跨半夜浜河道箱梁支架方案.docx

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跨半夜浜河道箱梁支架方案

跨半夜浜河道箱梁支架方案

1、工程概况

引桥上部采用30m跨径的预应力混凝土连续箱梁，左右分幅，道路中心线处设2cm纵缝，砼桥面铺装层将其连续。

跨半夜浜河道每幅箱梁顶宽18m，底板9m，梁高1.7m，腹板厚40cm，底板厚25cm，为单箱双室斜腹板截面。

11、12号墩均位于半夜浜河道内，半夜浜河道宽48米，河面常水位标高为1.8～2.0左右，水深1.5～2.5米，淤泥深1.0～2.0米，河坝顶标高约为4.6，承台顶标高均为1.8。

2、主要施工方案及方法

由于河道不能全部回填，在承台间留一跨度为12米的过水涵，过水涵道采用钢管桩基础，贝雷片纵梁，其上搭设碗扣支架。

过水涵桩基采用φ426δ＝8mm厚钢管桩，在箱底及腹板区间距90cm，翼板区间距120cm。

纵梁采用贝雷片，跨度12m，间距分布同钢管桩分布，为加强钢管桩整体稳定性，在钢管桩顶设双榀Ⅰ28工字钢分配梁。

承台与钢管桩之间利用钻孔桩围堰平台作为支架基础。

围堰采用圆木桩，先抽干积水清除淤泥，分层回填粘土作为钻孔桩作业平台，现将其表层浮松土层挖除（局部弹簧土部位挖深至硬土层），再分层回填砖渣，采用振动压路机碾压，其上再浇注20cm厚C20砼垫层作为箱梁支架基础。

支架采用φ48δ＝3.5mm碗扣支架，在箱底及腹板区横、纵桥向间距均为90cm，横杆步距为120cm；翼板区纵桥向间距为90cm，横桥向间距为120cm，横杆步距为120cm，并按规范要求设置剪刀撑、扫地杆及封口杆。

2.1支架

支架采用φ48δ＝3.5mm碗扣支架，在箱底及腹板区横、纵桥向间距均为90cm，横杆步距为120cm；翼板区纵桥向间距为90cm，横桥向间距为120cm，支架横杆步距为120cm，并按规范要求设置剪刀撑、扫地杆及封口杆。

腹板采用斜撑通过坚杆支撑在地面坚固处。

箱梁底模采用δ＝15mm的竹编胶合模板,底模小楞采用间距0.3米的100*100mm方木,大楞采用150*150mm方木。

2.2钢管桩基础

由于半夜浜河道为常州市湿地保护区，河道不允许回填，箱梁施工时在跨中布置跨度12米的钢管桩贝雷片过水涵。

过水涵桩基采用φ426δ＝8mm厚钢管桩，在箱底及腹板区间距90cm，翼板区间距120cm。

纵梁采用贝雷片，跨度12m，间距分布同钢管桩分布，为加强钢管桩整体稳定性，在钢管桩顶设双榀Ⅰ28工字钢分配梁。

钢管桩采用人工配合挖机就位，振动锤击打。

振动锤采用吊车吊放就位，钢管桩顶部应加桩帽，防止钢管桩被打压变形。

在打桩过程中应随时调整钢管桩垂直度，利用三个方向钢丝绳倒链进行调整。

2.3基础回填

靠承台侧支架基础利用原钻孔桩作业平台，钻孔桩围堰时已考虑箱梁支架。

围堰前先用挖泥船将围堰范围内淤泥清除，打完圆木桩作好围堰后先抽干积水，人工清淤后分层回填粘土，粘土采用压路机碾压，回填高出常水位100cm。

为了提高回填土地基承载力，先清除平台上层浮松土层（局部弹簧土部位挖深至硬土层，人工夯填密实）再分层回填砖渣至2.8标高，每层厚度不得超过50cm,振动压路机碾压。

