鱼孔河大桥钢丝绳便桥设计与施工方案
何永宝 欧纲军
（广西壮族自治区公路桥梁工程总公司三分公司, 广西 南
宁,530023）
摘要：本文以遵赤公路白腊坎至茅台段高速公路第八合同段鱼孔河大桥的施工钢丝绳便桥为例，说明钢丝绳便桥的设计与施工，以供施工单位在这方面研究参考。
关键词：钢丝绳 荷载 垂度 设计 施工 一、概述
鱼孔河大桥位于遵赤公路白蜡坎至茅台段高速公路第八合同段，桩号为K30+060～K30+360左幅为7－40m ，右幅为8－40m 先简支后结构连续预应力混凝土T 型梁桥。下部构造桥台为重力式U 型桥台；桥墩基础为挖孔桩基础，墩身为钢筋混凝土双柱式排架方形截面墩。其中3号墩高73m 。鱼孔河大桥横跨鱼孔河，桥位处地形高差大，大桥两岸为斜坡，沿桥梁纵向原地面地形陡峻，唯茅台岸岸坡中下部有两块面积有限的平台可勉强布置施工场地。谷底为鱼孔河，河岸陡直，垂直高度大，宽度达55m 。施工人员及施工
材料很难通过河沟到达对岸，必须在鱼孔河上空设置施工便桥来满足施工需要。结合地形特点、施工实际需要和经济适用、安全保障的原则，经过比选，确定采用钢丝绳便桥。
二、钢丝绳便桥的设计与计算 (一) 、钢丝绳便桥的设计
1. 钢丝绳便桥采用φ45钢丝绳做主缆，绳上满铺竹条板（考虑钢丝绳受力安全系数达到要求，且考虑竹条板的长度，主缆采用三条，间距为1m ），并以适当的间距铺设与竹条板同长度的φ48钢管，将钢管通过管扣与主缆固定，在横钢管上设置稳固立柱，两侧立柱间以纵向水平钢管相连形成扶手，并设连续的防护网进行防护。
2.为防止施工人员步行通过时引起钢丝绳晃动使人员跌倒造成坠落事故，在两条边主缆与每相隔10m 的横搁钢管的交叉处，用φ12钢丝绳向下方牵引固定至预先在下方地面适当位置制作好的地锚上（以下简称限位钢丝绳和限位地锚）。
3.钢丝绳便桥主缆两端地锚采用桩式地锚。地锚的具体设计及计算资料见方案附件。 (二) 、钢丝便桥所受荷载
1.均布荷载、集中荷载，其中均布荷载为（钢丝绳每米自重、每米泵管自重及通过泵管的混凝土重、人群荷载、竹条板、钢管配套、栏杆等重。） 2.集中荷载主要为在施工大桥3#墩桩基时, 悬挂砼漏斗和串筒的重量, 便桥要全面考虑各种可能存在的施工荷载及其最不利的组合状态来进行设计计算,
钢丝绳便桥除了承受主绳自重和绳上铺设物等均布荷载的作用外, 还要考虑根据施工需要通过一定数量的人群荷载和施工周转材料、工具确保便桥有足够的施工安全, 满足相关安全规范的要求。 (三) 、钢丝绳的计算
1．确定钢丝绳便桥的跨度、工作垂度：根据施工设计图及现场实际情况现初步确定跨度L=91m，外荷载作用下垂度取f=L／20=4.55m。 2．钢丝绳便桥最大张力和强度验算
（1）、钢丝绳8.269kg/m,3条钢丝绳单位重为:q1=8.269×3×10=248.07N/m,公称抗拉强度为1850MPa, 破断力T=1735KN;
（2）、泵送混凝土及泵管自重: 泵管取口径为15厘米, 每米重为20千克, 每米泵管混凝土重42.4千克, 合计:q2=(42.4+20) ×10=624N/m;
（3）、人群荷载: 取20个人同时走在桥上, 每人按照70kg 计, 合计为:q3=20×70/91×10=154 N/m; （4）、竹条板、钢管配置、栏杆等总重：竹条板4条
一米，每条15kg ，重15×4＝60kg ；钢管全桥总长46×2.7+46×2×1.5＝262.2米, 便桥每米有钢管262.2÷91＝2.9米, 重2.9×3.804=11.03kg,管扣总共46×5=230个, 便桥每米管扣重230÷91×3＝7.6kg, 钢管和管扣共重11.03+7.6=18.63kg,便桥每米的栏杆重量
