钢架辅助平台在跨江电缆桥施工中的应用
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摘要：大跨度跨江电缆桥架的施工包括水下桥墩灌注桩施工以及电缆桥架的吊装作业，通过在水面搭建钢架平台作为施工辅助措施，而不采用封航围堰措施，不仅可以降低成本，而且避免基础施工引起的河流堵塞等问题。完成桥墩基础施工后，在钢架平台的辅助支撑作用下，通过“移动递进式的组装工艺”巧妙地利用桥架下弦面为施工基面，安全有效地完成桥架的低空整体组装作业。结合整体双机抬吊的方法，在平台上起吊跨度达120米的电缆桥。
关键词：跨江电缆桥;钢架辅助平台;围堰;移动递进组装;桥架底面转换;双机抬吊 文献标识码：A
中图分类号：TU74 文章编号：1009-2374（2015）02-0056-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.0126
高压电缆的敷设方式除了常用的电缆沟（隧道）外，还有跨河电缆桥敷设。如桥梁基础位于河中，桥墩基础施工和桥架组装作业都需在河流上方进行。基础施工时不得影响河流航运及水利安全，夏季雨量较大，如采用围堰施工易造成河流堵塞引发洪涝。且桥架组装和起吊重量较高，围堰的施工基面不稳定，易坍塌下沉，施工风险和难度极大。采用钢架平台作为辅助措施，可解决上述问题。
1 大跨度跨江电缆桥架施工的难点分析
以120m跨度跨江电缆桥施工为例，跨越河道水位较高流速较大，在夏季多雨期间，桩基础所在位置的水位较高。如封航围堰施工会对航道造成严重的堵塞，易引发严重洪涝灾害。另外，由于河道底部淤泥较深以及受河流影响，围堰的堤坝易坍塌下沉，严重影响桥墩基础施工及后期桥架吊装作业。
2 钢架辅助施工平台的设计及其应用分析
2.1 运用钢架平台辅助电缆桥施工的优越性分析
通过在桥墩所在位置搭建两个钢架平台作为辅助措施，可解决围堰施工引发的河流堵塞等问题，其优越性如下：（1）水流可从平台下方流通，这对河道的影响极小，不会造成水流堵塞。施工平台之间，预留约15m宽的江面方便船只通过，降低施工对水利的影响;（2）平台由钢管桩、工字梁及钢板构成，结构可靠稳定，不易下沉，可在平台上进行低空组装和起吊，降低施工风险。
2.2 运用钢架平台辅助电缆桥施工的经济分析
在河道上采取围堰措施，以上述电缆桥为例，围堰长约80m、宽约12.5m、深约8m，围堰方量为80×12.5×8=8000m3。按400元/m3的围堰单价计算，则措施费为约360万元。在桥梁的两个河中桥墩处搭建钢架平台，平台总长约为40m、宽13m，共计平台面积为520m2。按照4808元/m2的钢平台单价计算，共计约250万的措施费。因此，采用钢架平台作为辅助措施，施工成本节约了110万元，成本较低。
2.3 钢架辅助平台设计
2.3.1 平台结构设计。钢架平台必须满足桩基础施工和桥架吊装的受力要求，同时预留约15m宽的河道中心宽度，方便船只通航以及减少河道拥堵。其中一处的平台长25m、宽12.5m，平台面距离河底约4m，如图1所示：
图1 钢架平台平面示意图
平台的支撑采用21根桩径Φ530mm、壁厚为10mm材质为Q235A钢的钢管桩。钢管桩埋在淤泥层的长度11m，入岩层0.5m以上，保证桩底有足够的持力层。承受吊机载荷的地方，钢管桩间隔5m，其余部位间隔不大于7m。
平台主横梁采用I36b型工字钢，并与钢管桩焊接。纵梁采用44根I32b型工字钢以0.6m的间隔平均布置，每根纵梁长12m。平台面铺1cm厚钢板，如下图2平台的立面CAD制图所示：
图2 平台立面CAD效果图
2.3.2 平台主横梁强度计算。平台承受荷载主要包括平台自重荷载q及车辆荷载P。为简便计算，桥梁自重按均布荷载计算，车辆荷载按集中荷载考虑。以单片工字钢受力情况考虑q、P值，如下图3所示：
图3 主横梁受力简图
（1）q值计算：单片I36b工字钢每米重73.84kg，次梁工字钢每米重57.71kg。每根钢管桩间距为5m，单根5m长的主梁自重为369.2kg;如上图平台结构所示，每根主梁上有8根次梁，平台共有横向的7根主梁，则落在单根主梁上的纵梁自重为：
（1）
主横梁单片工字钢自重为：
（2）