碾压完毕后再浇注20cm厚c20砼垫层，砼采用平板振动器振捣。

2.4预压

（1）预压荷载

考虑支架体系搭设后整体受力均匀，总荷载以预压处现浇连续箱梁整体自重荷载取一定的安全系数（1.2）与支架模板荷载、混凝土施工荷载之和。

（2）加载方式

待支架搭设完毕，底模铺好后，在全跨范围内进行预压。

预压材料采用砂袋，每袋砂重约1.2吨，经计算一跨箱梁需用砂袋160袋。

砂袋分4次加载，第一次为总荷载的30%，持荷8h，第二次加至总荷载的70%，持荷8h；第三次加至90%，持荷8h；第四次加至100%，持荷48h。

然后开始卸载，为准确计算各级荷载作用下的非弹性变形量与弹性变形量，要求分级卸荷，卸载系数与加载系数相同，即按加载逆序的吨位进行卸载，卸载按每8h卸载一级进行。

（3）变形观测方法

支架预压试验变形观测设2处20个点。

第一处在预压范围内的钢管距地面（贝雷片顶部）约1.5～1.7m高度处取10点（A、B预压区域各自四角及中心）；第二处在支架顶端向下1.5～1.7m处取10点（与前10点在同一立杆位置）。

用水准仪测量变形，测量时后视点取在相对影响小的位置，如承台或原基准点上。

首先观测初始值，然后每次加载完成后观测一次，开始卸载前观测一次，然后每次卸载前观测一次，卸载完毕24h后再观测一次。

对每处观测点分别取均值，第一处观测点反映的是地基与基础及1.5m处钢管的变形，第二处观测点反映的是地基与基础及整个支架的变形。

根据观测结果，填写支架沉降观测表，并计算非弹性变形量与弹性变形量，作为支架体系预拱度设置以参考数据。

3支架检算

3.1计算依据

《京杭运河常州市区段改线工程施工图设计（变更）》长江路大桥分册

《结构力学》、《材料力学》、

《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）

《路桥施工计算手册》

3.2荷载分析

①扣件式钢管支架自重，包括立柱、纵向水平杆、横向水平杆、支承杆件、扣件等，可按表1查取。

表1扣件式钢管截面特性

外径

d（mm）

壁厚

t（mm）

截面积A（mm2）

惯性矩

I（mm4）

抵抗矩

W（mm3）

回转半径

i（mm）

每米长自重

（KN）

48

3.5

4.89*102

1.219*105

5.08*103

15.78

0.384

②新浇砼容重按25kN/m3计算

箱底:

19.5KPa,翼板:

8.13KPa。

③模板自重（含内模、侧模及支架）以砼自重的5%计,则:

箱底:

0.98KPa,翼板:

0.41KPa。

④施工人员、施工料具堆放、运输荷载:

2.0kPa

⑤倾倒混凝土时产生的冲击荷载：

2.0kPa

⑥振捣混凝土产生的荷载:

2.5kPa

荷载组合

计算强度:

q=1.2*（②+③）+1.4*（④+⑤+⑥）

计算刚度:

q=1.2*（②+③）

3.3箱梁支架检算

（一）底模检算

底模采用δ＝15mm的竹编胶合模板,直接搁置于间距L=0.3米的方木小楞上,按连续梁考虑,取单位长度（1.0米）板宽进行计算。

1、荷载组合

箱底:

q=1.2*（19.5+0.98）+1.4*（2.0+2.0+2.5）=33.68kN/m

翼板:

q=1.2*（8.13+0.41）+1.4*（2.0+2.0+2.5）=19.35kN/m

2、截面参数及材料力学性能指标

W=bh2/6=1000*152/6=3.75*104mm3

I=bh3/12=1000*153/12=2.81*105mm4

竹胶板容许应力[σ]=80MPa,E=6*103MPa。

3、承载力检算

（1）梁底

a强度

Mmax＝ql2/10＝33.68*0.3*0.3/10＝0.30KN.m

σmax＝Mmax/W＝0.30*106/3.75*104＝8.0MPa≤[σ0]合格

b刚度

荷载:

q=1.2*（19.5+0.98）=24.58kN/m

f＝ql4/（150EI）＝24.58*3004/（150*6*103*2.81*105）＝0.75mm≤[f0]＝300/400＝0.75mm合格

（2）翼板

a强度

Mmax＝ql2/10＝19.35*0.3*0.3/10＝0.17KN.m

σmax＝Mmax/W＝0.17*106/3.75*104＝4.53MPa≤[σ0]合格

b刚度

荷载:

q=1.2*（8.13+0.41）＝10.24kN/m

f＝ql4/（150EI）＝10.24*3004/（150*6*103*2.81*103）＝0.33mm≤[f0]＝300/400＝0.75mm合格

（二）方木小楞检算

方木搁置于间距0.9米的方木大楞上,小楞方木规格为100*100mm,小楞亦按连续梁考虑.

