墩底应力Tab.2 Stress sheet on the pier bottom due to live load

由表可见，墩高5 m，墩壁坡度为1.25∶1 ～2.5∶1时，活荷载产生的墩底应力仅占总荷载产生的墩底应力的百分比为1.9% ～3.4%，所占比重均小于5%，这一比例对工程设计来说，通常可以视为可接受的误差范围。换言之，在这样的恒活载比例下，若钢筋笼填石墩能够安全承受结构自重，则一般可以作为临时便桥安全使用。

3 箍筋设计的简化计算方法

计算假设:钢筋笼填石墩中，填石充满整个钢筋笼，且认为填石对钢筋笼产生的压力类似于水压力;由于钢筋笼内部用钢丝网防止填石外漏，认为箍筋空隙间的压力传递给邻近的箍筋［3-4］。

钢筋笼填石墩中，处于内摩擦角θ以上部分为不稳定部分，该部分处于非平衡状态，会对钢筋笼产生压力。而稳定部分，处于自身平衡状态不会对钢筋笼产生压力。计算时，偏安全的考虑两部分均对钢筋笼产生压力，其计算图如图5。

图5 钢筋笼填石墩简化计算Fig.5 Simplified calculation of the piers enrockment in the reinforcement cage

钢筋笼填石墩箍筋为最不利箍筋，取该箍筋作为研究对象。该箍筋的影响范围为h，即相邻箍筋间距。单根箍筋受到的水平线荷载［5-8］:

式中:q为单根箍筋受到的水平线荷载，kN/m;H为钢筋笼填石墩的高度，m;h为钢筋笼箍筋竖向间距，m;γ为填石容重，kN/m。

对于单根箍筋，取一半为脱离体，如图6。

则箍筋所受到的拉力F为:

则应采用的箍筋截面积为:

式中:k为安全系数;F为箍筋所受到的拉力，kN;A为一道箍筋截面积，m2;fsd为箍筋抗拉设计强度，MPa;q同上。

以上是已知箍筋间距h，估算出箍筋截面积A。同样，可以通过已知箍筋截面积A，估算出箍筋间距h。

图6 箍筋计算Fig.6 Calculation for stirrups

4 钢筋笼填石墩优化形状探讨

如图7，形状1为下大上小的梯形断面，抗倾覆，力矩为G1×a/2（G1为梯形墩自重与上部荷载之和）;形状2为上下等大的矩形断面，抗倾覆力矩为G2×a/2（G1为矩形墩自重与上部荷载之和）;形状1材料用量较小，且对钢筋笼压力较小，迎水面较小;而形状2材料用量相对较大，且对钢筋笼压力较大，迎水面较大。

图7 钢筋笼填石墩形状Fig.7 Diagram of the shape of the piers enrockment in the reinforcement cage

从表3可知，形状1、形状2均有较强的抗倾覆能力。但形状2对钢筋笼产生较大压力，而形状1较小;且形状2墩顶截面较大，材料用量大，造成浪费，对基底承载力要求高于形状1。因此，形状1下大上小的梯形断面为较为理想的钢筋笼填石墩形状。

表3 钢筋笼填石墩形状对比Tab.3 Shape contrast of the piers enrockment in the reinforcement cage

5 结论

笔者提出一种快速低价临时便桥的修建方法，通过分析，得出如下结论:

1）该方法能够就地取材，无需处理基底，施工方便迅速，能够低价快速的完成临时便桥的架设。

2）钢筋笼填石墩由于扩散作用，对基底承载能力要求较低;填石为松散结构，对基底变形适应性较强;活载对墩底应力的增量较小，设计时主要由恒载控制。

3）提出箍筋设计的简化计算方法，已知箍筋间距h与箍筋截面积A任意一个参数，能够估算出另一参数，对实际工程具有参考价值。通过对2种不同的钢筋笼填石墩形状的对比分析，认为下大上小的梯形形状是较为理想的钢筋笼填石墩形状。

（References）:

［1］ 程晓春.临时便桥的状态评估及相应养护工作探讨［J］.铁道建筑，2009（3）:12-14.

CHENG Xiao-chun.Study on condition assessment and corresponding maintenance work of temporary bridge and［J］.Railway Engineering，2009（3）:12-14.

［2］ 李学军，李云峰.交通保障临时便桥研究与施工设计应用［J］.河北水利水电技术，2004（3）:21-22.

LI Xue-jun，LI Yun-feng.Research and application of construction and design on temporary bridge for traffic guarantee［J］.Hebei Water Resources and Hydropower Engineering，2004（3）:21-22.

［3］ 姚玲森.桥梁工程［M］.北京:人民交通出版社，1985.

［4］ 范立础.桥梁工程:上册［M］.北京:人民交通出版社.

［5］ JTG D 62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［6］ JTG D 60—2004公路桥涵设计通用规范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［7］ 周志祥.高等钢筋混凝土结构［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［8］ 叶见曙.结构设计原理［M］.北京:人民交通出版社，1997.

Fast and Low-cost Construction Method of Temporary Bridge

XU Ji-li1，WANG Shao-rui2，ZHANG Jiang-tao2
（1.Chongqing Communications Construction Group Co.，Ltd.，Chongqing 401147，China;
2.School of Civil Engineering＆ Architecture，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China）

A was to build fast and low-cost temporary bridge was proposed.The piers enrockment in the reinforced cages were used as bridge infrastructure.With local materials which are unnecessary to process basement and low demand of capacity，the method could highly adjust to basal deformation.A simplified method of stirrups design was proposed;a reasonable type of the piers with enrockment in the reinforcement cage was discussed.

temporary bridge;piers enrockment in the reinforcement cage;working principle

U 443.22

A

1674-0696（2011）05-0931-03

10.3969/j.issn.1674-0696.2011.05.010

2011-05-16;

2011-05-20

徐基立（1970-），男，安徽怀宁人，高级工程师，主要从事道路桥梁施工技术的研究工作。E-mail:xujili@163.com。