便桥是指临时架设的简便的桥。便桥中的贝雷梁，在我国于20世纪60年代开始定型生产，具有结构简单、运输方便、架设快捷、载重量大、互换性好、适应性强的特点，广泛应用于国防战备、交通工程、市政水利工程，是我国应用最为广泛的组装式承重构件。由于具有以上优点，在大跨径桥梁施工中，通常用贝雷梁架设便桥，以便于为主桥的施工提供服务。

工程概况

铁路宁波站改建工程位于宁波市老城范围内的宁波火车站既有站场上，为大型铁路枢纽站房，铁路站房及站前广场下方设有地铁 2 号线、4 号线车站，其中宁波市轨道交通 2 号线宁波南站位于铁路站房正下方，横穿整个铁路站场。根据铁路运营的要求，在宁波站改造建设施工期间要保证既有铁路线路正常运营，同时整个枢纽工程的建设工期也不允许将站房基坑“一分为二”分区分期开挖施工。因此，在站房基坑开挖施工期间需要设置跨越基坑的临时铁路便桥，在保证既有线正常安全运营同时，也可提供站房基坑整体开挖施工的条件，缩短基坑工程的工期，确保整个枢纽工程的建设进度。如图1所示。

1.1 站房基坑工程概况

宁波站主体基坑为国铁南北换乘大厅基坑与地铁车站基坑共建，为“坑中坑”形式，分两级开挖，同时采用了分级放坡、钻孔灌注桩+止水帷幕以及地下连续墙围护形式，施工工艺复杂。本项目主体基坑一次性开挖面积约 17000m2，设 3 层地下室，其中站房换乘大厅基坑开挖深度约10.15m，地铁车站基坑开挖深度约 20.7~23.7m，建设场地内存在深厚的软弱土层，基坑开挖深度影响范围内第②1 层灰色淤泥质粘土、②2 层及 3 层灰色淤泥质粉质粘土、④1 层灰色淤泥质粘土和④2层灰色粘土均为高含水量、高压缩性、低强度的软弱淤泥质土和粘土，具有较明显触变及流变特性，受扰动后强度降低较大，同时大体量的土体一次性开挖卸载将对周边环境造成较大影响。

1.2 铁路既有线迁改过渡情况

站房施工期间铁路既有线要保证不中断正常运营。基坑开挖前，先将正线临时搬迁至既有的其他线路，然后在既有正线位置处施工临时铁路便桥。便桥施工完毕后，将正线复位(即正线通过临时铁路便桥跨过站房及地铁基坑)，再开挖施工站房及地铁基坑。待站房及地铁基坑永久正线区域，地下结构回筑至±0.00 后，铺设永久正线，再将过站正线从临时铁路便桥搬迁至永久正线位置处，然后拆除临时铁路便桥。

1.3 铁路便桥方案选型

在基坑方案设计过程中，拟定了两种临时铁路便桥设计方案进行比选：

1) 传统铁路便桥方案。桥墩采用现浇大直径灌注桩，桥面则采用工厂化生产的钢结构梁板。优点是安装、拆除方便，快速，工程造价相对较低。但存在以下缺点：① 本工程中桥梁墩柱最高约 24m，桥梁横向振动和稳定问题较难解决，目前铁路工程中通常仅在桥柱高度≤10m 的情况下使用；② 采用此便桥方案，通过桥梁的列车时速需控制在 45km/h以内，不能满足运营的要求；③ 桥梁墩柱(桩)穿过主体结构底板，浇筑底板混凝土时防水很难处理，成为工程质量的隐患。

2) 现浇砼梁板+钢格构柱组合式便桥方案。因便桥柱采用插入灌注桩的格构式钢柱，对于桥梁柱穿过地铁及通道底板混凝土时结构防水处理比较简单。同时通过在桥柱间设置柱间支撑和连系梁等措施，可较好地解决高墩柱便桥横向刚度偏弱的问题。并且通过计算分析和构造措施，可以将过站列车的速度提高到 80km/h，完全满足铁路运营需求。综合比较上述两个方案的优缺点，并与建设、施工、铁路运营等单位充分讨论研究后，确定采用钢格构柱支撑现浇钢筋混凝土梁板的组合式铁路便桥方案。

