赵 亚, 张 建 祥

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

凉山州大桥水库引水工程是解决西昌市、冕宁县及沿途乡镇引水安全的重要工程，工程任务为城乡生活供水。工程设计的引水流量为3.434 m3/s，年引水量为7 928.2万m3。工程等别为Ⅲ等中型。输水管线、接水点、隧洞、管桥、倒虹管等主要建筑物的级别均为3级，阀门、阀门井、河道防护等次要建筑物的级别为4级，临时建筑物的级别为5级。

工程线路所在的泸沽镇至漫水湾首部枢纽段地形起伏不平，沿线沟壑纵横且切割较深，是该工程最复杂、最难布置的线路。设计采用6座管桥跨越该段线路的沿线沟壑。管桥上部结构为钢筋混凝土预制T梁。

2 原管桥设计方案

全线共设中型管桥6座，单座管桥桥跨为30m，桥长60.88 m。管桥横断面为：0.25 m(栏杆)+1.1 m(检修道)+1.8 m(管道宽度)+1.1 m(检修道)+0.25 m(栏杆)=4.5 m。管桥下部桥台为桩接盖梁式桥台；桥墩采用方柱式实体墩、群桩基础(布置4根直径为1.2 m的桩基础)，最大墩高28 m。上部桥跨布置为2×30 m预制T梁，桥宽4.5 m，桥面净宽4 m。地震基本烈度为Ⅸ度，地震动水平峰值加速度为0.4 g[1]。管桥典型立面示意图见图1。管桥上部结构T梁横断面布置情况见图2。

图1 管桥典型立面示意图

图2 上部结构T梁横断面布置图

管桥的主要材料为：C50混凝土(T梁、桥面现浇层、桥面铺装层)、C40混凝土(背墙、盖梁、挡块、实体墩身)、C30混凝土(承台、桩基础)、GYZd350 mm×96 mm板式橡胶支座、HRB400级和HPB300级钢筋。预应力钢束采用的标准为《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224-2003 φ15.2 mm高强低松弛钢绞线，其抗拉标准强度为1 860 MPa。

3 施工中存在的问题

3.1 管桥位置分散，难以布置集中预制场

凉山州大桥水库引水工程为线性工程。1号JP2〗管桥中心桩号为41+141.887，2号管桥中心桩号为41+722.44，3号管桥中心桩号为41+917.44，4号管桥中心桩号为41+970，5号管桥中心桩号为42+398，6号管桥中心桩号为88+184.31。6座管桥分散布置在冕宁县林区，沿线山地起伏不平，管线附近无既有交通道路，交通十分不便，故该工程无法遵循“安全、紧凑、通畅”的原则布置集中预制场。

因该工程单座管桥需30 m预制T梁4榀，6座管桥共需30 m预制T梁24榀，若采用分散布置预制场的方式，预制场建厂投资大且占地面积较大，不利于投资成本的控制。

3.2 管桥位置无运梁通道

因管桥所在地为冕宁县林区，跨越“深V型、陡峻”山谷，且山谷顶部有生态养殖场、村组唯一的耕地、天然林区等范围需要在施工期做好保护工作，全面实现“现代生态化施工”，管桥平面布置航拍图见图3。但是，为了满足T梁运输，道路的纵坡须小于8%，转弯半径须大于20 m，而现有路面宽3 m的乡村便道一侧紧邻既有深沟壑，另一侧则紧邻现有村落的民房，扩建道路需要拆迁大量的民房，经济上极不合理。

图3 管桥平面布置航拍图

3.3 T梁架设施工的难度大、安全隐患突出

由于单榀30 m预制T梁重约87.8 t，且因管桥均为跨山沟设计，所处地理条件较差，受地形条件影响，预制T梁无法采用一台或两台吊机架设法组织施工。

由于管桥布置分散，预制T梁采用联合架桥机架设法或双导梁架桥机架设法组织施工费用昂贵，极不经济。

受工程所在地施工环境的影响，预制T梁架设考虑采用传统的简易型钢导梁架设法。但该架设法属高空架设法，高处坠落、机械伤害、物体打击等事故隐患突出。

另外，因其上部结构调整为现浇方式组织施工、分段浇筑，但现有乡村便道不满足混凝土罐车的通行要求，导致混凝土入仓强度无法确保现浇混凝土桥梁的质量受控。

鉴于上述原因，参建各方结合管桥附近布设的铁路钢桥，初步考虑将大桥水库引水工程管桥的上部结构调整为钢结构。但钢结构中的桥梁上部结构若采取现场焊接的方式组织施工，现场过多的焊接作业对钢结构的耐久性将造成很大的损伤、腐蚀及其运行期的维护工作量大。

结合现场实际情况和以上存在的问题，在充分考虑管桥建设的工期要求、成本控制、运行功能等要求后，参建各方最终决定将管桥的上部结构由设计变更的方式调整为组合装配式贝雷钢桥结构。

4 管桥设计方案的变更

4.1 变更后的方案

经凉山州大桥水库引水工程参建各方共同研究与讨论后，将管桥的上部结构由原设计方案的预制T梁变更为30 m(长)×4 m(宽)四排贝雷钢桥[2]。贝雷钢桥的桥面板采用28号工字钢加8 mm厚钢板构成[3]。 贝雷钢桥采取在厂家购买成品贝雷片及其附属构件，运输至施工现场后在现场拼装的方式组织施工。30 m(长)×4 m(宽)双排单层钢桥的主要工程量见表1。