4
×
0.888=3.552kg;q4=10
×
(60+18.63+3.552)=821.82N/m;
（5）、假设集中荷载最重为5t/次,Q=10×5000=50000N;
（6）、钢丝绳最大张力和强度计算
q=q1+q2+q3+q4=248.07+624+154+821.82=1847.89N/m 主索最大水平张力：H max =Mmax /f
其中M max = ql2／8＋QL/4=1847.89×912／8+50000×91／4=3050KN.M
H max =3050/4.55=670.33KN,
COS α=(91/2)/(4.552+912/4)0.5=0.995 T max =670.33/COSα=670.33/0.995=673.70 KN 安全系数K=0.8T破/ T max =0.8×1735×2/673.70=4.1≥3～4符合要求。 3．锚固端的抗滑移计算
抗滑端受力简图
（1）、横、纵分力计算
H= TCOSα=673.7×0.995=670.33KN V=T SINα=670.33×0.112=75.45KN
（2）、钢丝绳便桥在荷载作用下产生的水平拉力主要
由桩的主动土压力相抵消。土压力采 用
朗金理论主动土压力计算公式E a =1/2rH2k a 进行计算。 r:土壤的容重（砾石、碎石类土取20kn/m3） H:方桩的高度，
k a :朗金主动土压力系数（k a =tg2(45°+φ/2)- tg 2(45°-φ/2) ；
φ：土壤内摩擦角，(砾石、碎石类土取35°）。 k a =tg(45°+35°/2)- tg(45°-35°/2)= 3.42
2
2
E a =1/2rHk a =1/2×20×5×3.42=855KN/m N= Ea S=855×5×2=8550 KN, （3）、抗滑移验算:
N 总/ T1=8550/670.33=12.8>2符合要求。 （4）、地基承载力验算：
σ1=G/S+T2/S=(25×5×2×1+25×1.2×2.7×1.2)/(2×1)+75.45/(2×1)
=211.33KPa
倾覆力距: M1=H×6.2=670.33×6.2=4156.0KN.M 平衡力矩: M2=（G 1+G2）×0.5+ T2×0.75+N×1.67=(1.2×1.2×2.7×25+25×5×1) ×
0.5+75.45
×
0.75+8550
×
1.67=14446KN.M
K = M2/M1=14446/4156=3.5＞2符合要求。 （6）、立柱底剪力：
σ2= T1/S=670.33/2÷［π×（0.252-0.242) ］ =21783KPa
剪应力主要由钢筋来承担, 计算承台底受剪应力的钢筋的面积为:
22
s=28×π×（25÷2）×10＝1.374×10m KPa
（8）、计算安装力T 0和初始安装垂度f 0 负荷状态：
2－6－22
σ3= T1/S＝670.33/0.014=48786KPa
Q=50KN,G=ql＝1.848×91＝168.2KN, 不计温度，E ＝7.89×107KPa ，F=3×936.5×10－6m 2 , β＝0, T 1=670.33KN
K 1＝E ×F ×cos 2β/24=9236.1KN
K 2=3Q(Q+G)+G2=3×50×（50+168.2）+168.22=61021KN2 A=K1×K 2/ T -T1=583.9 B= K1×G 2=261300721