组合式便桥结构设计

2.1 便桥结构设计概况

铁路便桥按 2 线，线间距 5.3m 设计，纵向长度为 133.6m，横向宽度为 12.9m，高度最大约为24m。桥柱采用由 4 根 L200×200 角钢，通过钢缀板焊接组成的格构式钢柱。桥面混凝土梁截面尺寸采用 1000mm×1000mm，桥面板厚度为 350mm，混凝土强度等级均为 C35。

2.2 主要设计参数

临时过站线路考虑客货共线，客运列车限制速度80km/h，货运列车限制速度45km/h 设计。便桥桥面活荷载取值采用《铁路桥涵设计基本规范》“中-活载”图式，列车的横向摇摆力、离心力、制动力或牵引力均按《铁路桥涵设计基本规范》规定取值。

2.3 便桥结构静力计算

1)针对本便桥结构的特点，选用通用有限元软件SAP2000 进行空间结构分析计算；并运用中国建筑科学研究院开发的PKPM 系列软件进行便桥结构的整体计算。

2)基坑土方开挖对临时铁路便桥的附加变形影响。

3)计算结果分析。

综合以上计算结果，临时钢格构柱支撑现浇钢筋混凝土梁板的临时铁路便桥方案，桥柱、梁板承载力均满足使用要求；基坑开挖对铁路便桥的附加变形影响、便桥结构的挠度、纵横向刚度及自振频率等均能满足规范和列车运行速度V≤80km/h时的使用要求。

组合式便桥结构动力特性分析

采用有限元软件MIDAS/CIVIL 和SAP2000 建立便桥结构计算模型，除桥面板采用板单元模拟外，其他构件均采用空间梁单元模拟。考虑到本工程的地质条件及桥墩柱的嵌固状况，计算模型考虑在桩顶以下10m 处将桩固定约束，以此等效考虑桩基础和坑内加固土体的弹性约束。经计算分析，便桥前10 阶振型均以墩柱和桥面梁体横向弯曲振动为主，而桥面结构竖向振型未在前10 阶出现。分别为横桥向、顺桥向和桥面扭转振型，计算表明便桥墩柱的横向刚度是整个桥梁刚度的控制因素。

因墩柱的高度随着便桥下基坑土方开挖深度的逐渐加深，刚度相应变小。墩柱基础的刚度还和便桥下土层性质有关。本工程基坑开挖深度基本位于淤泥等软弱土层内，通过加大墩柱基桩直径、在墩柱间设置纵横向连系梁、对软弱土层采用高压旋喷桩加固处理等措施，加强便桥基础弹性约束和墩柱横向刚度。计算结果也表明，通过以上处理措施后，便桥结构的动力特性能够完全满足铁路桥梁设计规范和运营的要求。

组合式便桥车桥耦合振动响应分析研究

采用有限元程序MIDAS 和车桥耦合振动分析软件VBC 分别建立桥梁结构模型和运行车辆模型，采用模态叠加法建立车辆和桥梁结构的运动微分方程，进行车桥耦合计算。计算模型考虑了便桥墩柱的高度和刚度随着基坑开挖深度不断变化情况，建立了开挖第一层土方和开挖到坑底两种施工工况下的桥梁结构模型，进行对比分析计算。每个施工工况均考虑了不同的车型和车速工况的组合。分析表明，基坑土方开挖到底的施工工况是便桥结构的最不利受力工况，以下的便桥振动分析均基于此施工工况进行计算分析。

便桥振动响应计算结果分析及评价：

1)按照表2 所列工况进行计算分析列车运行引起的便桥结构振动加速度最大值为0.68m/s(竖向)、0.33m/s(横向)，均满足铁路桥梁轨道结构正常使用及行车安全性要求。

2)桥梁横向振幅最大为2.59mm，竖向位移最大为0.68mm，由货车编组计算工况控制。同时计算结果显示出因便桥边墩与路基为简支连接，其横向振幅超过2mm，对行车安全性和舒适性不利。

3)列车动载引起的便桥结构内力变化值不大，采用规范提供的冲击系数以及中-活载进行结构设计能够保证结构具有足够的强度和安全度。

计算分析结果也揭示了列车动载可引起便桥结构较大的横向位移，主要对应于货车编组工况，应对通过便桥的货车适当限速。同时加强便桥边墩与基础的连接，增强边墩刚度。分析结果也显示在上述计算工况下，桥梁竖向加速度最大为0.68m/s，出现在ICE 列车编组车速为100km/h 时，且便桥竖向加速度有随列车车速增大而迅速增大的趋势，即有发生短跨桥梁竖向共振的可能，应对动车组类型列车进行适当限速。综合考虑便桥结构安全和铁路运营管理部门的要求，最终将通过便桥的客车限速取80km/h，货车限速45km/h。

