水中现浇箱梁支架搭设方案.docx
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水中现浇箱梁支架搭设方案
支架搭设方案(水中现浇箱梁)
中铁二十局一处苏州市
官渎里立交工程项目经理部
二OO二年四月十七日
一、工程概况
二、施工方法及施工方案
1、临时支墩布设
2、贝雷梁支架的布设
3、贝雷梁的架设
4、支架搭设
三、附图
1、H桥(H20-C30)支架结构布置图
2、C桥(C28-C30)支架结构布置图
3、B桥(B29-B32)支架结构布置图
四、计算资料
1、C桥支架布设计算资料
2、B桥支架布设计算资料
3、临时桩坐标一览表
水中现浇箱梁支架搭设方案
一、工程概况:
苏州市官渎里立交工程共有三座跨河,分别为B、C、H三线桥,所跨河道为苏浏河坝基桥段,与新建坝基桥平行跨越。
三桥中,B线桥B29-B32为一联四跨现浇钢筋砼连续箱梁,C桥C27-C30,H桥H19-C30均为一联三跨现浇预应力砼连续箱梁。
三桥中以C线桥跨径最大,为3×34m,而以B桥的桥面最宽,其最宽处达19m,为渐变段。
三桥均为现浇箱梁跨河,因此施工存在一定的难度,尤以对现浇箱梁的支架有更高,更严的要求。
需水面上搭设现浇箱梁支架,且同时需考虑桥下通航。
支架搭设的成功与否,直接关系到整个官渎里立交工程的成败。
为确保整个工程顺利进行,按时、保质、高效的完成水中现浇箱梁施工任务,经过多种方案详细比较、筛选,我标段拟在水中布设临时钻孔桩支墩,在支墩横梁上架设贝雷梁跨越,然后在其上铺设工字钢,形成基础,搭设碗扣支架,铺底模的方法搭设水中支架。
具体搭设方案见下。
二、施工方法及施工方案:
1、临时支墩布设
根据B、C、H线三桥各自的特点及跨径,为确保水中支架的安全,拟在三桥每跨中加设一个临时支墩,以缩小贝雷梁跨径,从而缩小支架材料的跨中弯矩,达到既安全又节省材料的效果。
水中临时支墩拟采用跨中附近布置一排横桥向钻孔桩,其数量根据桥宽来决定,H桥和C桥为两根,B桥则采用三根桩,桩径均采用1m,桩顶标高高出水面40cm,钻孔桩横桥向布置在箱梁底板边缘下方,来承受箱梁主要荷
载。
以C线桥为例,C桥临时钻孔桩布置在跨中桥梁中心线两侧,两桩中心间距为6m。
临时钻孔桩桩长经过计算,为确保安全拟采用25m,其承载力完全满足现浇箱梁支架施工要求。
钻孔桩施工方法同主桥的钻孔桩施工,以确保其质量。
水中钻孔桩施工完毕后,即可在其上接桩进行墩柱浇注,临时支墩均为桩柱一体式,经调查,为满足紧急情况下通航要求,净空拟按5m计算。
据此,从贝雷梁底标高进行推算,从而确定临时支墩的高度,立柱拟采用1.0m的圆柱,在立柱顶部两边预埋上两根角铁,并在立柱中心预埋一块A3钢板,以稳定横梁工字钢。
同时在桩与立柱交接处预埋一块A3钢板,加设一道钢横系梁,材料采用工字钢,以增加钻孔桩的横向稳定性。
2、贝雷梁支架布设
根据现浇箱梁支架的需要,为确保施工质量及进度,经过多种方案比较,我标段拟采用水中跨为贝雷梁跨越,因贝雷梁整体刚性好,强度大。
为保证一定的净空和净宽,需在两端和跨中设置支墩,跨中支墩采用桩柱一体式,两端则拟采用钢管支墩,同样,以C线为例,因为C桥的桥宽和跨径比H线桥大,在同样标准下,满足了C桥,也就能满足H桥。
B桥虽桥宽有所增加,但B桥钻孔桩增加到三根,同样也能满足要求。
在C桥28#墩上承台布置12根φ600×6mm的钢管桩,用I30b工字钢连接,上搁横桥向一排4I30b工字钢,并连成一个整体,作为支撑贝雷梁的横梁。
在C29#一侧,在承台上布置两个钢支墩,每个支墩由4根φ600×6mm的钢管构成,其底部和顶部各焊接一块A3钢板,调平,在其上同样也搭设一根横梁,横梁由4根I30b工字钢构成。
