双层存梁方案内容.docx
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双层存梁方案内容.docx
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双层存梁方案内容
双层存梁方案
1、工程概况
新建九江至南昌城际铁路位于江西省境内,自庐山站(含)引入,途经九江县、德安县、共青城、永修县、新建县,在南昌北与京九线接轨,经京九线引入南昌。
CJQ-1标段起讫里程为DK17+326.8~DK72+776.72(含武九联络线),正线长度55.451km。
根据局工程任务划分,九江梁场承担DK17+326.8~DK50+859.283段358孔箱梁制、运、架及桥面系的施工任务,其中32m双线箱梁336孔,24m双线箱梁22孔。
根据梁场制梁、运梁、架梁施工计划,并结合梁场场地及机械设备配置情况,九江制梁场采用双层存梁的施工方案,梁场共设置双层存梁台座22个。
2、双层存梁台座基础结构设计
2.1、32m梁双层桩基础存梁台座设计
2.1.1、设计依据
1.《基础工程》;
2.昌九铁路CJQ-1标一梁场《岩土工程勘察报告》;
3.二公司客运专线技术组有关资料;
4.《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002);
5.《砼结构设计规范》(GB50010-2002);
6.《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85);
7、箱梁图纸《通桥(2007)2224-I》与《通桥(2007)2224-Ⅱ》。
2.1.2、设计说明
2.1.2.1、地质、水文参数
根据对梁场地质勘察资料,场区地质层自上而下依次为:
1、第四系全新统洪-坡积相粉质粘土:
平均层厚4.78m,粉质粘土,黄褐色,可塑-硬塑状态,全场分布,强度低,中等压缩性。
2、第四系全新统冲积相粉质粘土:
平均层厚5.45m,灰绿色,软塑-可塑状态,成份以粉粒为主,局部分布,基本承载力190kPa。
3、志留系强风化粉砂质泥岩:
平均层厚3.20m,紫红色,灰绿色,成份以粉粘粒为主,局部含粉砂,基本承载力360kpa,不宜作持力层。
4、志留系中风化粉砂质泥岩:
灰绿色,紫红色,致密块状构造,成份以泥质为主,局部见砾砂,基本承载力1000kpa,是良好的桩端持力层。
水文地质条件特征:
本区地下为第四系松散岩土类裂隙潜水类型,主要赋存于岩土裂隙面之中,场地环境类型属3类,各层透水性弱,水量小,主要接受地表水体侧向补给。
水位随季节性变化,交替循环较弱,本场地水质清澈、透明,对砼结构及钢筋砼结构中的钢筋不具腐蚀性。
2.1.2.2、结构形式
填方段32m存梁台座均采用钻孔桩基础,每个台座四支点支承,支承桩基桩径1m,砼强度为C20,单桩独立支承,桩与桩之间设联系梁联系梁截面尺寸为0.8m*0.8m。
因桩侧摩阻力不足,桩基采用嵌岩桩,入嵌岩深度为10.5m,桩基长度最大为27.5m。
2.1.3、设计参数选定
2.1.3.1、材料性能指标
(1)、C20砼
轴心抗压强度:
轴心抗拉强度:
弹性模量:
(2)、钢筋
I级钢筋:
,
II级钢筋:
,
2.1.3.2、设计荷载
荷载1:
梁体荷载P=2*721*10/4=3605kN。
荷载2:
张拉水平分力F。
根据以前的施工经验,32m梁体终张拉时,梁体压缩量最大值为30mm,梁体纵向收缩,必产生水平力,使桩基产生沿梁体纵向收缩方向的挠度,各侧挠度大小ω为15mm,根据悬臂梁挠度公式:
ω=FL3/(3EI),
可知,
1):
F=3EIω/L3
2):
M=3EIω/L2
其中:
E-砼弹模,为2.5*104MPa;
I-桩基截面贯性矩,I=πd4/64=4.91*1013;
ω-挠度,15mm;
L-桩长。
由上两式可知,水平力与桩基长度长度的立方成反比,弯矩与桩基自由长度的平方成反比。
桩长为27.5m,桩顶水平力为:
F21.5m=3EIω/L3=3*2.5*104*4.91*1013*15/275003=2655N=2.7kN
2.1.4、桩基础设计
2.1.4.1、单桩承载力计算
建模如下:
桩长取27.5m,入岩深度为10.5m,采用Midas建模进行受力分析,单桩桩顶承载结构分析中忽略地基对桩顶联系梁的弹性支撑、土体对桩身的侧向约束作用不计。
结构模型及分析结果如图4.1.1-1~如图4.1.1-8所示。
最大桩底反力为:
Rmax=4188kN。
竖向最大变形量:
f竖max=5mm。
横向最大变形量:
f横max=15mm。
桩基最大轴力:
N桩max=4188kN;
桩基剪力最大绝对值:
Q桩max=3kN;
桩基z轴向最大弯矩:
Mz桩max=74kN.m;
桩基y轴向最大弯矩:
My桩max=15kN.m;
系梁y轴向最大弯矩:
My梁max=44kN.m;
系梁z轴向剪力最大绝对值:
Qz梁max=43kN.m;
2.1.4.2、承载力验算
单桩承载力标准值按下式确定:
其中:
—岩石试块单轴极限抗压强度;
、
—决定于岩层破碎程度和清底情况的系数;
—桩底面积;
—嵌入岩层内桩的挖孔周长;
—自新鲜岩面算起的嵌入深度;
根据掌握制梁场区地质勘测资料及有关参考数据,取C1=0.5,C2=0.04;R=2.43Mpa。
[P]=R(C1A+C2Uh)=2430*(0.5*0.785+0.04*3.142*10.5)
=4160kN
约小于Rmax=4188kN,相差28kN,因嵌岩桩未考虑侧磨力,故仍满足要求!