结论

(1)现浇钢筋混凝土梁板+钢格构柱组合式铁路便桥在城市铁路枢纽站房深基坑工程中可以结合工程桩及基坑支护桩等同步施工，并随着基坑土方开挖的加深逐步加设墩柱支撑保证便桥有足够的抗侧刚度，是一种结构新颖、施工简便的跨越基坑的新型铁路便桥，能较好的适应和满足施工场地狭小、建设工期紧迫的铁路工程建设。

(2)组合式铁路便桥整体抗侧刚度由桥梁墩柱的横向刚度控制，而墩柱刚度主要取决于基础刚度。因此对便桥下方基坑土方进行适当加固以提高土体强度，并在墩柱间设置柱间支撑等措施是合理、有效的。

(3)便桥的车桥耦合振动分析表明，不同的列车车型及车速会引起便桥结构较大的横向振动和加速度，特别是货车编组工况对便桥的振幅影响较大。因此需要对通过临时便桥的列车车速进行合理限速。

(4)便桥下基坑土方的开挖及无支撑暴露时间对便桥横向刚度影响较大，应尽可能缩短土方的开挖时间，及时安装柱间支撑，并将便桥下的土方开挖及安装支撑施工控制在列车停运的夜间进行，以确保便桥结构和列车运营的安全。

主要施工步骤

1 施工准备调整。

钢管桩每施打完成一段后, 即可在每个墩加设剪刀撑加固, 并在钢管桩顶部横桥向焊割一个宽为20cm 、高约45cm 的槽,安装1 根Ⅰ45b 工字钢作为钢横梁(盖梁)。要特别注意钢横梁的顶面标高的控制, 偏差控制在±10mm之内并焊接加固。每个墩横截面方向均设剪刀撑加固。

2 施打钢管桩、 焊设剪力撑

首先, 打桩船在施工水域后抛锚定位, 船上吊车吊起振动锤及钢管桩, 在全站仪的测量控制下,并焊接加固。用浮吊吊装槽钢作为上横梁,在纵梁上横桥向按0.8m 的间距架设上横梁,做好连接及加固工作。

3 架设纵、 横梁

利用浮吊在架设好的钢横梁(盖梁)上顺桥向架设纵梁, 横向间距为0.9m, 共6根, 对称布设,施工前利用全站仪定位, 在交通船上用测绳及竹竿对施工区域的河底进行勘探, 了解河床面情况是否与设计相符。施工前根据钢便桥结构形式及长度准备好施工中所需的材料。同时根据施工进度安排各种设备进场, 主要包括施工所需的两艘400t驳船, 一台16t吊机, 一台勾机、一台45kW振动锤及一台120kW 发电机等。

4 台面系施工

平台面面板采用8mm 厚钢板铺设,视施工总体安排合理顺序铺设, 同时注意提高钢板的周转利用率。除平台与钢便桥相连侧不设安全护栏外, 其余各边侧设置安全护栏, 每隔1.6m焊设高1.5m的钢管, 挂设安全网并放置一定数量的救生圈。

调整打桩位置, 到达设计位置后用拉缆拉紧, 进行施打钢管桩, 施打过程中利用经纬仪及全站仪观测控制钢管桩的位置(控制平面位置偏差小于10cm及垂直度小于1 %),将第一节桩振打至钢管桩桩顶高出水面1.0 ～1.5m ,或以方便钢管桩焊接的高度。外购的钢管桩的长度多为12m ,施打第一节钢管桩时, 钢管桩的长度一定要满足要求, 满足第一节能打稳并使桩顶在水面以上。由于河床高差变化较大, 地质情况差异较大, 原则上按钢管桩入土深度不小于7m 进行控制 。

结语

(1)本钢便桥使用能满足设计范围内各种施工机械过车、 作业。

(2)钢便桥的应用将水上作业转化为陆上作业, 大大方便了施工, 提高了生产效率。

(3)钢便桥的应用减少了工程施工中所需的船机使用, 租赁船机用于钢便桥的施工及拆除便可,降低了工程成本投入。

(4)钢便桥施工完毕后进行拆除, 大部所使用材料可回收再利用。

概述

“贝雷梁”又称贝雷片或桁架片, 在我国于20世纪60年代开始定型生产,具有结构简单、运输方便、架设快捷、载重量大、互换性好、适应性强的特点,广泛应用于国防战备、交通工程、市政水利工程, 是我国应用最为广泛的组装式承重构件。由于具有以上优点,在大跨径桥梁施工中,通常用贝雷梁架设便桥, 以便于为主桥的施工提供服务,现介绍用于某铁路特大桥施工的贝雷便桥设计与检算。

