云南连续梁桥边跨现浇段施工方案.docx
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云南连续梁桥边跨现浇段施工方案
主桥边跨现浇梁段施工方案
一、工程概况
边跨现浇段设计长度9m,伸出盖梁以外由支架承受荷载部分的长度为6.85m,箱梁高度2.5m,桥面宽度12m,混凝土方量82.16m3,整体浇筑施工。
2#墩边跨现浇段处地势非常陡峭,采用桩基进行地基处理,5#墩边跨现浇段处地势较为平坦,采用原土夯实、片石台阶挡墙和C30砼硬化地面进行地基处理。
二、施工步骤
1、基底处理
为克服地形条件困难,保证支架的稳定,2#墩边跨现浇段基础采用Φ200cm混凝土桩基、Φ140cm圆柱及型钢组成平台。
混凝土桩基沿桥横向每半幅布置3根,桩与桩横向间距3.5m,桩顶标高为桩所在位置的地面标高,桩基下挖深度视土质而定,承载力不小于500kpa。
桩基上接Φ140cm圆柱,柱顶标高为2#墩承台顶面下42cm,因右幅圆柱较高,适量配筋(配筋详见附图11)并在3根柱之间浇筑混凝土系梁连接保证墩柱的整体性和稳定性。
最后在墩顶和2#墩承台之间搭设纵横向型钢,形成支架承载平台(具体结构见附图1、2、3、4)。
5#墩边跨现浇段左幅地基处理的方法是:
在搭设支架范围内三面设挡土墙,夯实原土,浇注20cm厚C30混凝土垫层;右幅根据地形情况分4级砌筑M7.5浆砌片石挡土墙台阶,每个台阶面上填土夯实然后浇注20cm厚C30混凝土垫层(具体基础构见附图5、6、7、8、9)。
2、支架设计
根据箱梁结构设计图和荷载情况,2#墩边跨现浇段采用碗扣式支架(由于现场钢管脚手架数量不足,决定2#墩边跨现浇段支架租赁碗扣式脚手架搭设),支架布置为:
横桥方向底板处立杆的间距为60㎝(在腹板处加设一排间距为30㎝),箱梁翼板部位立杆间距按照90cm布置,横桥向布置3+13+3共19列;纵桥向立杆离墩柱60cm开始布置13排,间距60cm;横杆步距120cm。
立杆上采用可调丝杆上托,丝杆上顶托内横桥向放置2[10槽钢,槽钢上纵向摆放12×12cm方木,方木在腹板下均匀布置3根,在腹板间均匀布置16根,在方木上钉15mm厚的竹胶板作为现浇箱梁底模。
2#墩支架底部平台结构为:
辅助墩柱顶部排列5根横向I40a工字钢与桩基连接部位设2cm厚的钢板座,以保证墩顶处受力均匀,纵向在横向工字钢上与承台上设19根I40a工字钢,纵向工字钢上水平设置[10槽钢与纵向工字钢焊接,槽钢上搭设立杆,采用钢管将支架与墩柱连接,增强支架的稳定性,以确保施工安全。
左幅墩顶标高(钢板顶面)为940.219m,右幅墩顶标高(钢板顶面)为900.119m。
5#墩现浇段支架采用φ48×3钢管脚手架搭设。
底板下支架立杆纵横间距为60cm×60cm,(立杆在腹板处顺桥方向加强一排形成60cm×30cm框架),翼板下立杆纵横间距为60cm×100cm,横杆步距为120cm,采用钢管将支架与墩柱连接,增强支架的稳定性,以确保施工安全。
3、边跨现浇段模板:
底模、外侧模、内模均竹胶板。
外侧模、内侧模采用10x10cm方木作为竖向背带,间距@30cm,采用2[10槽钢作横向背带,沿竖向设置3层,模板加固采用φ25圆钢对拉。
内模顶板采用钢管支架支撑。
4、支架、模板预压
支架、模板搭设完成后对支架进行预加载试验,以检查支架的性能和安全性,并消除支架的非弹性变形,同时量测出弹性变形参数。
根据支架的弹性和非弹性变形量,结合监控提供的预拱度值,设置施工预拱度。
考虑箱梁底板段和翼缘段混凝土重量差别很大,加载时按实际情况分段堆载,如下图所示。
箱梁荷载分区计算示意图
各均布荷载如下:
1)混凝土自重:
翼缘段:
