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1、新建鐵路武漢至廣州客運專線烏龍泉至花都段XXX大橋后張法預應力簡支箱梁支架及基礎設計方案編制： 審核： 批準：中鐵XX局武廣客運專線XXXXX標項目部 目 錄第一節工程概況-1第二節支架方案設計-1第三節支架檢算- -3第一節工程概況一、工程概況及主要工程量1工程概況工程概況：XXX大橋位于武廣客運專線烏龍泉至花都段，本工程為曲線谷架橋，雙線，中心里程為DKXXX，孔跨布置形式為732m簡支梁，橋面設置i縱坡，坡向武漢端，平曲線半徑10000米。支座采用KTPZ-I-6000盆式橡膠支座，其中固定支座均設于每孔梁的武漢端（下坡端）。箱梁上預留設置接觸網支柱基礎條件，預留接地體，梁部出水口應引至2、橋下適當位置，以避免其沖刷對環保和橋梁基礎造成不利影響。 2本橋橋址處的水文地址概況本橋地下水不發育，僅見于谷地，為孔隙潛水，主要賦存第四系粘性土中，受大氣降水和地表水的滲入補給，受季節影響較大，地下水埋深約0.5米，地下水對混凝土及混凝土中鋼結構有溶出型弱侵蝕性。山坡及谷地表層為粉質粘土，II類等級，承載力為150kpa，厚度為25m左右，下層為砂質板巖，全風化，III級，承載力為200kpa，強風化，（2）2 ,類等級，承載力為300kpa，平均厚度約410m左右,再下層為砂質板巖，弱風化，級，承載力為500kpa。 3箱梁設計概況設計為3-32m曲線形后張法預應力砼單箱單室等高簡支梁，梁3、長32.6m，梁體砼設計強度C50，封錨采用強度等級C50 的無收縮混凝土，箱梁頂寬13.4m，底寬為5.50m，翼板寬度為3.35m，梁高3.05m。第二節支架方案設計一、支架總體布置施工時首先進行支架基礎、支架結構的設計與施工，箱梁跨度為32.60米，所以擬在每跨設6排支撐墩，支撐墩基礎為灌注樁基礎，在基礎上面預埋3.2cm厚鋼板及高強螺栓；支撐墩基礎形式為單樁承臺獨立基礎，基礎設計形式見附圖。支架立柱采用52910鋼管，立柱頂部配合設置500800mm鋼箱梁，上部設貝雷架，貝雷架上鋪設I20工字鋼次梁和底模系統，其具體結構如后面附圖所示。二、鋼管樁立柱支架1支架基礎根據招標圖紙及地質資料4、，結合現場自然地貌情況，選定層0=300kpa的砂質板巖層作為持力層，立柱基礎施工是首先進行樁基灌注，然后綁扎承臺鋼筋，進行承臺混凝土現澆，在頂面埋設預埋件以固定鋼管樁，基礎混凝土標號C20。基礎尺寸及平面布置見附圖。2、安裝鋼箱梁1) 鋼箱梁運至現場后，利用吊車逐個排架安裝。2) 然后再吊到支架上進行接長。3) 貝雷架安裝完成后，由于箱梁有縱坡，鋼箱梁與貝雷架連接處順橋向會形成間隙，應在下面塞滿鋼板，焊接固定，保證貝雷架為面受力，而不是線受力。4) 貝雷桁片沿縱橋向布設好后，橫橋向安裝I22工字鋼，然后鋪設底模系統。5) 底模系統包括面板、槽鋼加勁肋、可調千斤頂等結構。面板采用8mm鋼板，鋼5、板加勁勒14b型槽鋼。 6) 梁體底面至立柱頂面換算高度：80+140+220+400+220+1500+800=3290mm7) 千斤頂與上下構件連接方式，上部與工字鋼或槽鋼采用螺栓連接，螺栓為M16，在支撐頂板四角布設，下部與工字鋼通過限位器連接。3、支架預壓3.1支架安裝完成后在箱梁施工前為確保支架施工使用安全需對支架進行壓載試驗，其目的如下：為保證施工安全、提高現澆梁質量，在箱梁支架搭設完畢、箱梁底模鋪好后，對支架進行預壓。預壓目的一是檢驗支架及基礎承載力是否滿足受力要求；二是是消除支架及地基的非彈性變形，三是得到支架的彈性變形值作為施工預留拱度的依據，同時測出地基沉降，為采用同類型的6、橋梁施工提供經驗數據。3.2支架預壓方法 預壓重量為設計荷載（箱梁自重、內外模板重量及施工荷載之和）的120%。