空载时 Q0=0,K3=12Q0(Q0+G)=0,C= K1×K 3/l2＝0 B+Cx(l-x)=B=261300721
代入方程：T 0+T0× A－【B+Cx(l-x)】＝0 得：T 03+T02×583.9-261300721=0 解得：T 0＝492.6KN 初始安装垂度f 0=gl/8 T 0,
其中g=主索单位长度重量、l=主索跨度、T 0=自重作用下主索的水平拉力
f 0 =1.848×91/(8×492.6)=3.88m 三、钢丝绳便桥所用材料工程数量表
2
2
3
2
2
1
1、 主桥材料
2、桩基和承台、受力墩材料
3、
便桥辅助施工材料及机具数量表
五、钢丝绳便桥施工注意事项
1、钢丝绳便桥两端高程应与地面持平, 以方便人员、材料和机具通过。
2、桩式地锚的有效桩长应从坚实土层往下计算、地质情况符合或优于设计地质参数。
3、主钢丝绳用卷扬机和牵引钢丝绳牵来回牵引过河, 并由卷扬机、手拉葫芦、牵引钢丝绳和滑车组(滑轮组) 相结合，依次将三线主钢丝绳收紧至初始挠度, 除要求三根绳的高度一致外, 还要保证空索挠度不小于设计理论值。
4、各种辅助用钢丝绳、千斤绳、主绳的连接、牵引、收紧、夹固必须满足相关吊装安全规范的要求。为此、技术和操作人员要熟悉相应规、严格按规范操作。
5、桥面铺装竹条板和横置钢管从便桥一端开始铺
设。横置钢管要逐一用管扣与主绳扣紧, 使三根主绳形成一整体。但在栓紧主绳时, 不能用力过大以免管扣夹伤主绳。
6、竹条板往前铺设2～3m 后, 沿每根主绳上设φ12螺纹钢, 用钢丝(非扎丝) 缠绕主绳与螺纹钢并绞紧, 夹紧固定竹条板。
7、限位地锚锚筋用一端设环的螺纹钢筋插入岩面预钻孔内, 并灌入膨胀水泥浆。锚筋方向不能与钢丝绳方向相同, 夹角应大于45度, 出地面部分再热弯与钢丝绳方向一致。
8、竹条板要经常检查更换固紧，出现破损的竹跳板不允许继续强行使用。
9、防止高空落物冲击便桥造成事故。
10、便桥上一次性通过人员重物总载不许超过2吨, 单点集中荷载考虑竹条板的承受力不许超过250公斤, 且任何时候综合载荷不许造成便桥出现侧倾, 应在两桥头显眼处设置好限载标志及具体、易懂的文字警示牌, 并向所有施工人员作好书面的安全技术交底。
11、便桥施工完成后要报专项验收后才可使用, 并要在使用过程中经常检查维护。
六、结束语
钢丝绳便桥有不受地形限制, 施工快捷经济等特点, 在桥梁施工中人员需要跨越小峡谷、河流时常用的一种施工便桥，但钢丝绳便桥有受通过时产生共振摇晃较大的缺点，宜结合工程的实际情况选取合理的便桥施工方案进行施工，才能保证工程质量，获得巨大的社会效益和经济效益。
参 考 文 献
【1】交通部. JTJ 041-2000公路桥涵施工技术规范. 北京:人民交通出版社,2000
【2】杨文渊, 徐犇. 简明公路施工手册(第二版). 北京: 人民交通出版社,1999
【3】交通部. 公路施工手册桥涵(下册) . 北京:人民交通出版社,2000
【4】周水兴，何兆益，邹毅松. 路桥施工计算手册 .北京:人民交通出版社,2001
作者简介 何永宝，男，1979年3月出生，现任职于广西壮族自治区公路桥梁工程总公司三分公司，黑龙江省海伦市人，主要从事公路桥梁工程施工技术管理。通讯地址：广西南宁市长岗路三里118号 邮政编码：
530023 电话：[1**********]
欧纲军，男，1982年2月出生，现任职于广西壮族自治区公路桥梁工程总公司三分公司，广西省柳州市人，主要从事公路桥梁工程施工管理。通讯地址：广西南宁市长岗路三里118号邮政编码：530023 电话：[1**********]