（2）P值计算：需吊装的单节电缆桥架重达46吨，用70吨吊车进行吊装，吊车自重约45吨。考虑不平衡因素，吊件载荷为46×1.1×1.2=61吨。因采用双机抬吊工艺，每个平台承受的桥架载荷为总桥架的二分之一即30.5吨。吊车的其中两个支点位于左侧一起作用在5根主横梁上，不均衡系数取0.9，则单根横梁上的P值为：
q=（450+350）kN/2/0.9/5=83.9kN （3）
结构强度计算：
工字钢跨径L=5m，工字钢容许弯曲应力，容许剪应力。
计算最大弯矩及剪力：
最大弯矩：
（4）
最大剪力：
（5）
强度验算：
正应力验算：
（6）
（W为36b工字钢净截面弹性抵抗矩，查表得为919cm3。）
剪力验算：
由于工字钢在受剪力时大部分由腹板承载，且腹板的剪力较均匀，剪力可近似按τ=V/（h*t）计算，h为腹板高度，t为腹板厚度，可查到36b工字钢。
（7）
（3）梁体挠度验算：工字钢梁容许挠度，则主横梁梁体变形为：
f=[5qL4/384+FL3/48]/EI=[5×4.04×5004/384+75.5×5003/48]/206×105×68512.5×8=0.294cm （8）
，满足要求。
2.3.3 平台钢管桩强度验算。钢平台自重约40t，吊机及桥架载荷总重按75.5t计算，N=40+75.5=115.5t=1155kN，10mmΦ530钢管桩21根，单根桩受力N1=1155/21=55kN，钢管桩长L=14.5m。
长细比计算：
钢管桩横截面积：
（9）
钢管桩回转半径： （10）
则长细比：
（11）
（2）钢管桩按轴心受压进行强度计算：
由λ=78.85查表得Φ=0.789，则钢桩工作压应力：
（12）
取安全系数K=2，因采用Q235A钢管桩，取[σ]=235MPa。
则 （13）
综上所述，钢管桩满足吊装作业时的承载力要求。
3 钢架平台上进行桥架吊装作业的应用
3.1 在现有钢架施工平台上组装桥架的技术难点
在平台上只有长约15m和宽7m的平台面，无法在单个平台上一次完成40m桥架的组装。因此，需结合两个平台的辅助作用方可完成桥架的整体组装。
3.2 采用常规分片高空组装起吊工艺的弊端
施工常用的吊装工艺是“分件组装起吊”，该工艺存在三大弊端：（1）在悬空的主材上作业，极易失稳发生坠落事故，作业风险极大;（2）单根主材上作业时，主材受到自重而容易向下变形，施工质量差;（3）起吊距离较长，高空作业多，施工效率低。
3.3 改进组装起吊工艺
采用移动递进式组装桥架，转变桥架为施工基面，有效扩大施工作业面完成组装作业。结合平台的辅助支撑作用，采用双机抬吊工艺完成桥架整体吊装作业。
该电缆桥G11、G12平台之间有长约15m的空间没有施工平台，而桥架下弦底面两节桥架主材连接在一起总长达16m，大于G11、G12两平台间15m的距离。利用桥架主材及构件相连接后具有的刚度和强度特性，通过“移动递进式组装”工艺，将上述16m长的桥架下弦底面组装好并起吊移动递进横跨在原G11、G12钢架平台上转变为施工面。合理地将G11和G12两个钢架平台连接在一起，弥补原钢架平台面的不足，扩大了施工作业面积，如图4所示。两个平台结合在一起可辅助完成每段长40m的桥架组装作业，最后利用平台的支撑辅助作业，采用双机抬吊的吊装方法，完成桥架的整体起吊作业。
图4 转变桥架底面为“新施工平台”工艺分析
4 结语
在大跨度跨江电缆桥施工中，应用上述“钢架施工辅助平台”、“移动递进式”组装工艺、巧妙转换桥架底面骨架为施工承托基面以及结合“整体双机抬吊”等系统性创新工艺，不但降低施工成本、提高安全可靠性，还可避免围堰施工引发的洪涝灾害、航道堵塞、施工基面坍塌等严重安全事故。
参考文献
[1] 白鸽，卜永军，陈海霞，等.钢结构设计计算与实例[M].北京：人民交通出版社，2008.
[2] 徐伟.现代钢结构工程施工[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.
[3] 沈莲.机械工程材料[M].北京：机械工业出版社，2007.
[4] 顾文卿.新编国内外大型起重机械选型设计、事故分析及安全操作实用手册[M].西安：中国知识出版社，2006.
作者简介：王志强（1985-），男，广东省输变电工程公司助理工程师，研究方向：电力建设施工项目管理。