新建沿江公路二干河大桥系杆和横梁支架工程施工方案.docx

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新建沿江公路二干河大桥系杆和横梁支架工程施工方案

新建沿江公路二干河大桥系杆和横梁

支架工程

施工方案

南京振高水利建筑安装工程有限公司

二O一O年五月十日

目录

1、系杆的施工

1.１系杆工程简介

1.２系杆的施工方法

1.２.1系杆的预制

1.２.2系杆的安装

1.２.3系杆的支架设计和验算

2、横梁的施工

2.１横梁施工简介

2.２横梁支架设计和验算

1、系杆的施工

1.1、系杆工程简介：

本工程系杆共计2根，采用空心矩形断面,单根长62.3m，宽1.5m，高1.8m（端部局部加高到2.4m），空心矩形壁厚均为30cm。

系杆在吊杆位置1.2m范围及根部6.75m范围内加强为实心矩形。

1.2、系杆的施工方法

1.2.1系杆的预制

根据现场的施工条件及通航的要求，本工程系杆采用现场预制法，待系杆预制砼达到强度后采用浮吊进行安装。

原系杆施工图按支架现浇法设计，现更改采用现场分段预制法。

单根预制系杆分成五段：

两段拱脚和三段直线段，具体分段长度见后附图（七）所示，具体的分段预制长度方案已得到设计认可，并把预制最长26m长系杆主筋配筋进行了加大,以确保该段系杆吊装过程安全而不出现裂缝。

每根系杆共设四个湿接头,湿接头长度为60cm，见图示,湿接头钢筋焊接采用绑焊，砼浇制采用系杆同强度微膨胀砼浇制。

系杆的预制采用胎模法。

1.2.2系杆的吊装

为了将系杆的安装顺序说清楚，现将南侧系杆的五段编号为南⑥、南⑦、南⑧、南⑨和南⑩；北侧系杆编号分为北①、北②、北③、北④和北⑤，编号具体位置详后附图（八）所示。

系杆的吊装采用常熟市铭鑫桥梁安装有限公司铭鑫浮吊叁号（起吊重量为150T），安装前先和建设单位沟通,协调有关部门让南侧高压线停电,确认无误后先安装南⑥和南⑦，接着对称安装南⑧和南⑨，而后安装南⑩，接着把浮吊开至北侧安装北①和北②，再安装北③和北④，最后安装北⑤。

1.2.3系杆的支架设计和验算

系杆的安装支架设计，系杆段南⑥和南⑧、南⑦和南⑨以及北①和北③、北②和北④系杆均充分利用原桥桥墩，架设贝雷梁安装；系杆段南⑩和北⑤分别采用二个桩支墩安装，其支架搭设示意图见后附图

（一）、图

（二）图（三）和图（四）所示。

1.2.3.126m直线段系杆钢管桩支架验算

26m直线段系杆,安装采用钢管桩支墩,因该桩支架跨度为25m，跨度较大，系杆原设计为贝雷梁支架现浇，现采用预制安装方案，该方案已得到设计同意，并把系杆的主筋配筋进行了变更,确保了施工的安全。

（1）、系杆的重量计算：

26m系杆砼的自重：

G=（3.27×5+1.64×20）×2.5=123T

系杆内木箱模板:

0.1T/m×26m=2.6T

考虑安全系数K=1.2，系杆总重：

1.2×（2.6+123）=150.72T

该系杆由两个支墩承受，单个支墩承受荷载为F

则F=1/2×150.72T=75.36T

（2）、系杆下工字钢验算：

本工程系杆下工字钢采用Ι50a，其力学性质如下：

L=750mm

δ=215N/mm2=2150kg/cm2W=1860cm3

I=46470cm4E=21×105N/mm2=21×106kg/cm2

该工字型按以下计算简图

（一）验算：

强度验算:

M最大弯矩=1/4×75.36×（0.375+1.125）=28.26t.m

δ=M/W=28.26t.m/1860cm3=28.26×105kg/1860cm2

=1519.4kg/cm2＜[δ]=2150kg/cm2满足要求

挠度验算:

最大挠度按均匀荷载计算

q=75.36t/1.5m=50.24t/m

fmax=5qL4/384E·I

=5×50.24×10kg/cm×754/384×21×106×46470

=0.0002cm=0.002mm＜[f]=750/400=1.875mm满足要求

（3）、贝雷片验算

Ι50a工字钢下设单层四排贝雷，其受力按以下计算简图

（二）计算：

q=75.36t/3m×4片=6.28t/m

计算简图

（二）

贝雷片按单排单层不加强[W]=78.82t·m

按三跨连续梁计算：

强度验算：

M最大弯矩=0.1×6.28×12=0.63t·m＜[W]=78.82t·m

满足要求

挠度验算：

f最大挠度=5×6.28×10×1004/384×21×106×250500

=0.0002mm＜[f]=1000/400=2.5mm满足要求

（备注：

每层采用四片贝雷主要是考虑到支架稳定性和安全性）

（4）、槽钢验算

钢管桩面上帽梁采用[22a槽钢双拼而成，考虑钢管桩间距只有1m，不需验算剪力和挠度，只要求验算其强度：

根据前面计算帽梁的[δ]=2826000/218×8根=1620kg/cm2＜2150kg/cm

满足要求。

安装帽梁前应在钢管桩顶焊接铁件，以调整帽梁安装的标高和平整度。

（5）、钢管桩验算：

根据设计图纸中提供的地质资料，将地质最不利的东侧支墩位置作为检算依据，确定打入钢管桩的长度。

1）依据图纸提供地质及现场资料：

粉砂夹粉土底标高：

-3.2m

淤泥质粉质粘土底标高：

-5.6m

由钢管桩单桩竖向承载力计算公式：

（见桩基工程手册P79）

Qu=Qsu+Qpu=λSU∑qSULi+λPqPUAP

式中：

Qu一单桩承载力；

λS—侧阻挤土效应系数，主要随桩径增加而减小，查表φ219桩，λS=1；

U—桩长周长；

AP—桩端投影面积；

qSU—桩的极限侧阻力，据地质查表计取；

qPU—桩端极限阻力标准值，据地质资料查表计取；

Li—土分层深度；

λP—端阻闭塞效应系数，随桩端进入持力层深度hb增加而增加，按下式计算：

hb/D＜5，λP=0.16×hb/D×λS

hb/D≥5，λP=0.8×λS

D表示钢管桩外径

本工程钢桩D=219mm，hb=5600mm

hb/D=5600/219=25.6＞5取λP=0.8λS=0.8

因此单桩承载力F

F=1×3.14×0.219×（3.2×30+2.4×25）+1000×0.8×3.14×0.2192

=107.27+120.48=227.75KN=22.8t

考虑摩擦桩的安全系数K=2及钢管桩的安全系数K’=0.7则单载极限承载力F=0.7×22.8/2=8t

故单个支墩共20根钢管桩可承受的极限摩擦阻力为8t×20=160t

2）钢管桩荷载计算：

a.系杆的自重：

75.36t

b.Ι25a型钢：

2.25×93.6=210.6kg=0.21t

c.贝雷片自重：

0.275×8片=2.2t

d.钢管桩顶槽钢：

28m×50=1400kg=1.4t

e.钢管桩及桩顶钢板：

0.3×0.3×94.2×20+12.6×3.14×0.219×47.1×20=8331kg=8.3t

因此P总=75.36+0.21+2.2+1.4+8.3=87.47t

因为P总=87.47t＜F总=160t

故钢管桩能达到承载力要求

3）钢管桩稳定性验算

φ219×6钢管截面积A=40.15cm2

惯性矩：

I=4557cm4

i=√I/A=√4557/40.15=10.65cm

λ=KL/i=0.7×12.6×100/10.65=82.8查表φ取0.9

δ=P/Aφ=87.47/40.15×0.9×20=87470kg/722.7cm2=121kg/cm2

取安全系数K=2

则2δ=2×121=242kg/cm2＜[δ]=1700kg/cm2

因此，整体稳定性满足要求。

4）钢管桩施打贯入度e计算控制

采用格尔谢万诺夫公式，计算最终贯入度e

e={nAQH/[m[P]（m[p]+nA）]}×[（Q+K2q）/（Q+q）]