1、荷载组合

箱底:

q1=33.68*0.3+6*0.1*0.1=10.16kN/m

翼板:

q2=19.35*0.3+6*0.1*0.1=5.86kN/m

2、截面参数及材料力学性能指标

W=a3/6=1000/6=1.67*105mm3

I=a4/12=1004/12=8.33*106mm4

方木的力学性能指标按《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）中的A-3类木材并按湿材乘0.9的折减系数取值，则：

[σ]＝12*0.9＝10.8MPa,E=9*103*0.9=8.1*103MPa。

3、承载力计算

（1）梁底

a强度

Mmax＝q1l2/10＝10.16*0.92/10＝0.82KN.m

σmax＝Mmax/W＝0.82*106/1.67*105＝4.91MPa≤[σ0]合格

b刚度

荷载:

q=10.16-1.4*（2.0+2.0+2.5）*0.3=7.43kN/m

f＝ql4/（150EI）＝7.43*9004/（150*8.1*103*8.33*106）＝0.48mm≤[f0]＝900/400＝2.25mm合格

（2）翼板

a强度

Mmax＝q2l2/10＝5.86*0.92/10＝0.47KN.m

σmax＝Mmax/W＝0.47*106/1.67*105＝2.81MPa≤[σ0]合格

b刚度

荷载:

q=5.86-1.4*（2.0+2.0+2.5）*0.3＝3.13kN/m

f＝ql4/（150EI）＝3.13*9004/（150*8.1*103*8.33*106）＝0.2mm≤[f0]＝900/400＝2.25mm合格

（三）方木大楞检算

大楞规格为150*150mm的方木，考虑箱梁腹板部位的重量较集中，而为了方便计算，箱梁自重是按整体均布考虑，这必将导致腹板处的实际荷载要大于计算荷载，而其它部位的计算荷载比实际荷载偏大，故腹板及底板部位支架横向间距取0.9米，翼板处立柱间距取1.2米，大楞按简支梁考虑。

1、荷载组合

小楞所传递给大楞的集中力为：

箱底:

P1=10.16*0.9=9.14kN

翼板:

P2=5.86*1.2=7.03kN

大楞方木自重：

g＝6*0.15*0.15＝0.14kN/m

2、截面参数及材料力学性能指标

W=a3/6=1500/6=5.63*105mm3

I=a4/12=1504/12=4.22*107mm4

方木的力学性能指标按《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）中的A-3类木材并按湿材乘0.9的折减系数取值，则：

[σ]＝12*0.9＝10.8MPa,E=9*103*0.9=8.1*103MPa。

3、承载力计算

（1）梁底

力学模式：

a强度

按最大正应力布载模式计算：

支座反力R＝13.77KN

最大跨中弯距Mmax＝13.77*0.45-0.14*0.452/2-9.14*0.3＝3.44KN.m

σmax＝Mmax/W＝3.44*106/5.63*105＝6.11MPa≤[σ0]合格

b刚度

按最大支座反力布载模式计算：

集中荷载:

P=9.14*4-1.4*（2.0+2.0+2.5）*0.9=28.38kN/m

f＝Pl3/（48EI）+5ql4/（384EI）

＝28.38*1000*9003/（48*8.1*103*4.22*107）+5*0.14*9004/（384*8.1*103*4.22*107）＝1.26mm≤[f0]＝900/400＝2.25mm合格

（1）翼板

力学模式：

a强度

支座反力R＝17.66KN

最大跨中弯距Mmax＝17.66*0.6-0.14*0.62/2-7.03*0.9＝4.24KN.m

σmax＝Mmax/W＝4.24*106/5.63*105＝7.53MPa≤[σ0]合格

b刚度

集中荷载:

P=7.03*5-1.4*（2.0+2.0+2.5）*1.2=24.24kN/m

f＝Pl3/（48EI）+5ql4/（384EI）＝

24.24*1000*12003/（48*8.1*103*4.22*107）+5*0.14*12004/（384*8.1*103*4.22*107）＝2.56mm≤[f0]＝1200/400＝3mm合格

（四）满堂支架计算

每根立柱所承受的坚向力按其所支撑面积内的荷载计算，忽略方木小楞自重不计，则大楞传递的集中力：

箱底（均以跨度0.9米计算）:

P1=33.68*0.9*0.9+0.14*0.9=27.41kN

翼板:

P2=19.35*0.9*1.2+0.14*1.2=21.07kN

满堂式碗扣支架按7米高计，其自重为：

g=7*0.235=1.65kN

单根立杆所承受的最大竖向力为：

N1=27.41+1.65=29.06kN

N2=21.07+1.65=22.72kN

（1）.立杆稳定性：

横杆步距为1.2m，故立杆计算长度为1.2m。

长细比λ=L/i=1200/15.78=76<80,

故φ=1.02-0.55（（λ+20）/100）2=0.513，则：

[N]=φA[σ]=0.513*489*215=53.93kN

N<[N]合格

（2）.强度验算：

σa＝N/Aji=29.06*1000/489=59.43MPa≤[σ]=215MPa合格

（五）贝雷片计算

跨半夜浜河道中跨支架搭设在贝雷片上，贝雷片通过半夜浜两侧的钢管桩支撑。

1、荷载组合

支架所传递给贝雷片的集中力为：

箱底:

P1=29.06kN

翼板：

P2=22.72kN

贝雷片自重：

g＝1kN/m

2、截面参数及材料力学性能指标

弦杆：

Wx1=3.97*106mm3Ix1=7.932*104mm4S1=2.548*103mm2

坚杆：

Wx2=1.98*106mm3Ix2=3.966*104mm4S2=1.274*103mm2

腹杆：

Wx3=1.01*106mm3Ix3=2.533*104mm4S3=1.024*103mm2

[σ]＝273MPa,E=2.1*108MPa,[τ]＝208MPa。

3、计算模型

用PSAP计算：

弦杆:

最大弯曲应力σmax=196Mpa≤[σ]=273Mpa合格

竖杆:

最大弯曲应力σmax=223Mpa≤[σ]=273Mpa合格

腹杆:

最大弯曲应力σmax=127Mpa≤[σ]=273Mpa合格

最大扰度f=20.4mm≤12000/400=30mm合格

支点反力R1=R2=209.64kN

（六）型钢分配梁计算

钢管桩顶采用双榀Ⅰ28a工字钢作纵梁，工字钢放置于钢管桩槽口内。

1、荷载组合

贝雷片传递给型钢的集中力为：

箱底:

P1＝209.64kN

型钢自重：

g＝0.87kN/m

2、截面参数及材料力学性能指标

Wx＝1016.4cm3Ix＝14230cm4Sx＝585.4cm3

[σ]＝145MPa,E=2.1*105MPa,[τ]＝85MPa。

3、承载力计算

（1）梁底

力学模式：

用好易懂计算：

Mmax＝30KN.mQmax＝139KNfmax≈0mmRmax＝210KN

a强度（按模式一考虑）

σmax＝Mmax/Wx＝30*106/1016.4*103＝29.5MPa≤[σ0]合格

τmax＝QmaxSx/dIx＝139*103*585.4*103/8.5*14230*104＝67.3MPa≤[τ]

（七）钢管桩计算

根据桥址区工程地质报告，半夜浜河道河床为第四系上更新统（Q3），从上住下地质依次为淤泥质土，层厚1.0～2.0米，不承受力；2-1粘土，埋深0.7～2.0米，层厚3.4～4.9米，极限摩阻力τ＝55～60Kpa；2-2亚粘土，埋深4.3～9.7米，层厚1.3～4.9米，极限摩阻力τ＝35～40Kpa；2-3粉砂，埋深6.4～13.6米，层厚9.8～16.8米，极限摩阻力τ＝40～50Kpa。

由（五）、（六）计算，钢管桩上最大集中力:

RMax=210kN

敞口钢管桩允许承载力的计算公式：

式中：

为钢管桩侧阻挤土效应系数；

为钢管桩底端闭塞效应系数

对于敞口钢管桩应按下式对

，

取值

当

当

表1

的取值

钢管桩内径（mm）

<600

700

800

900

1000

1.00

0.93

0.87

0.82

0.77

钢管桩性能指标：

φ426δ＝8mm，桩入土深8m。

单桩允许承载力:

钢管桩自重

φ426δ＝8m钢管桩单位重82.46kg/m

G=82.46*11=9.1KN

桩的垂直荷载设计值：

P=R+G=210+9.1=219.1KN<[P]满足设计要求

根据旁边深挖取土坑及跨半夜浜河道栈桥钢管桩打入情况来看，河床下土质为压缩性粘土，承载力较好，故钢管桩长取11米。

顶标高2.8，桩底标高为-8.2。

钢管桩施工时，根据振动锤试打情况测算钢管桩实际承载力，如达不到承载力要求再接长钢管桩直至满足承载力需要。