上述布置经过计算,其受力情况满足要求。
C28和C29#墩
的钢支墩长度不相等,但必须满足使其各自顶上所支承的4根I50b工字钢横梁在同一标高上,从而保证贝雷梁在同一高度。
水中横梁标高由立柱来控制。
水中临时支墩上的横梁,因C线桥两临时桩间距较大,经过计算,横梁拟采用4根I50b工字钢作为横梁,用钢板将4根焊成一个整体。
在横梁两端和焊接处加筋板,以增加受力和强度。
横梁与立柱顶上的预埋钢板焊接,并固定在两预埋的角铁之间,以增加横梁的稳定性。
B、C、H三桥跨中临时墩上的横梁均采用4根I50b的工字钢,以力求保险。
横梁顶通过标高来控制水平。
在承台的布置的钢管支墩,所采用的φ600×6mm的钢管,其承载力完全满足贝雷梁架设的要求。
钢管的上、下两端均焊接一块70×70cm、2cm厚的A3钢板,下底的A3钢板通过地脚螺栓和承台连在一起,以增加支墩的稳定性。
各钢管支墩之间均通过水平缀条和斜撑连接。
钢管支撑与横梁之间也通过焊接的方式固定在一起。
这样在承台上的所有钢管支墩就连成一个整体,大大提高了支墩的稳定性。
3、贝雷梁的架设
钢管支墩和临时钻孔桩支墩的横梁搭设完毕,标高符合要求后,即可在其上架上纵桥向的贝雷梁,贝雷梁采用上下加强型双排单层贝雷梁,经过计算,综合桥宽和跨径,B桥在B29-B30#一跨布置6组12片,其余为5组10片贝雷梁,在C桥、H桥分别为4组8片双排单层贝雷梁跨越。
经过计算,此种布置形式完全能够满足现浇箱梁的施工,其强度挠度均能达到规范要求。
每组贝雷梁与横梁之间能过U形卡子与横梁连接,用螺栓拧紧,必要时通过在横梁上加焊角铁的方法来固定贝雷梁。
每组贝雷梁的安放位置经过计算,保证受力均匀,分布合
理。
贝雷梁为定型钢构件,其标准尺寸为1.5×3m,因此,在布置临时支墩的时候,应尽量考虑使支点位置位于两片贝雷梁的接头处,或者是贝雷梁腹杆加强处,临时支墩位置不一定在跨中,但以最大跨径34m来计算,仍能满足施工要求,故在架设贝雷梁时对此可不与考虑。
C29-C30之间有一部份地基位于水中,所以对C28-C29跨贝雷梁予以延长9m到岸边,在岸上设一临时支墩来支撑贝雷梁。
一跨4组成5组贝雷之间,通过角铁或者是法兰连接,形成拉杆,以增加贝雷梁的自身稳定性。
拉杆位置每隔6m左右设置一道,贝雷梁的架设应严格按要求施工,保证其受力效果。
经计算,整个水中支架共计需用540片左右加强型贝雷梁。
4、支架搭设
贝雷梁架设完毕,便可在上面铺设一层I20b工字钢,用来分布上面传递下来的荷载,同时也就用作上层碗扣件支架的基础,即同于以后陆地上施工时的地基。
I20b工字钢横桥向布置,间距控制在1m,在横梁处适当予以加密,工字钢与贝雷梁之间全部用U形卡子连接,螺栓拧紧,I20b工字钢铺完以后,即同于陆地上箱梁施工的基础,在其上搭设碗扣件支架铺设方木和底模,搭设要求同陆地上施工要求,其施工方法见现浇梁施工方案。
水中支架验算
水中现浇箱梁支架的计算,主要是验算贝雷梁的挠度、强度以及在临时支墩上的横梁验算。
C线桥桥宽为9.5m,跨径为34m,在桥宽和跨径上都比H线桥要大,因此,以同样的标准搭设H桥支架,在验算支架时,满足了C桥同时也就满足了H线桥。
B桥因处于变截面上,以B29#~B31#一跨桥面最宽,B30#~B31#墩跨径最大,所以以B29#~B30#墩一跨的重量来验算B30#~B31#一跨的跨径,这样,在整个B桥上也都适应。
一、C线桥支架计算:
(C28#~C29#)
1、荷载组合:
(1)砼自重:
g1=506/(34×3)×2.6=12.9T/m3
(2)竹胶板重量:
C线桥每延米底模竹胶板用量为S1=12.18m2,取竹胶板比重ρ=0.8T/m3,厚度为h=1.5cm竹胶板,则每延米竹胶板重量为:
g2=12.18×0.0015×0.08≈0.015T/m
(3)底模用方木重量:
在1m断面范围内共设置3根横向10×10cm的,纵向9根15×15cm的方木,共计总重量为:
g3=0.8×(0.1×0.1×10×3+0.15×0.15×1×9)≈0.4T/m
(4)碗扣件支架(取纵向为0.9m一排)
经计算贝雷梁以上至箱梁底以下的碗扣件支架搭设平均高度为7m,在每一延米范围内:
立杆:
3×14.02×9≈0.38T
横杆:
3.97×9×5=0.18T
顶托、底托:
(6.75+6.45)×9=0.119T
平均每延米范围内,碗扣件支架重量为:
g4=0.68T/m
(5)横向I20b工字钢自重:
g5=0.311T/m
(6)一片上下加强型贝雷梁自重:
贝雷片自重:
0.27T
加强弦杆2根:
2×80=0.16T
插销:
2×0.003=0.006T
支承件:
0.021T
一片上加强型贝雷梁自重为:
g6=0.27+0.16+0.006+0.021≈0.5T
因此,贝雷梁以上部分砼,底模方木,碗扣件支架总重量为:
q1=(12.9+0.015+0.4+0.68)=14T/m
拆合成砼自重为ρ=(14×34×3)/506≈2.822T/m3
计算时为安全起见,考虑到部分施工荷载的影响,对I20b工字钢以部份重量按砼自重ρ=3.0T/m3来计算考虑。
则有:
q1=506×3.0/34×3≈14.822T/m
2、C28-C29顶层I20b工字钢验算:
C28-C29一跨拟采用4组8片加强型双排单层贝雷梁跨越,四片梁最大间距2.13m(见附后布置图),在贝雷梁上铺设一层I20b工字钢,横桥向间距为1.0m,长度采用10m长。
(1)平均分配到I20b工字钢上的均布荷载计算:
一跨长度为34m,则所需工字钢根数约为32根
则有:
q2=(14.822×34)/(32×10)=1.581T/m
(2)强度计算
按最不利的受力情况,简支状态来计算
查表得:
I20b工字钢
Ix=2500cm4Wx=250cm3
则跨中最大弯矩为Mc=1/8qL2
Mc=1/8×1.581×10×2.132=8.966KN·m
由强度公式б=Mc/Wx可得
бmax=Mc/Wx=8.966×103/250×10-6≈35.864MPa<[б]=210MPa强度符合要求
(3)挠度计算
因I20b工字钢上以荷载较多,可视其为均布荷载,故挠度公式为:
fmax=5qL4/384EI
fmax=(5×1.581×104×2.13×103)/(384×210×109×2500×10-8)≈0.81mm
而允许挠度f允=L/400≈4mm有fmax=0.81mm 3、C28-C29一跨纵桥向贝雷梁验算 (1)贝雷梁上所受的均布荷载计算 a、I20b工字钢上部重量按砼比重ρ=3.0T/m来计算,则有: G1=ρ〃v=14.882×34≈506T b、32根I20b工字钢重量: G2=32×10×0.0311=9.952T c、四组8片加强型贝雷梁自重: G3=0.5×12×2×4=48T 则平均分布到贝雷梁上的均布荷载为: q3=(506+9.952+48)/(4×34)=4.147T/m (2)强度计算 根据布置图: 取计算跨径Lo=16.5m 查公路计算手册,双排单层(加强型)贝雷梁: Ix=1154868.8cm4Wx=15398.8cm3 按最不利情况计算(取简支状态) 跨中弯矩: Mc=1/8qL2 Mc=1/8×4.147×10×16.52=1411.3KN·m 而手册中,贝雷梁允许承受最大弯矩为M允=3375KN·m Mc=1411.3KN·m 