鱼孔河大桥钢丝绳便桥设计与施工方案
何永宝 欧纲军
（广西壮族自治区公路桥梁工程总公司三分公司, 广西 南
宁,530023）
摘要：本文以遵赤公路白腊坎至茅台段高速公路第八合同段鱼孔河大桥的施工钢丝绳便桥为例，说明钢丝绳便桥的设计与施工，以供施工单位在这方面研究参考。
关键词：钢丝绳 荷载 垂度 设计 施工 一、概述
鱼孔河大桥位于遵赤公路白蜡坎至茅台段高速公路第八合同段，桩号为K30+060～K30+360左幅为7－40m ，右幅为8－40m 先简支后结构连续预应力混凝土T 型梁桥。下部构造桥台为重力式U 型桥台；桥墩基础为挖孔桩基础，墩身为钢筋混凝土双柱式排架方形截面墩。其中3号墩高73m 。鱼孔河大桥横跨鱼孔河，桥位处地形高差大，大桥两岸为斜坡，沿桥梁纵向原地面地形陡峻，唯茅台岸岸坡中下部有两块面积有限的平台可勉强布置施工场地。谷底为鱼孔河，河岸陡直，垂直高度大，宽度达55m 。施工人员及施工
材料很难通过河沟到达对岸，必须在鱼孔河上空设置施工便桥来满足施工需要。结合地形特点、施工实际需要和经济适用、安全保障的原则，经过比选，确定采用钢丝绳便桥。
二、钢丝绳便桥的设计与计算 (一) 、钢丝绳便桥的设计
1. 钢丝绳便桥采用φ45钢丝绳做主缆，绳上满铺竹条板（考虑钢丝绳受力安全系数达到要求，且考虑竹条板的长度，主缆采用三条，间距为1m ），并以适当的间距铺设与竹条板同长度的φ48钢管，将钢管通过管扣与主缆固定，在横钢管上设置稳固立柱，两侧立柱间以纵向水平钢管相连形成扶手，并设连续的防护网进行防护。
2.为防止施工人员步行通过时引起钢丝绳晃动使人员跌倒造成坠落事故，在两条边主缆与每相隔10m 的横搁钢管的交叉处，用φ12钢丝绳向下方牵引固定至预先在下方地面适当位置制作好的地锚上（以下简称限位钢丝绳和限位地锚）。
3.钢丝绳便桥主缆两端地锚采用桩式地锚。地锚的具体设计及计算资料见方案附件。 (二) 、钢丝便桥所受荷载
1.均布荷载、集中荷载，其中均布荷载为（钢丝绳每米自重、每米泵管自重及通过泵管的混凝土重、人群荷载、竹条板、钢管配套、栏杆等重。） 2.集中荷载主要为在施工大桥3#墩桩基时, 悬挂砼漏斗和串筒的重量, 便桥要全面考虑各种可能存在的施工荷载及其最不利的组合状态来进行设计计算,
钢丝绳便桥除了承受主绳自重和绳上铺设物等均布荷载的作用外, 还要考虑根据施工需要通过一定数量的人群荷载和施工周转材料、工具确保便桥有足够的施工安全, 满足相关安全规范的要求。 (三) 、钢丝绳的计算
1．确定钢丝绳便桥的跨度、工作垂度：根据施工设计图及现场实际情况现初步确定跨度L=91m，外荷载作用下垂度取f=L／20=4.55m。 2．钢丝绳便桥最大张力和强度验算
（1）、钢丝绳8.269kg/m,3条钢丝绳单位重为:q1=8.269×3×10=248.07N/m,公称抗拉强度为1850MPa, 破断力T=1735KN;
（2）、泵送混凝土及泵管自重: 泵管取口径为15厘米, 每米重为20千克, 每米泵管混凝土重42.4千克, 合计:q2=(42.4+20) ×10=624N/m;
（3）、人群荷载: 取20个人同时走在桥上, 每人按照70kg 计, 合计为:q3=20×70/91×10=154 N/m; （4）、竹条板、钢管配置、栏杆等总重：竹条板4条
一米，每条15kg ，重15×4＝60kg ；钢管全桥总长46×2.7+46×2×1.5＝262.2米, 便桥每米有钢管262.2÷91＝2.9米, 重2.9×3.804=11.03kg,管扣总共46×5=230个, 便桥每米管扣重230÷91×3＝7.6kg, 钢管和管扣共重11.03+7.6=18.63kg,便桥每米的栏杆重量