式中：

[P]—表示桩的容许承载力P=8000kg

m—安全系数取m=1.5

A—桩身截面积A=1/4∏D2=1/4×3.14×222=380cm2

n—系数n=10kg/cm2

Q—锤的冲击部分重量Q=750kg

H—落距取H=200cm

K—恢复系数K2=0.2

q—桩、桩帽及帽的非冲击部分重量q=170kg

故当落距为2m时贯入度e为：

贯入度e={10×380×750×200/[1.5×8000×（1.5×8000+10×380）]×[（750+0.2×170）/（750+170）]

=（5700×105/1896×105）×（784/920）=2.56cm/击

故钢管的打设过程中采用贯入度进行控制，见上计算，目前河床的标高按±0.00计算，因此钢管桩桩顶标高为7.00m，桩底标高为-5.6m，钢管桩的长度为12.6m，因目前管桩长度只有10m左右，因此可打设后接桩。

为了提高桩支墩的整体抗撞能力和有效控制桩的水平位移，在横向和纵向采用型钢等把所有桩连成一体，并设剪刀撑加固，再设支撑杆和原桥的桥墩φ1200立柱相连，以确保该系杆段安装后的安全和稳定。

1.2.3.2、7.65m拱脚和10.5m直线段系杆的贝雷梁支架计算

因编号为南⑥和南⑧、南⑦和南⑨以及北①和北③、北②和北④的系杆受力相同，因此支架也相同，下面就以南⑥和南⑧系杆的贝雷梁支架进行验算。

该支架东端利用原桥墩立柱，西端采用在主桥台承台基础面层埋设铁件焊接四种钢管￠420*5作立柱，架设贝雷梁安装，桥墩和钢立柱采用砂箱调整贝雷梁底的标高的方案（其支架如图

（二）、（三）、（五）所示）。

（1）、荷载计算：

1）拱脚7.65m自重：

30.78m3×2.5+1.5×0.1=77.2t

2）系杆10.5m自重：

（3.27×2+1.64×8.1）×2.5+0.1×8=50.8t

3）贝雷梁自重：

4排×5节×0.275=5.5t

因此总荷载G=77.2+50.8+5.5=133.5t

考虑安全系数K=1.2则总荷载为133.5×1.2=160.2t

（2）、强度和挠度验算（计算简图（三））

均布荷载是贝雷梁自重：

q=1.2×5.5t/14.65m=0.45t/m

集中力F1是拱脚7.65m自重承受的一半，相当于扣除主桥立柱支撑砼后的自重的一半，即F1=1/2（77.2-1.5×1.6×2.4×2.5）×1.2=37.7t

同样,集中力F3和F4是承受系杆直线段10.5m的自重:

F2=F3=1/2×50.8×1.2=30.5t

强度验算：

M最大弯距=（53.7-30.5）×8（集中力）+1/8×0.45×142（均布荷载）=185.6+11.03=196.63t·m＜[W]=4×78.82=315.28t·m