加載時按照設計荷載的0、30%、60%、100%、120%、分四級加載，測出各測點加載前后的高程。持荷7d后，再分別按加載級別卸載，并分別測出每級荷載下各測點的高程值。根據本橋現場特點，擬采用沙包堆載進行預壓，詳細預壓方案如下：為了保證在箱梁混凝土澆注卸架后滿足設計的外形尺寸及拱度要求，檢驗支架的整體穩定性及支架的實際承載能力，以消除支架、支撐方木和模板的非彈性變形和地基的壓縮沉降影響，同時取得支架彈性變形的實際數值，作為梁體立模的拋高預拱值數據設置的參考。在施工箱梁前需進行支架預壓7、和地基壓縮試驗，避免箱梁砼因支架不均勻沉降而出現裂縫，在澆筑箱梁混凝土前前要進行支架的壓載試驗。本橋支架體系采用梁式支架承力結構，結構簡單，受力明確，在貝雷梁架好后，通過簡化受力荷載，采用混凝土預制塊代替預壓荷載，加載如圖。本方案對全橋每一跨支架進行預壓試驗，根據結果確定箱梁預壓拱度尺寸，進行高度調整。測量等級按四等水準測量控制箱梁施工支架預壓的工藝流程如下：鋪設箱梁底模布置測量標高點并記錄好每點的初始標高值H1 吊裝預制塊及相關加固作業加載觀測布載后各測量點標高值H2觀測卸載前各測量點標高值H3卸載觀測卸載后各測量點標高值H4根據計算結果調整底模標高二、工藝流程各步驟具體操作1、鋪設箱梁底模8、板鋪設好箱梁底模板，將底模板頂面標高盡量調整到箱梁底設計標高，同時加強對模板下各層支架的檢查，確保支架底傳遞荷載的支架與支架之間、支架與貝雷之間、支架與模板之間各相鄰面接觸緊密，無明顯縫隙。2、布置測量標高點為了解支架沉降情況，在加載預壓之前測出各測量控制點標高，測量控制點按順橋向底模底每排鋼管柱布置一排，支架混凝土基礎布置一排，每排4個點。在加載30%、60%、100%、120%后每天上下午均要復測各控制點標高一次，如果加載120%后所測數據與加載前所測數據支架日沉降量小于0.2毫米（不含測量誤差）時，表明地基及支架已基本沉降到位，可進行卸載，否則還須持荷進行預壓，直到地基及支架沉降符合以上9、要求為止。3、加載荷重計算及加載方法本工程箱梁為等截面，計劃采用混凝土預制塊加載的方法進行預壓。加載方式見附圖加載宜分4級進行，即加載30%、60%、100%、120%。上部加載所需的預制塊，用汽車吊提升至梁底模上部。4、對加載后各測量點標高值H2進行測量布載結束后立即進行觀測各測量點的標高值H2，并做好相應的記錄。5、測量卸載前各測量點標高值H3維持布載72小時后、卸載前測量各測量點標高值H3。6、卸載卸載過程的操作基本與加載過程相反7、觀測卸載后各測量點標高H4卸載后測量出各測量點標高值H4，此時就可以計算出各觀測點的變形如下：非彈性變形f3=H1-H4。通過試壓后，可認為支架、模板、方木10、等的非彈性變形已經消除。彈性變形f2=H4-H3。根據該彈性變形值，在底模上設置預拱度2，以使支架變形后梁體線型滿足設計要求。另外，根據H2和H3的差值，可以大體看出持續荷載對支架及貝雷梁變形的影響程度。8、調整底模標高根據設計技術交底，本橋梁的設計預拱度最大為16.11毫米，9、調整底模標高及預拱度設置對于已進行預壓區段，根據如下調整底模標高：三、注意事項1、鋪設底模板后測量H1前應加強對支架的全面檢查，確保支架在荷載作用下無異常變形。2、由于支架較高，加載重量較大，因此在加載及卸載過程中必須隨時對支架情況進行觀測，以免發生意外。3、加載過程中應安排專人加強對支架及地基變形情況的觀測，如有異11、常變形，應及時通知現場施工管理人員立即停止加載，在采取足夠的加固措施后方可繼續加載，以免出現重大安全事故。4、加載及卸載過程應加強施工現場安全保衛工作，確保各方面的安全。5、預壓完成后，根據支架變形情況及地基沉降程度，采取必要的措施對薄弱環節進行加強，確保施工安全和工程質量。