4
×
0.888=3.552kg;q4=10
×
(60+18.63+3.552)=821.82N/m;
（5）、假设集中荷载最重为5t/次,Q=10×5000=50000N;
（6）、钢丝绳最大张力和强度计算
q=q1+q2+q3+q4=248.07+624+154+821.82=1847.89N/m 主索最大水平张力：H max =Mmax /f
其中M max = ql2／8＋QL/4=1847.89×912／8+50000×91／4=3050KN.M
H max =3050/4.55=670.33KN,
COS α=(91/2)/(4.552+912/4)0.5=0.995 T max =670.33/COSα=670.33/0.995=673.70 KN 安全系数K=0.8T破/ T max =0.8×1735×2/673.70=4.1≥3～4符合要求。 3．锚固端的抗滑移计算
抗滑端受力简图
（1）、横、纵分力计算
H= TCOSα=673.7×0.995=670.33KN V=T SINα=670.33×0.112=75.45KN
（2）、钢丝绳便桥在荷载作用下产生的水平拉力主要
由桩的主动土压力相抵消。土压力采 用
朗金理论主动土压力计算公式E a =1/2rH2k a 进行计算。 r:土壤的容重（砾石、碎石类土取20kn/m3） H:方桩的高度，
k a :朗金主动土压力系数（k a =tg2(45°+φ/2)- tg 2(45°-φ/2) ；
φ：土壤内摩擦角，(砾石、碎石类土取35°）。 k a =tg(45°+35°/2)- tg(45°-35°/2)= 3.42
2
2
E a =1/2rHk a =1/2×20×5×3.42=855KN/m N= Ea S=855×5×2=8550 KN, （3）、抗滑移验算:
N 总/ T1=8550/670.33=12.8>2符合要求。 （4）、地基承载力验算：
σ1=G/S+T2/S=(25×5×2×1+25×1.2×2.7×1.2)/(2×1)+75.45/(2×1)
=211.33KPa
倾覆力距: M1=H×6.2=670.33×6.2=4156.0KN.M 平衡力矩: M2=（G 1+G2）×0.5+ T2×0.75+N×1.67=(1.2×1.2×2.7×25+25×5×1) ×
0.5+75.45
×
0.75+8550
×
1.67=14446KN.M
K = M2/M1=14446/4156=3.5＞2符合要求。 （6）、立柱底剪力：
σ2= T1/S=670.33/2÷［π×（0.252-0.242) ］ =21783KPa
剪应力主要由钢筋来承担, 计算承台底受剪应力的钢筋的面积为:
22
s=28×π×（25÷2）×10＝1.374×10m KPa
（8）、计算安装力T 0和初始安装垂度f 0 负荷状态：
2－6－22
σ3= T1/S＝670.33/0.014=48786KPa
Q=50KN,G=ql＝1.848×91＝168.2KN, 不计温度，E ＝7.89×107KPa ，F=3×936.5×10－6m 2 , β＝0, T 1=670.33KN
K 1＝E ×F ×cos 2β/24=9236.1KN
K 2=3Q(Q+G)+G2=3×50×（50+168.2）+168.22=61021KN2 A=K1×K 2/ T -T1=583.9 B= K1×G 2=261300721