满足要求

剪力验算：

Q最大=57.2+3.3=60.5t＜[Q]=4×24.52=98.08t

满足要求

挠度验算：

（贝雷片E=21×105N/mm2I=250500cm4）

f=5qL4/384×E×I

=5×（160.2/13.45）×13.454×106/384×21×106×250500×4

=194.8944×1014/80.801×1014

=2.41cm＜[f]=1400/400=3.5cm

满足要求

故贝雷梁支架数量为4列，间距为75cm，满足要求。

（3）、工字钢验算

该段系杆下枕梁采用I50a工字钢，因各集中力荷载均比26m系杆小，故根据前26M直线段系杆计算可知I50a枕梁能满足要求。

（4）、钢管立柱验算

西端主桥承台基础上采用四根φ420×5的钢管立柱，长为2.5m。

1）长细比验算：

钢管外径D=420mm钢管内径：

410mm

回转半径r=0.35×（D+d）/2=0.35×（0.42+0.41）/2=0.145m

长细比λ=uL/r

式中：

u表示杆件长度系数取u=1.0

L表示杆件几何长度

因此：

λ=1.0×2.5/0.145=17.24＜[u]=100

满足要求

2）立柱承受力验算：

单根承受力F=[δ]·A·φ

=1700kg/cm2×65.188cm2×0.9=99738kg=99.7t

式中：

φ表示截面轴心受压构件稳定系数

A表示截面面积，可查表

因此4根立柱可承受力F=4×99.7t=398.8t

实际承受荷载P=K×P1=2×48t=96t＜F=398.8t

满足要求。

另外，为了增强立柱的稳定性，一方面在承台基础面埋设铁件焊接，另一方面四根立柱横向和纵向用剪刀撑连成一体并和主桥立柱相连接。

（5）、立柱顶工字钢验算（两根I32a，跨度2.25m）

1）抗弯验算

q=48t/2.25m=21.3t/m

W=1/8qL2=1/8×21.3×2.252=13.5t.m（两根工字钢）

δ=W/[W]=13.5×0.5×1000×100/692=975kg/cm2

＜[δ]=2150kg/cm2

满足要求

2）剪力验算

Q=qL/2=21.3×2.25/2×2=12.25t=122.5KN

I/S=11080/400.5=27.67cm

τ=Q·S/Iδ=122.5/27.67×10-2×0.0095=122.5/2.629

=46.5Mpa＜[ττ]=85Mpa

满足要求

3）挠度验算

f=5qL4/384×E×I

=5×21.3×0.5×2.254×109/384×21×106×11080

=1364.7×109/893.4813×1011

=0.0153cm＜[f]=225/400=0.5625cm

满足要求

1.2.3.3、原桥墩梁H型钢验算

由系杆计算可知：

P1=P4=57.2T

由横梁计算可知：

P2=P3=143.3T

经过详细计算,钢梁采用H型钢H400×480×14×20，底斜撑钢梁采用H型钢H450×500×16×22，见后附图所示,均能满足要求。

计算简图（四）

其现场有H型钢H600×250×12×24（[W]=3880.33cm3）可代替H型钢H400×480×14×20（[W]=3740.96cm3）；H型钢H600×300×12×（[W]=4978.35cm3）可代替H型钢H450×500×16×22（[W]=4878.35cm3）。

2、横梁的施工

2.1、横梁施工简介：

横梁有端横梁和中横梁，端横梁二根、中横梁十一根，端横梁设计采用L型断面，中横梁采用矩形加牛腿断面，端横梁因自重有135t，且离河道较远，采用预制后浮吊安装较难，故端横梁采用搭设支架现浇；中横梁全部采用预制再搭设贝雷梁安装，其支架搭设见后附图（三）、（五）、（六）所示。

每根横梁共设二个湿接头,湿接头长度为60cm，见图示,湿接头钢筋焊接采用绑焊，砼浇制采用横梁同强度微膨胀砼浇制。

2.2、横梁的支架验算：

2.2.1、13.5m跨径处中横梁（共计2根中横梁）支架验算：

按简支梁计算，其计算简图如下图（五）

（1）荷载计算：

单根中横梁自重：

16.5×（0.2×1.1+0.135+1.088×0.7）×2.5=46.06t

P1=P2=P3=1.2×46.06×1/2=27.6t

均布荷载就是贝雷梁自重,按单层双排不加强贝雷梁计算

q=4.5×2×0.275t/13.1m=0.19t/m

（2）其贝雷梁力学性质如下：

I=250500cm4E=21×106kg/cm2

W=78.82t.mL=13.1m

δ=2150kg/cm2

（3）强度验算:

M最大弯矩=1/8qL2+118=1/8×0.19×13.12+118=122t.m

＜[W]=2×78.82=157.64t.m满足要求

（4）挠度验算:

f=5qL4/（384×E×I）=5×4.4×13.14×109/（384×21×106×250500）

=8.487×1015/（20.2×1015）=0.42cm＜[f]=1310/400=3.275cm

满足要求

2.2.2、30m跨径处中横梁（共计5根中横梁）支架验算:

按简支梁计算,计算简图如下:

（1）荷载计算：

同前P1=P2=P3=P4=P5=27.6t

均匀荷载按单层五排贝雷加强梁计算:

q=20×5×（0.275+0.16）/30m=1.45t/m

（2）其贝雷梁力学性质如下:

I=577434cm4E=21×106kg/cm2

W=168.75t.mL=30m

δ=2150kg/cm2

（3）强度验算:

M最大弯矩=（69×15-27.6×15）+1/8×1.45×302=621+163.1

=784.1t·m＜[W]=5×168.75=843.75t·m

满足要求

（4）挠度验算:

f=5qL4/（384×E×I）=5×6.05×304×109/（384×21×106×577434）

=2.45×1016/（4.656×1015）=5.26cm＜[f]=3000/400=7.5cm

满足要求

2.2.3、13.5m跨径支座2#或3#桥墩处支架验算：

按简支梁计算,计算简图如下:

（1）荷载计算：

见前计算P1=P2=支座反力=32.9t

均匀荷载就是贝雷梁自重,按单层双排不加强贝雷梁计算:

q=2×5×0.275/15=0.19t/m

（2）其贝雷梁力学性质同前

（3）强度验算:

M最大弯矩=（32.7×7.5-32.9×5.4）+1/8×0.19×152=67.59+5.34

=72.93t·m＜[W]=2×78.82=157.64t.m

满足要求

（4）挠度验算:

f=5qL4/（384×E×I）=5×4.6×154×109/（384×21×106×250500）

=11.6×1014/（20.2×1014）=0.57cm＜[f]=1500/400=3.75cm

满足要求

2.2.4、端横梁的现浇支架验算

本工程主桥墩端横梁长16.5m，两端留60cm湿接头后净长15.3m，按16.5m计算，高146.8cm，底宽170cm，背墙高91.2cm，模板采用竹胶板，支架采用贝雷梁托底，钢柱及砂箱调节高度以利拆模。

1、端横梁荷载计算

1）端横梁自重：

G1=[1.468×1.7+0.9×0.912+（0.2+0.35）×0.2/2]×16.5×2.5=139.07T

2）模板重：

G2=0.2×28.05=5.61T

3）施工及振捣：

G3=0.6×28.05=16.83T

4）贝雷片自重（按单层五排不加强计算）：

G4=0.275×30=8.25T

5）端横梁总重及考虑安全系数1.2：

G总=169.76×1.2=203.71T

6）该端横梁由两个支墩承受，单个支墩承受荷载为F=101.86T

2、贝雷梁验算

按简支梁计算,计算简图如下:

按单层五排不加强贝雷梁计算，其贝雷梁力学性质如下:

I=250500cm4E=21×106kg/cm2

W=78.82t.mL=13m

δ=2150kg/cm2

其均布荷载q=203.71/15=13.58t/m

强度验算:

M最大弯矩=1/8×13.58×132=286t.m

＜[W]=5×78.82=394.1t.m

满足要求

挠度验算:

f=5qL4/（384×E×I）=5×13.58×134×109/（384×21×106×250500）=19.393×1014/（20.2×1014）=0.96cm

＜[f]=1300/400=3.25cm

满足要求

3、贝雷梁基础

基础采用C25素砼墩,基础长2.2m,宽1m,高根据模板等调整,标高在吴淞8.00左右.