第三節支架檢算一、 荷載計算箱梁標準截面：梁高3.05m，底板寬5.50m，頂板寬13.4m。施工時混凝土分兩次澆筑，連續施工，在6小時內將箱梁一孔混凝土整體澆筑完成，假定箱梁縱向為均布載荷，箱梁標準斷面如圖： 箱梁標準斷面圖 單位：毫米二、貝雷片的布置及檢算施工荷載：主要由鋼筋砼自重q1，模板自重q2，貝雷片自重q4，鋼12、箱梁自重q5，施工人員和工具荷載g1，傾倒砼時產生的沖擊荷載，振搗砼后產生的荷載。1、 鋼筋砼自重 327.6m32.4+11.084+54.322+4.003+0.507+3.958+0.497=860.611t2、模板自重 160t1.05=168t3、貝雷片自重腹板部分，雙排布置鋼材E=2.1105MPa查裝配式公路鋼橋多用途使用手冊雙排單層貝雷片I=500994.4m4貝雷片自重 610/3=203kg/m=2.03KN/m10#槽鋼 104/1=40kg/m=0.04KN/m4、作用于貝雷梁上的荷載施工荷載 施工人員及機具重量=2KN/ 砼振搗 2KN/ 砼泵送沖擊力 2KN/ 風荷13、載不考慮（計算支架不考慮） 養護荷載 0.3KN/ 冬施材料荷載 0.3KN/5、作用于貝雷片上的荷載q1=（860611kg+1600001.05kg）/32m9.81000=315.012KN/m施工人員及機具重量 2KN/13.4m=26.8KN/m砼振搗及泵送砼沖擊力 2KN/13.4=26.8KN/m養護及冬施荷載 0.3KN/13.4=4.02 KN/m；貝雷片自重荷載2.07KN/m貝雷片采用國產“321”公路鋼橋架，縱向根據箱梁跨度分5跨布置，32m跨度按6m+6m+6m+6 m+4.5m布置。橫向截面根據箱梁的具體結構布置，底板及翼板下均采取間距為450mm雙排單層貝雷片。見14、下圖所示：貝雷片布置6、貝雷片上荷載底模22#槽鋼壓在貝雷片上，間距1.5米，首先計算22#槽鋼上的均布荷載q=(315.012+26.8+26.8+4.02)/5.5=67.75(KN/m),計算模型及計算書如下：E=2.1105MPa，I=3405.9331(cm4)，EI=2.1*108KN/M2*3.406*10-5m4=7.1526*103KN-m2q1=33.875KN/m2q2=67.75KN/m2q1=33.875KN/m2彎矩及剪力表跨號左端V(KN)左端M(KN-m)跨中Mmax（KN-m）右端V(KN)右端M(KN-m)第1跨000-508.1-38.1第2跨423.4-15、17.6438.822-423.4-17.64第3跨508.1-12.706.352-508.1-22.583第4跨677.5-12.711.292-677.5-22.583第5跨677.5-22.5811.292-677.5-22.583第6跨508.1-12.76.352-508.1-17.64第7跨423.4-12.78.822-423.4-38.11第8跨508.1-38.10001-8支座反力分別為：93.16KN，93.16KN，118.56KN，135.5KN，118.56KN，93.16KN，93.16KN貝雷片上的荷載為 q=135.5/1.5=90.33KN/m。貝雷片每316、m上下都用10號槽鋼作為橫向聯系，用U形卡扣扣住，把貝雷片聯成整體，使每排貝雷片受力較為均衡。考慮到橫向截面的不均勻，每一排貝雷片受力情況也不一樣，兩側翼板下的貝雷片相對較小，考慮模板、橫梁、橫向聯系梁能起到一部分分散荷載作用，翼板下的荷載取中間的一半，并且要求滿足安全系數1.5以上。