则由公式б=Mc/Wx可得 бmax=Mc/Wx=1411.3×103/15398.3×10-6≈91.653MPa<[б]=210MPa强度符合要求 (3)挠度计算 由挠度公式: f=5qL4/384EI可得 fmax=(5×4.147×104×16.54×103)/(384×210×109×1154868.8×10-8)≈16.5mm 而允许挠度f=L/400≈37.5mm挠度符合要求 (4)支点处剪力计算 QA=QB=qL/2=(16.5×4.147×10)/2=342.13KN QA=QB=342.13KN b、取实际受力情况,按连续梁计算 (1)强度计算 弯矩计算 由力学近似公式求得: M=Km〃q·L2,取弯矩系数Km=0.07 则有: M=0.07×4.147×10×16.52=790.32KN·m符合要求 бmax=Mc/Wx=790.32×103/15398.3×10-6≈51.325MPa<[б]=210MPa强度符合要求 (2)挠度计算 由近似公式可得f=Kw×(q×L4/100EI),取挠度系数Kw=0.521 则有: fmax=(0.521×(4.147×104×16.54×103))/(100×210×109×1154868.8×10-8)≈6.6mm挠度符合要求 (3)支点处剪力计算 由近似公式可得 Q=Kv〃q·L,取剪力系数Kv=0.625 则有: Q=0.625×4.147×10×16.5=427.66KN 4、C28-C29临时支墩上横梁计算 C桥临时支墩拟采用φ1.0m的钻孔桩,钻孔桩中心间距为6.14m, 拟采用4根I50b工字钢组焊成一根整横梁。 (1)荷载计算 a、横梁以上部份总重量为: G4=G1+G2+G3 G4=506+9.952+48=563.952T 则临时墩上横梁所承受的荷载为: Q=1/2G4=1/2×563.952=281.98T b、4根9m长I50b工字钢自重为: G5=4×9×0.101=3.636T 则平均分布于单根I50b工字钢上的均布荷载为q5=0.101T/m c、四组贝雷梁作用于横梁上,可视为四个集中荷载 则有: P1=P2=P3=P4=(G4×1/2)/4=G4/8≈704.94KN RA=RB=(1/2G4+G5)/2≈(281.98+3.636)/2≈1428.1KN (2)强度计算 由公式可得,跨中弯矩为Mc 则有Mc=P1L1+P2L2-1/2q5L32-RAL4 =704.9×(2.01+2.13/2)+704.9×2.13/2+1/2×0.101×(4.5/2)2-1428.1×3.07=-1456.4KN·m 查表得,I50b工字钢: Ix=48560cm4Wx=1940cm3 所以单根I50b工字钢所能承受的最大弯矩为: M=[б]×Wx=210×109×1940×10-6=407.4KN·m 4根共计承受总弯矩为: M总=4×407.4≈1629.6KN·m Mc=1456.4KN·m 故采用4根I50b工字钢符合要求 5、C28-C29一跨跨中临时桩桩长计算 (1)荷载计算 a: P1=RA=RB=1428.1KN b: 按桩长为22m考虑,则桩本身重量为: P2=ρv=2.5×π×(1。 