q1=10125/10000×26/3=8.78kN/m2
底板段:
q2=54621/10000×26/6=23.67kN/m2
2)混凝土振捣动载:
翼缘段:
q1=2.0kN/m2
底板段:
q2=2.0kN/m2
3)混凝土超涨:
翼缘段:
q1=0.05×8.78=0.44kN/m2
底板段:
q2=0.05×23.67=1.18kN/m2
4)施工机具及人员:
q1=q2=10×10/(4.75×12)=1.75kN/m2
内、外托架均布荷载为:
q1=8.78+2.0+0.44+1.75=12.97kN/m2
q2=23.67+2.0+1.18+1.75=28.60kN/m2
预压荷载采用堆载预压方式,堆载采用土袋,堆载荷载与支架承重的实际荷载相同。
以消除支架的非弹性变形,同时测定支架的弹性变形量。
待底模、外侧模立好后,人工在地面装土,将土袋吊到底模上按照上述荷载进行堆放,吊土袋前分次取10袋土进行称重,取其平均重量。
根据单袋土重算出堆码高度,根据设计均布荷载进行堆码。
经计算,每个边跨现浇段须使用150.3t土袋。
2#墩边跨现浇段支架预压用土袋可使用汽车吊提升至支架平台,人工堆码。
5#墩边跨现浇段支架预压用土袋可从已架T梁上运输。
预压开始前将模板按照监控单位提供的预抬高度+设计标高=立模标高进行立模,并复核后开始堆载。
堆载过程中随时观察支架变形情况,
如出现异常情况必须停止施工,待问题排除后继续施工。
堆载完成时进行标高测量,并且逐日进行沉降观测,沉降稳定后(标准为沉降量小于1mm/d)卸下荷载,观测模板标高,得出弹性变形值和非弹性变形值,根据实测数据对模板进行标高调整,复核无误后,方可进行下道工序施工。
5、钢筋施工
绑扎钢筋,设置波纹管,钢筋骨架制作与悬浇砼梁施工步骤相同。
6、混凝土施工
经监理工程师检查批准后,即可浇筑混凝土。
混凝土灌注过程与悬浇砼梁施工步骤相同。
7、预留孔道、预埋件
提前预留边跨合拢段悬吊支架、模板锚固的预留管道和锚固件。
边跨现浇梁段浇筑安排在10#悬臂段之后,11#悬臂段之前进行。
三、支架计算(以5#墩左幅支架为例)
支架采用扣件式钢管支架,钢管为φ48mm×3.0mm,支架直接支撑在混凝土垫层上,钢管顶部由钢管顶托调节标高,在顶托上沿横向布置2[10槽钢,在槽钢上铺设12×12cm方木(详见附图10)。
(一)荷载计算
1、箱梁荷载:
砼自重:
盖梁以上部分荷载由盖梁承受,伸出盖梁部分为6.85m由支架承受,故只计算伸出盖梁部分混凝土:
51.28m3×26KN/m3=820.5KN(砼自重取26KN/m3)
偏安全考虑,取安全系数取r=1.2,
由于腹板处底板上荷载最大,故计算腹板处底模单位面积压力:
F1=G×r÷S=0.4m×2.5m×6.85m×26KN/m3×1.2÷(6.85m×0.4m)=65KN/m2
两腹板间底板底模上单位面积压力:
F1’=23.34m3×26KN/m3×1.2÷(6.85m×5.2m)=20.44KN/m2
2、施工荷载:
取F2=2.5KN/m2
3、振捣混凝土产生荷载:
取F3=2.0KN/m2
4、倾倒混凝土时产生的冲击荷载:
取F4=2.0KN/m2
5、箱梁内模板:
取F5=1.5KN/m2
6、竹胶板:
取F6=0.1KN/m2
7、方木:
取F7=6.0KN/m3
(二)底模强度计算
箱梁底模采用高强度竹胶板,板厚t=15mm,竹胶板下方木背肋间距为300mm,所以验算模板强度考虑宽b=300mm竹胶板。
1、模板力学性能
(1)弹性模量E=10×103MPa。
(2)截面惯性矩:
I=bh3/12=30×1.53/12=8.44cm4
(3)截面抵抗矩:
W=bh2/6=30×1.52/6=11.25cm3