貝雷架鋼材的彈性模量E=2.1105MPa,剪力模量G=8.1104MPa 查裝配式公路鋼橋多用途使用手冊雙排單層貝雷片 I=500994.4cm4 W=7157.1cm3貝雷片整體能承受的最大彎矩Mmax=1576.47/1.5=7356.53KNMQmax=490.57/1.5=2289KN取32m跨度，最高17、墩身第二跨即（1#-2#墩)進行驗算，q=99.897KN/m計算簡圖如圖：線鋼度i(n)=EI/l(n)：i1-4=2.1108kN/m2.50510-3m4/6=87675KN*m*m，i5=2.1108kN/m2.50510-3m4/4.5=116900KN*m*m,用力矩分配法計算，計算圖如下：Mmax=149.8 M=6305.6（在1-4段跨中），Qmax=299.7 Q=1958.6（在1-4支座左側），貝雷片強度滿足要求。因貝雷片每節結構形式相同，可看作均質梁，并以簡支梁驗算， 由荷載引起的撓度為：f=5ql4/384EI=599.897KN/m64m4/3842.1108KN18、/5.774*10-2m4= 1.3910-4m=0.139mm 由單銷間隙引起的非彈性變形：f1=3000*(sin(1/2)*（2*0.001/1500）*2)=0.00007mm，最大撓度為0.139mmL/900=6/900=6.67mm。三、H型箱橫梁、鋼管柱的布置及檢算500800的焊接鋼箱梁，鋼箱梁斷面如下：鋼箱梁長度15米，E=2.1*105 Mpa,I=3.667*103mm4,箱梁單位重q=(0.5*15*0.16*2+0.768*0.16*15*2)*7850*9.8/15000=31.215KN/m,箱梁處的集中荷載取以上貝雷片計算中的支座最大反力p=599.382KN19、作為驗算荷載，兩側翼板處按底板處的1/2考慮。計算簡圖如下：根據計算可知道鋼箱梁內力最大彎矩Mmax=333.5KN.M、Qmax=689KN,位置在B、C支座處，支座最大反力Rmax=993.97 KN、Mmax=122.774KN.M。鋼箱梁強度(拉應力)驗算：l=M/W=333.5 /0.003036=109.68Mpal/1.3=170Mpa/1.3=130.77Mpa，所以鋼箱梁強度滿足要求。鋼管樁強度驗算：根據計算出的鋼箱梁支座處最大支撐反力為鋼管樁的頂部的豎向荷載，鋼管樁采用直徑為529mm,壁厚10mm的Q235鋼管，鋼管柱最長按L=3.3米計，其自重為G=4.15KN，截面積20、A=0.0163049 m2,極慣性矩I=1.0984103m4,=6.37。鋼管的最大軸向力為N=993.97KN，假設有8厘米的偏心，偏心受壓彎矩M123 KN-m，鋼管截面積A= 16304.9mm2 ，鋼管抗彎截面系數W=4.17469106mm3。 算鋼管的強度及穩定性驗算：max =N+G/A+M/W=(993.97+4.15)/0.90.0163049+122.774/0.9984.1526710-3=97.7Mpa/1.5=325 Mpa/1.5=216.67Mpa，完全能夠滿足強度要求。算鋼管的截面拉應力驗算：l = M/W=122.774/4.1526710-3=29.6221、Mpal/1.5=200 Mpa/1.5=133.33Mpa，完全能夠滿足強度要求。四、承臺及樁基礎計算（一）、樁承臺設計 計算條件 樁基重要性系數: 1.000 承臺底標高: -0.500(m) 承臺為 1樁承臺第1種 承臺的混凝土強度等級： C20 承臺鋼筋級別: HRB335 配筋計算as = 50(mm) 樁基沉降計算經驗系數: 1.000 確定壓縮層深度時附加應力與自重應力比: 20.00% 基礎與覆土的平均容重: 20.000(kN/m3) 承臺尺寸參數A(mm)250H(mm)500 樁類型: 人工挖孔樁 樁長 = 5.000(m) 樁直徑 = 1(m) 樁的混凝土強度等級 = 22、C20 單樁極限承載力標準值 = 2000.000(kN) 承載力計算時：不考慮承臺效應與群樁效應柱直徑 = 529(mm) 柱子轉角 = 0.000(度) 柱上荷載設計值: 彎矩Mx = 200.000(kN-m) 彎矩My = 10.000(kN-m) 軸力N = 998.120(kN) 剪力Vx = 0.000(kN) 剪力Vy = 0.000(kN) 荷載為地震荷載組合 地面標高 = 0.000(m) 地下水標高 = -10.000(m)層號土類名稱層厚(m)重度(kN/m3)飽和重度(kN/m3)壓縮模量(MPa)承載力標準值(kPa)frk(kPa)風化程度側阻力(Kpa)1粘性土23、2.00018.000-10.00150.00-70.002巖石5.80022.000-1000.00200.005.000強風化0.003巖石10.00022.00019.0001000.00300.005.000中風化0.001、樁豎向承載力驗算: 單樁極限承載力標準值 = 2000.000(kN) 單樁極限承載力設計值 = 1250.000(kN) 樁心坐標 = 0.000,0.000(mm) 在中心荷載作用下,樁頂全反力 = 1001.132(kN) 按規范公式(N = 1.25*R) 計算, 承載力設計滿足系數 :1.56 在偏心荷載作用下： 按規范公式(Nmax = 1.5*R) 24、計算 樁號: 樁頂全反力: 1001.132(kN), 承載力設計滿足系數 :1.872、承臺受力計算:各樁凈反力(kN):樁號01 = 998.120(kN)最大樁凈反力: 998(kN)彎矩與配筋:構造配筋D12200 = 11300.0 mm2構造配筋D12200 = 11300.0 mm2受力計算結果承臺配筋(全截面): X向 11300.0Y向 11300.0 (mm2)抗彎筋為構造筋3、沉降計算結果 換算矩形承臺長Lc = 0.501 m 換算矩形承臺長寬Bc = 0.501 m l/d = 5000.000 Sa/d = 999999.938 C0 = -0.469 C1 = 325、2.705 C2 = 511.326 nb = 1.000 樁基等效沉降系數 = -0.469 樁端附加壓力 = 3977.558 kPa 壓縮層深度 = 3.600(m) 樁端下各壓縮土層： 層號 厚度 Es 應力面積 本層沉降(mm) (m) (MPa) (m2) 未乘系數 01 2.301 1000.000 0.51194 2.04 02 1.300 1000.000 0.01764 0.07 承臺中心點沉降 = 1.000*-0.469*2.1 = -1.0(mm)（二）、樁基計算1.構件參數信息: 樁頂面的豎向力標準值: Fk=1020.43kN/m2 樁頂面的力矩標準值: Mk=226、02.52kN/m2；樁頂面的水平力標準值: Hk=5kN/m2 樁擴大頭的直徑:0.8m；水平抗力系數比例常數: m=6MN/m4 混凝土強度等級:C20；鋼筋級別:HRB3352. 承載力設計值計算:樁頂面的豎向力設計值: N=1.21020.43=1224.516kN/m2；樁頂面的水平力設計值: H=1.25=6kN/m2；樁頂面的力矩設計值: M=1.2202.52=243.024kN/m2； 由于M不等于0,所以樁為偏心受壓構件!3.樁配筋計算: 沿周邊均勻配置縱向鋼筋的圓形截面鋼筋混凝土偏心受壓構件，其截面受壓承載力計算：偏心受壓構件，由于l0/i=16.10=17.5，所以取：27、 =1.000。偏心受壓構件應符合下列規定： 上面兩式驗算：樁的配筋面積 As=1200.000mm2 配筋率：0.239% 樁縱向鋼筋選用:1112120(As=1244mm2)。4. 