表1 30 m(长)×4 m(宽)双排单层钢桥主要工程量表

4.2 贝雷钢桥的复核计算

贝雷钢桥的桥面强度满足引水工程架设单根φ1.2 m自来水管道的要求，在此不予校核其强度。仅对贝雷钢桥主梁按均布荷载进行校核。

(1)主要计算参数。

W水=1 131 kg=113.1 kN

W水管=473.3 kg=47.33 kN，L=30 m

q1=(W水+W水管)/L

q1=(113.1+47.33)/30=5.35(kN/m)

查《装配式公路钢桥使用手册》,钢桥自重[4]为:

W桥=27.7 t=277 kN

q桥=W桥/L=277/30=9.2(kN/m)

安全系数K=1.3

(2)桥梁端部剪力计算。

q=q1+q桥=5.35+9.2=14.55(kN/m)

Qmax=(q×L×K)/2

Qmax=(14.55×30×1.3)/2=567.5(kN)

(3)主梁最大弯矩计算。

Mmax=(q×L2×K)/8

Mmax=(14.55×302×1.3)/8

=2 127.9(kN·m)

查《装配式公路钢桥使用手册》知：双排单层贝雷片钢桥[Q]=980.8 kN,[M]=3 152.8 kN·m。

Qmax=567.5 kN<[Q]=980.8 kN

Mmax=2 127.9 kN·m<[M]

=3 152.8 kN·m

在上述公式中，W水为水的重力；W水管为钢管的重力；q1为均布荷载；W桥为钢桥的重力；q桥为钢桥自身荷载；q为总荷载；Qmax为最大重力；Mmax为最大弯矩。

综上可知：变更后的桥梁结构形式安全、合理。

4.3 方案变更前后直接经济成本的对比分析

(1)变更前预制T梁的费用按设计工程量和概算定额的方法进行费用估算，30 m预制T梁费用估算表见表2。

表2 30 m预制T梁费用估算表

(2)变更后的贝雷钢桥采用市场询价法进行相应的费用估算，30 m(长)×4 m(宽)双排单层钢桥费用估算见表3。

表3 30 m(长)×4 m(宽)双排单层钢桥费用估算表

30 m预制T梁的费用估算为29.92万元，30 m(长)×4 m(宽)贝雷钢桥的费用估算为35.322 9万元，变更后单跨管桥上部结构增加的投资费用约为：35.322 9-29.92≈5.4(万元)。

该工程6座管桥需增加投资的费用为：5.4×2×6≈64.8(万元)。

4.4 变更前后间接经济成本分析

(1)原设计方案为预制T梁，其间接成本高。首先需要增加预制场的临时征地费用约4.2万元(征地补偿标准按未利用地年补偿2.1万元的标准，设置2处预制场)；其次，需要增加预制T梁由预制场至施工现场的运输道路建设投资，其涉及到既有村民民房的集体搬迁费用和民房补偿费用(新建道路5 km，按每km 15万元考虑，需投资75万元)。

(2)变更为贝雷钢桥后，贝雷钢桥运输至管线附近的临时仓库后由民用拖拉机运输至施工现场，在现有征地范围内拼装，采用悬臂推出法组织施工，无明显的间接投资费用增加，较预制T梁方案可节约预制场的临时征地和新建道路等投资费用。

(3)工期方面，贝雷钢桥亦具有显著优势。

4.5 其他方面

设计变更后的管桥为钢-混凝土结合结构的组合结构管桥，其与原设计方案的钢筋混凝土管桥相比，具有重量较轻、制造安装较为容易、施工速度快、工期短等优点。

组合结构管桥与现场拼装的装配式钢桥相比，具有节省钢材、耐疲劳、减少钢梁腐蚀、减少噪音、维修养护工作量较少等优点。

5 贝雷钢桥的施工流程

管桥上部结构变更后，贝雷钢桥采用装配式安装，其施工工艺流程为：施工准备→安装钢桥的座板→安装钢桥桥座→安装钢桥的桁架→安装钢桥的加强横梁→安装抗风拉杆→安装有扣纵梁与无扣纵梁→安装钢桥面板[5]。

结合管桥现场的地形、道路状况，贝雷钢桥的安装采用悬臂推出法，即在钢桥的推出侧先行规划出堆放钢桥部件、工具等的位置，使钢桥构件的堆放有利于装配式人工搬运距离最短。在管桥两侧，先安置好摇滚和平滚，钢桥的大部分构件在推出侧的滚轴上拼好，然后由人力或机械牵引，将桥梁平稳而缓慢地推出，直达管桥的接收侧桥台。在钢桥未到达接收侧桥台的摇滚之前，在整个悬臂推出过程中，应保持桥梁平衡，始终将桥梁的重心落在推出侧摇滚的后面。为使钢桥顺利到达对侧，避免在推出过程中因前部悬空发生倾倒的危险，需在正桥前面拼装几节鼻梁(鼻梁只装桁架、横梁与抗风拉杆等部件，不装纵梁与桥面板)。

6 结 语

凉山州大桥水库引水工程管桥上部结构经设计变更后由原设计的预制T梁调整为贝雷钢桥。变更后，管桥由原设计方案中的单一钢筋混凝土结构变成了钢-混凝土结合的组合结构，即管桥下部为钢筋混凝土结构，上部为钢结构。

钢、混凝土组合结构的凉山州大桥水库引水工程管桥有效地克服了混凝土梁抗拉强度小、有横向约束时抗压强度增大等弱点；贝雷钢桥采用厂家集中生产、运输至施工现场后采用销子连接拼装的方式，有效克服了钢材容易压缩屈曲、现场焊接接头容易生锈等弱点。变更后的管桥其功能满足设计要求，降低了施工难度，加快了管桥施工进度，确保了管桥施工期安全受控，所取得的经验值得在类似工程中推广运用。