2、腹板处底模板受力计算
(1)底模板均布荷载:
F=F1+F2+F3+F4+F5=65+2.5+2.0+2.0+1.5=73KN/m2
q=F×b=73×0.3=21.9KN/m
(2)跨中最大弯矩:
M=qL2/10=21.9×0.32/10=0.197KN•m
(3)弯拉应力:
σ=M/W=0.197×103/11.25×10-6=17.5MPa<[σ]=80MPa
竹胶板强度满足要求。
(4)挠度:
从竹胶板下方木背肋布置可知,竹胶板可看作为多跨等跨连续梁,按三等跨均布荷载作用连续梁进行计算,计算公式为:
f=0.677qL4/100EI
=(0.677×21.9×0.34)/(100×10×106×8.44×10-8)
=1.42mm>L/400=0.75mm
竹胶板挠度不满足要求。
因腹板处底模按上述布置不满足要求,所以在腹板0.4m宽度内设置3根12×12cm方木,间距0.14m,计算如下:
(1)底模板均布荷载:
F=F1+F2+F3+F4+F5=65+2.5+2.0+2.0+1.5=73KN/m2
q=F×b=73×0.14=10.22KN/m
(2)跨中最大弯矩:
M=qL2/10=10.22×0.142/10=0.020KN•m
(3)弯拉应力:
σ=M/W=0.020×103/11.25×10-6=1.8MPa<[σ]=80MPa
竹胶板强度满足要求。
(4)挠度:
从竹胶板下方木背肋布置可知,竹胶板可看作为多跨等跨连续梁,按三等跨均布荷载作用连续梁进行计算,计算公式为:
f=0.677qL4/100EI
=(0.677×10.22×0.144)/(100×0.1×108×8.44×10-8)
=0.03mm<L/400=0.75mm
竹胶板挠度满足要求。
3、腹板间底模板受力计算
调整后腹板间底模方木背肋间距为313mm。
模板力学性能
(1)弹性模量E=10×103MPa。
(2)截面惯性矩:
I=bh3/12=31.3×1.53/12=8.803cm4
(3)截面抵抗矩:
W=bh2/6=31.3×1.52/6=11.738cm3
模板受力计算
(1)底模板均布荷载:
F=F1+F2+F3+F4+F5=20.44+2.5+2.0+2.0+1.5=31.94KN/m2
q=F×b=31.94×0.313=10.0KN/m
(2)跨中最大弯矩:
M=qL2/10=10.0×0.3132/10=0.098KN•m
(3)弯拉应力:
σ=M/W=0.098×103/11.738×10-6=8.3MPa<[σ]=80MPa
竹胶板板强度满足要求。
(4)挠度:
从竹胶板下方木背肋布置可知,竹胶板可看作为多跨等跨连续梁,按三等跨均布荷载作用连续梁进行计算,计算公式为:
f=0.677qL4/100EI
=(0.677×10.0×0.3134)/(100×10×106×8.803×10-8)
=0.74mm<L/400=0.77mm
竹胶板挠度满足要求。
结论:
在腹板0.4m宽度内设置3根12×12cm方木,间距0.14m,在腹板间均匀布置16根12×12cm方木竹胶板受力满足要求。
(三)模板背肋方木强度计算
方木为12×12cm,跨径为0.6m。
截面抵抗矩:
W=bh2/6=0.12×0.122/6=2.88×10-4m3
截面惯性矩:
I=bh3/12=0.12×0.123/12=1.728×10-5m4
1、腹板处作用在方木上的均布荷载为:
q=(F1+F2+F3+F4+F5+F6)×0.6=(73+0.1)×0.6=43.86KN/m
跨中最大弯矩:
M=qL2/10=43.86×0.62/10=1.579KN•m