樁的豎向承載力驗算: 嵌巖樁的極限承載力計算 li第i層土的厚度,按下表取值: 土層參數表: 序號 土層類型 土層厚度 側阻力 端阻力 粘性土或粉土 2.38 74 975 砂質板巖 5.75 最大極限承載力： Qsk=2.513(0.80074.0002.300)=342.207kN Qrk=2.5130.0615000.0001.500=1155.713kN Qpk=0.2815000.0000.503=28、706.858kN Quk=342.207+1155.713+706.858=2204.779kN樁的承載力設計值 R:=Quk/sp=2204.779/1.650=1336.230kN 結論:由于承載力設計值R1.2大于0N=1346.9676kN，所以滿足要求!五、第三跨獨立柱基礎設計 1 已知條件及計算要求： (1)已知條件： 類型：錐形 柱數：單柱 階數：1 基礎尺寸(單位mm): b1=2150, b11=1075, a1=2150, a11=1075, h1=300, h2=150 dx1=150, dx2=150, dy1=150, dy2=150 柱:圓柱, 直徑=529mm 29、設計值：N=1041.77kN, Mx=123.00kN.m, Vx=0.00kN, My=0.00kN.m, Vy=0.00kN 標準值：Nk=771.68kN, Mxk=91.11kN.m, Vxk=0.00kN, Myk=0.00kN.m, Vyk=0.00kN 混凝土強度等級：C20, fc=9.60N/mm2 鋼筋級別：HRB335, fy=300N/mm2 基礎混凝土保護層厚度：40mm 基礎與覆土的平均容重：20.00kN/m3 地基承載力設計值：200kPa 基礎埋深：0.50m 作用力位置標高：0.000m (2)計算要求： 1.基礎抗彎計算 2.基礎抗剪驗算 3.基礎抗沖切30、驗算 4.地基承載力驗算2 基底反力計算： (1)承載力驗算時,底板總反力標準值(kPa): 相應于荷載效應標準組合 pk = (Nk+Gk)/A = 176.94 pkmax = (Nk+Gk)/A + Mkx/Wx + Mky/Wy = 231.95 pkmin = (Nk+Gk)/A - Mkx/Wx - Mky/Wy = 121.93 各角點反力 p1=231.95, p2=231.95, p3=121.93, p4=121.93 (2)強度計算時,底板凈反力設計值(kPa): 相應于荷載效應基本組合 p = N/A = 225.37 pmax = N/A + Mx/Wx + My/W31、y = 299.63 pmin = N/A - Mx/Wx - My/Wy = 151.11 各角點反力 p1=299.63, p2=299.63, p3=151.11, p4=151.113 地基承載力驗算: pk=176.94 fa=200.00kPa, 滿足 pkmax=231.95 1.2*fa=240.00kPa, 滿足4 基礎抗剪驗算: 抗剪驗算公式 V=0.7*h*ft*Ac (剪力V根據最大凈反力pmax計算) 第1階(kN): V下=556.20, V右=556.20, V上=556.20, V左=556.20 砼抗剪面積(m2): Ac下=0.77, Ac右=0.77, Ac上=0.77, Ac左=0.77 抗剪滿足.5 基礎抗沖切驗算: 抗沖切驗算公式 Fl= As=748mm2/m Y向實配 D12140(808mm2/m) = As=748mm2/m六、根據以上計算，第三跨表層填土要進行換填1、換填料要求：要求用2-4標準粒徑的碎石填筑，壓實度必須達到0.95，地基承載力達到200Mpa以上。2、換填厚度及換填墊層尺寸：墊層厚度:根據圖紙，換填厚度為1.14米，墊層寬度為b=215+2*114*tan30=215+132=347厘米，如下圖：