05/2)2×22≈476KN (2)按单桩轴向容许承载力计算 P=ρj/K 计算时,取安全系数K=2,则有ρ=1/2ρjP=P1+P2=1904KN则有p=1/2ρj=1/2UΣLiτi+λMoA{[бo]+K2γ2(h-3)} (3)参数取定: ①临时桩桩径采用1.0m,则周长取C=2πr=π×1.05=3.3m ②λ: 桩入土长度影响的修正系数取λ=0.85 ③考虑孔底沉淀淤泥影响的清孔系数: 取mo=0.7 ④A: 桩底截面积: A=πr2=π×(0.52)2=0.85m2 ⑤[бo]: 对临时桩按[бo]=0来考虑 ⑥k2: 地基土容许承载力随深度的修正系数: 取k2=3 ⑦γ2;查地质堪察报告: 取γ2=19KN/m3 ⑧τ: 取极限摩阻力按取τ=30KPa 由公式得: 1904=1/2×3.3×h×30+0.85×0.7×0.85×{0+3×19×(h-3)}反求得: h=25m 注: 在此计算中: ①不考虑桩底的承载力 ②安全系数取K=2 ③极限摩阻力取偏小值τ=30KPa ④按桩长为20m来考虑桩自重 二、B桥支架计算 B桥的支架验算,因详细的施工图未到,故拟采用以B29#-B30#一跨的重量来验算最大跨径,B30#-B31#墩。 根据布置图取计算跨径Lo=12m,经计算B29-B30#墩平均截面积为9.877m2。 ①荷载计算 a、每延米砼自重: q6=9.877×3=29.631T/m b、B30-B31#墩跨径为25m 则该跨砼重量: G5=25×29.631=740.775T c、5组10片加强型贝雷梁自重: G6=0.5×2×5×8=40T d、贝雷梁上I20b工字钢重量G7 承I20b工字钢平均长度为16m,跨径为25m,则: G7=25×16×0.0311=12.44T e、横梁自重G8 B线桥临时支墩上横梁也拟采用4根I50b工字钢,长度为15m则: G8=5×16×0.101=8.08T ②B30-B31#墩纵向贝雷梁计算 a、按最不利受力情况简支状态来计算 平均分配到每延米贝雷梁上的荷布荷载为: q7=(G5+G6+G)/L=(740.775+40+12.44)/5×24=6.61T/m 则有Mc=1/8qL2 Mc=1/8×6.61×10×122=1189.8KN〃m 查手册得,加强型双排单层贝梁 Ix=1154868.8cm4Wx=15398.3cm3 允许最大弯矩: M允=3375KN〃m Mc=1189.8KN〃m бmax=Mc/Wx=1189.8×103/15398.3×10-6=77.3MPa<[б]=210MPa强度符合要求 (2)挠度计算 由公式f=5qL4/384EI fmax=(5×6.61×104×123×103)/(384×210×109×1154868.8×10-8)≈7.4mm fmax=7.4mm (3)剪力验算 QA=QB=qL/2=1/2×6.61×10×12=396.6KN b、取实际受力情况,按连续梁计算 (1)强度计算 查公路手册,连续梁弯矩计算公式为: M=Km〃qL2取弯矩系数=0.07 则有: M=0.07×6.61×10×122=666.3KN·m M=666.3KN·m 由强度公式б=Mc/Mx可得 [б]=Mc/Mx=666.3×103/15398.3×10-6=43.3MPa<[б]=210MPa强度 符合要求 (2)挠度验算 由挠度计算公式f=Kw×qL4/100EI可得,取挠度系数Kw=0.521 fmax=(0.521×6.61×104×124×103)/(100×1154868.8×10-8×210×109)≈3mm挠度符合要求 (3)剪力计算 由公式Q=Kv〃qL得,取剪力系数Kv=0.625 Q=0.625×6.61×10×12=495.78>Q允=490.5KN 剪力略大于容许剪力,在支点处对贝雷梁适应用槽钢予以加强 3、B桥横梁计算 B桥临时桩拟采用3根,以B29-B30#墩之间桥面最宽,因此,B29-B30之间的钻孔桩间距最大,按取两桩中心间距L=6.8m来计算,横梁拟采用4根I50b工字钢组焊而成。 (1)荷载计算 a、横梁以上部份重量: G9=(G5+G6+G7)×1/2 G9=(740.775+40+12.44)×1/2=396.61T b、横梁上均布荷载q8=0.101T/m (2)强度计算 取实际受力情况: 按连续梁计算,由连续梁弯矩近似计算公式可得 M=Km〃P〃L取Km=-0.333 则有: M=-0.333×661.1×6.8≈1497KN·m 4根I50b工字钢所承受的跨中最大弯矩为: M总=4×[б]×Wx =4×210×109×1940×10-6=1629.6KN·m M=1497KN·m 故采用4根I50b工字钢用作横梁,符合要求 (3)挠度计算 由挠度近似计算公式可得f=Kw×FL4/100EI可得,取挠度系数Kw=2.508 fmax=(2.508×6.61×104×6.83×103)/(100×210×109×4×48560×10-8)≈12.8mm f允=L/400=17mm fmax=12.8mm 4、B线桥临时桩桩长计算 B线桥临时桩所承受的最大轴向压力为: RA=1349KN,而C线桥25m桩所承受的反力为: 1428KN。 B线桥桩所承受的力小于C线桥,故C桥的桩长在B桥同样适应,为安全起见B桥临时桩桩长采用L=25m。 临时钻孔桩桩长计算 根据单桩轴向受压容许承载力公式计算 [P]=1/2U∑Liτi+λmoA{[бo]+k2γ2(h-3)} 以最大跨径的C线桥为例 C桥平均每联重531T,按跨中取1/3重量,则分配到每根临时钻的重量为: P=1/6×531=88.5吨 取k=2的安全系数,则P=88.5×2=177吨≈1770KN 1、参数确定: (1)临时桩桩径采用1.0m,则周长取C=2πr=π×1.3=4.084m (2)λ: 桩入土长度影响的修正系数 取λ=0.85 (3)考虑孔底沉淀淤泥影响的清孔系数: 取mo=0.7 (4)A: 桩底截面积: A=πr2=π×(0.52)2=0.85m2 (5)[бo]: 桩底取处土的容许承载力: 取[бo]=170KPa (6)k2: 地基土容许承载力随深度的修正系数: 取k2=3 (7)γ2;坝基桥附近土层: eo=0.8~0.085,查地质资料: 取γ2=19KN/m3 (8)τ: 极限摩阻力: 取τ=45KPa 由公式: ∴1770=1/2×4.084×h×45+0.88×0.7×0.85{170+3×19×(h-3)=91.89h+0.506×(170+57(h-3)) 解方程得: ∴1770=91.89h+0.506×[170+57h-171] =91.89h+86.02+28.842h-86.526h=14.66m 取h=15m来进行施工 2、C28-C29跨中贝雷梁计算 (1)上层32根10m长I20b工字钢重量为: G1=32×10×0.0311=9.952T 采用且加强型的双排单层贝雷梁,计算路径取17.5m 则平均分配到每组贝雷梁上的均布荷载为(取1.5的不均匀折成系数) q=(506+9.952)×1.5/(4×36)=5.375T/m 查手册,加强型双排单层贝雷梁: IX=1154868.8cm4 WX=15398.3cm3 则跨中弯矩: Mc=1/8qL2=1/8×5.375×17.52=205.762T〃m=2057.62KN〃m 查手册,双排单层贝雷梁允许跨中弯矩为M=3375KN〃m Mc=2057.62KN·m<3375KN,故弯矩满足要求 fmax=5qL4/384EI=(5×5.375×104×17.54×103)/(384×210×109×1154868.8×10-8)=2.71cm δma
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