空载时 Q0=0,K3=12Q0(Q0+G)=0,C= K1×K 3/l2＝0 B+Cx(l-x)=B=261300721
代入方程：T 0+T0× A－【B+Cx(l-x)】＝0 得：T 03+T02×583.9-261300721=0 解得：T 0＝492.6KN 初始安装垂度f 0=gl/8 T 0,
其中g=主索单位长度重量、l=主索跨度、T 0=自重作用下主索的水平拉力
f 0 =1.848×91/(8×492.6)=3.88m 三、钢丝绳便桥所用材料工程数量表
2
2
3
2
2
1
1、 主桥材料
2、桩基和承台、受力墩材料
3、
便桥辅助施工材料及机具数量表
五、钢丝绳便桥施工注意事项
1、钢丝绳便桥两端高程应与地面持平, 以方便人员、材料和机具通过。
2、桩式地锚的有效桩长应从坚实土层往下计算、地质情况符合或优于设计地质参数。
3、主钢丝绳用卷扬机和牵引钢丝绳牵来回牵引过河, 并由卷扬机、手拉葫芦、牵引钢丝绳和滑车组(滑轮组) 相结合，依次将三线主钢丝绳收紧至初始挠度, 除要求三根绳的高度一致外, 还要保证空索挠度不小于设计理论值。
4、各种辅助用钢丝绳、千斤绳、主绳的连接、牵引、收紧、夹固必须满足相关吊装安全规范的要求。为此、技术和操作人员要熟悉相应规、严格按规范操作。
5、桥面铺装竹条板和横置钢管从便桥一端开始铺
设。横置钢管要逐一用管扣与主绳扣紧, 使三根主绳形成一整体。但在栓紧主绳时, 不能用力过大以免管扣夹伤主绳。
6、竹条板往前铺设2～3m 后, 沿每根主绳上设φ12螺纹钢, 用钢丝(非扎丝) 缠绕主绳与螺纹钢并绞紧, 夹紧固定竹条板。
7、限位地锚锚筋用一端设环的螺纹钢筋插入岩面预钻孔内, 并灌入膨胀水泥浆。锚筋方向不能与钢丝绳方向相同, 夹角应大于45度, 出地面部分再热弯与钢丝绳方向一致。
8、竹条板要经常检查更换固紧，出现破损的竹跳板不允许继续强行使用。
9、防止高空落物冲击便桥造成事故。
10、便桥上一次性通过人员重物总载不许超过2吨, 单点集中荷载考虑竹条板的承受力不许超过250公斤, 且任何时候综合载荷不许造成便桥出现侧倾, 应在两桥头显眼处设置好限载标志及具体、易懂的文字警示牌, 并向所有施工人员作好书面的安全技术交底。
11、便桥施工完成后要报专项验收后才可使用, 并要在使用过程中经常检查维护。
六、结束语
钢丝绳便桥有不受地形限制, 施工快捷经济等特点, 在桥梁施工中人员需要跨越小峡谷、河流时常用的一种施工便桥，但钢丝绳便桥有受通过时产生共振摇晃较大的缺点，宜结合工程的实际情况选取合理的便桥施工方案进行施工，才能保证工程质量，获得巨大的社会效益和经济效益。
参 考 文 献
【1】交通部. JTJ 041-2000公路桥涵施工技术规范. 北京:人民交通出版社,2000
【2】杨文渊, 徐犇. 简明公路施工手册(第二版). 北京: 人民交通出版社,1999
【3】交通部. 公路施工手册桥涵(下册) . 北京:人民交通出版社,2000
【4】周水兴，何兆益，邹毅松. 路桥施工计算手册 .北京:人民交通出版社,2001
作者简介 何永宝，男，1979年3月出生，现任职于广西壮族自治区公路桥梁工程总公司三分公司，黑龙江省海伦市人，主要从事公路桥梁工程施工技术管理。通讯地址：广西南宁市长岗路三里118号 邮政编码：
530023 电话：[1**********]
欧纲军，男，1982年2月出生，现任职于广西壮族自治区公路桥梁工程总公司三分公司，广西省柳州市人，主要从事公路桥梁工程施工管理。通讯地址：广西南宁市长岗路三里118号邮政编码：530023 电话：[1**********]