施工便桥结构形式

该铁路桥跨径布置为60m+2 ×80m+60m的连续梁桥,该河道为VI级通航河道, 最高通航水位5.57m,净高4.5m。连续梁设计水位为6.97m,施工水位为5.275m,正常施工时水深8.125m,施工地段受潮汐影响较为严重。

1.1 便桥上部结构

为了使施工设备能进出施工现场作业, 经过对各种施工方案进行比较, 采用搭设钢便桥的施工方案。需在铁路桥位旁从岸边架设一座宽6m、长273m的便桥通至各墩,形成水上施工通道,以便使造桥材料和施工设备能够运抵对应的位置, 在桥墩所在位置搭建施工平台,提供施工场地,顺利完成该铁路桥水中跨径的施工。

便桥的结构形式的拟定本着就地取材和服务于主桥施工为原则,并与两侧路基相连接,钢便桥上部结构按简支梁设计,用国产3m×1.5m贝雷片建成标准跨径为9m的简支梁,立面构造如图1所示,全长279m,桥面宽为6m,从下到上依次是:贝雷片、工字钢(间距为20cm的I18工字型钢)、桥面(10mm 厚防滑钢板)、栏杆 。

1.2 便桥下部结构

根据地质情况,水中墩采用单排3根529mm 钢管桩按每9m一跨布置,钢管桩横向间距为2.5m,打入河床以下6m左右,具体长度由施工水位及地质条件决定。钢便桥钢管桩的纵向和横向均采用20槽钢作剪刀撑,以增强其稳定性。桩顶用2根I32b工字钢作为横梁,与钢管桩焊接在一起。

便桥的施工

2.1 材料制作

按便桥设计要求委托专业厂家加工12m长的Υ529mm钢管桩,根据现场施工进度分批运至工地。钢管桩在起吊、运输和堆放过程中应避免因碰撞等原因而造成管身变形的损伤。

2.2 钢管桩沉放

(1)沉放前先计算出每根钢管桩的坐标, 施工时逐桩用全站仪精确放样其坐标位置, 待沉放完毕后,用全站仪在对桩位进行复测,保证其在允许的范围之内;如果沉放完毕后,钢管桩偏差较大, 应及时将其拔起,重新定位沉放钢管桩。并用水准仪测出其高程。

(2)钢管桩沉放采用450振动锤, 最大激振力为40t,起吊设备采用25t汽车吊,在第一跨施工完毕后吊车开上6m宽便桥,由岸边往河中逐跨施打,依靠钢管桩重力插入覆盖层中,待桩身有一定稳定性后, 再利用吊车吊起振动锤夹住钢管桩,开动振动锤振动下沉钢管,待第一节钢管桩沉放一定标高后, 然后在其上进行第二节钢管桩的对焊, 焊接中焊缝应饱满,无残余焊渣, 并用搭接板进行加强。钢管桩逐排沉放,一排钢管桩沉放完成后,接着施工该跨上部结构,再移至下一跨。

(3)注意事项:①振动锤重心和桩中心轴应尽量保持在同一直线;②每一根桩的下沉应连续,不可中途停顿过久,以免土的摩阻力恢复,造成继续下沉困难;③沉放过程应加强观测, 钢管桩偏位不得大于10cm,垂直度不大于1%;④钢管桩施打完毕后,应及时焊接剪力板, 并使用20槽钢做剪刀撑加强钢管桩连接,以防水流冲击倾斜, 保证桩稳定。

2.3 便桥搭设

钢管桩沉放完成一跨后,即可开始进行便桥、平台上部结构的型钢布设,具体步骤如下:

(1)按照设计图纸尺寸插打钢管桩并对钢管桩进行稳定性加固;

(2)在钢管桩上安装已拼接好的2根I32b工字钢横梁;

(3)工字钢与钢板焊接可靠连接;

(4)三列单层双排贝雷梁架设;

(5)架设I18工字钢横向分配梁, 间距为200mm;

(6)桥面为δ=10mm防滑钢板铺设;

(7)便桥两边加设栏杆。