云南松容许抗弯应力[σ]=12MPa,弹性模量E=9×103MPa
(1)腹板处方木弯拉应力:
σ=M/W=1.579×103/2.88×10-4=5.5MPa<[σ]=12MPa
腹板处方木强度满足要求。
(2)腹板处方木挠度:
f=0.677qL4/100EI
=(0.677×43.86×0.64)/(100×9×106×1.728×10-5)
=0.25mm<L/400=1.5mm
腹板处方木挠度满足要求。
结论:
腹板处方木强度满足要求。
2、腹板间作用在方木上的均布荷载为:
q=(F1+F2+F3+F4+F5+F6)×0.6=(31.94+0.1)×0.6=19.22KN/m
跨中最大弯矩:
M=qL2/10=19.22×0.62/10=0.692KN•m
云南松容许抗弯应力[σ]=12MPa,弹性模量E=9×103MPa
(1)腹板间方木弯拉应力:
σ=M/W=0.692×103/2.88×10-4=2.4MPa<[σ]=12MPa
腹板间方木强度满足要求。
(2)腹板间方木挠度:
f=0.677qL4/100EI
=(0.677×19.22×0.64)/(100×9×106×1.728×10-5)
=0.11mm<L/400=1.5mm
腹板间方木挠度满足要求。
结论:
腹板处方木强度满足要求。
(四)横梁计算
1、腹板处横梁计算
横梁为2[10槽钢,跨径为0.6m,间距为0.3m。
截面抵抗矩:
W=7.94×10-5m3
截面惯性矩:
I=3.966×10-6m4
0.3m长横梁上承担2根纵梁重量为:
0.12×0.12×0.6×6×2=0.104KN
纵梁施加在横梁上的均布荷载为:
0.104÷0.3=0.347KN/m
作用在纵梁上的均布荷载为:
q=(F1+F2+F3+F4+F5+F6)×0.6+0.173=73.1×0.3+0.347=25.4KN/m
跨中最大弯矩:
M=qL2/10=25.4×0.32/10=0.229KN•m
A3容许抗弯应力[σ]=145MPa,弹性模量E=2.1×105MPa
(1)横梁弯拉应力:
σ=M/W=0.229×103/7.94×10-5=2.9MPa<[σ]=145MPa
横梁强度满足要求。
(2)横梁挠度:
f=0.677qL4/100EI
=(0.677×25.4×0.34)/(100×2.1×108×3.966×10-6)
=0.002mm<L/400=0.75mm
横梁挠度满足要求。
结论:
横梁强度满足要求。
2、腹板间横梁计算
横梁为2[10槽钢,跨径为0.6m,间距为0.6m。
截面抵抗矩:
W=7.94×10-5m3
截面惯性矩:
I=3.966×10-6m4
0.6m长横梁上承担2根纵梁重量为:
0.12×0.12×0.6×6×2=0.104KN
纵梁施加在横梁上的均布荷载为:
0.104÷0.6=0.173KN/m
作用在纵梁上的均布荷载为:
q=(F1+F2+F3+F4+F5+F6)×0.6+0.173=32.04×0.6+0.173=19.397KN/m
跨中最大弯矩:
M=qL2/10=19.397×0.62/10=0.698KN•m
A3容许抗弯应力[σ]=145MPa,弹性模量E=2.1×105MPa
(1)横梁弯拉应力:
σ=M/W=0.698×103/7.94×10-5=8.79MPa<[σ]=145MPa
横梁强度满足要求。
(2)横梁挠度:
f=0.677qL4/100EI
=(0.677×19.397×0.64)/(100×2.1×108×3.966×10-6)
=0.02mm<L/400=1.5mm
横梁挠度满足要求。
结论:
横梁强度满足要求。
(五)支架受力计算
1、立杆承重计算
支架立杆设计承重为:
30KN/根。
(1)腹板处立杆
1)每根立杆承受钢筋砼和模板重量:
N1=0.6×0.3×73=13.14KN
2)横梁施加在每根立杆重量:
N2=0.3×0.2=0.06KN
3)纵梁施加在每根立杆重量:
N3=0.6×0.12×0.12×6×2=0.10KN
4)支架自重:
立杆单位重:
0.032KN/m,横杆单位重:
0.032KN/m
N4=0.032KN/m×28.5m+0.032KN/m×0.9m×24=1.6KN
每根立杆总承重:
N=N1+N2+N3+N4=13.14+0.06+0.10+1.6=14.9KN<30KN
(2)腹板间立杆
1)每根立杆承受钢筋砼和模板重量:
N1=0.6×0.6×32.04=11.53KN
2)横梁施加在每根立杆重量:
N2=0.6×0.2=0.12KN
3)纵梁施加在每根立杆重量:
N3=0.6×0.12×0.12×6×2=0.10KN
4)支架自重:
立杆单位重:
0.032KN/m,横杆单位重:
0.032KN/m
N4=0.032KN/m×28.5m+0.032KN/m×1.2m×24=1.83KN
每根立杆总承重:
N=N1+N2+N3+N4=11.53+0.12+0.10+1.83=13.58KN<30KN
结论:
立杆承重满足要求。
2、支架稳定性验算
由于横杆步距为1.2m,长细比λ=L/i=1200/15.98=75,由长细比可查得立杆轴心受压构件纵向弯曲系数φ=0.682,截面积为424mm2,由钢材容许应力表查得弯向容许应力[σ]=145MPa
所以,立杆轴向荷载[N]=Am×φ×[σ]=424×0.682×145=41.9KN>N=14.9KN
结论:
支架稳定性满足要求。
(六)地基承载力计算
地基用风化岩换填,整平夯实后,浇筑20cm厚C30砼垫层处理.
箱梁、模板等重为:
175.2t
混凝土垫层自重:
12.5m×5.55m×0.2m×2.5t/m3=34.7t
脚手架自重:
90t
土地基实测承重应力[δ0]=200Kpa
地基总承重:
175.2+34.7+90=299.7t
σ=(299.7×10)/(12.5×5.55)=43.2Kpa
σ<[σ0]
地基承载力满足要求
综上所述,支架受力满足要求。
(七)2#墩支架平台纵横向型钢受力分析及辅助墩位置选择
根据以上计算所得立杆受力,利用MIDAS/CIVIL计算软件来建立模型并进行分析。
模型如下图:
下面列出桩基础在5种不同位置情况下的力、位移图示。
情况一:
弯矩图:
(KN.m)
变形图:
(mm)
情况二:
弯矩图:
(KN.m)
变形图:
(mm)
情况三:
弯矩图:
(KN.m)
变形图:
(mm)
情况四
弯矩图:
(KN.m)
变形图:
(mm)
情况五:
弯矩图:
(KN.m)
变形图:
(mm)
从上述分析比较可以看得出:
型钢的强度和刚度均满足要求,理论分析情况四是相对最为合理的一种情况,由于现场地势较陡峭为减小桩基施工难度和工程量决定选择第五种情况来定辅助墩柱及桩基位置。
四、附件
图1、《2#墩左幅边跨现浇段支架图》
图2、《2#墩右幅边跨现浇段支架图》
图3、《2#墩边跨型钢支架平台布置图》
图4、《2#墩边跨型钢支架平台辅助墩顶处详图》
图5、《5#墩左幅边跨现浇段支架图》
图6、《5#墩右幅边跨现浇段支架图》
图7、《5#墩边跨支架地基处理平面图》
图8、《5#墩右幅边跨支架地基处理详图》
图9、《5#墩左幅边跨支架地基处理详图》
图10、《箱梁底板模板下背肋布置图》
图11、《2#墩右幅边跨现浇段辅助桩基、墩柱、系梁配筋图》
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