图4.1.1-1:
模型
图4.1.1-2:
结构反力
图4.1.1-3:
竖向位移
图4.1.1-4:
水平位移
图4.1.1-5:
桩水平剪力
图4.1.1-6:
桩、梁Y轴向弯矩
图4.1.1-7:
桩Z轴向弯矩
图4.1.1-8:
系梁剪力
2.1.4.2、桩基、系梁配筋计算
2.1.4.2.1、桩基配筋计算
配筋采用MIDAS/civil中的“RCBeamDesign”功能,其计算结果见图4.2-1
所需钢筋总面积:
A=2545mm2
根据《混凝土结构设计规范(GB50010-2002)》关于“钻孔桩纵向受力钢筋的最小配筋率”的要求,受压构件为0.4%,Amin=0.4%×π×5002=3142mm2。
为满足对称配筋的要求,配筋16φ16A=3217mm2。
满足要求!
螺旋筋采用φ8光圆钢筋,螺距200mm,为便于钢筋笼运输、吊装,钢筋骨架每2m设置一道φ20加强筋,以提高骨架整体刚度。
由于桩基设计为嵌岩柱桩,故钢筋笼长按桩身通长布置。
桩基配筋图详见附图:
32m双层存梁台座桩基配筋图。
图4.2-1:
桩基配筋计算结果
2.1.4.2.2、系梁配筋计算
联系梁配筋采用MIDAS/civil中的“RCBeamDesign”功能,自动计算配置顶面钢筋、底面钢筋及箍筋,计算结果见图4.2-2
由计算结果可知,联系梁顶面抵抗截面负弯矩所需配筋面积为:
A`s=608mm2
选用6φ12钢筋,面积A`s=679mm2>608mm2
联系梁底面抵抗截面正弯矩所需配筋面积为:
As=608mm2
根据公路桥涵设计规范,受弯构件纵向受拉钢筋最小配筋率要求,C20砼为0.1%,
Amin=0.1%*800*800=640mm2。
选用6φ12钢筋,面积As=679mm2>608mm2
根据MIDAS/civil对梁箍筋布置的计算结果,沿梁长配置2φ8,箍筋间距100mm。
沿联系梁梁高设二道拉筋,拉筋布置为:
φ12钢筋,竖向间距80cm。
系梁配筋图详见附图:
双层存梁台座系梁配筋图。
图4.2-2:
系梁配筋计算结果
2.2、32m梁双层扩大基础存梁台座设计
2.2.1、设计依据
1.《基础工程》;
2.昌九铁路CJQ-1标一梁场《岩土工程勘察报告》;
3.二公司客运专线技术组有关资料;
4.《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002);
5.《砼结构设计规范》(GB50010-2002);
6.《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85);
7、箱梁图纸《通桥(2007)2224-I》与《通桥(2007)2224-Ⅱ》。
2.2.2、设计说明
2.2.2.1、地质、水文参数
根据对梁场地质勘察资料,场区地质层自上而下依次为:
1、第四系全新统洪-坡积相粉质粘土:
平均层厚4.78m,粉质粘土,黄褐色,可塑-硬塑状态,全场分布,强度低,中等压缩性。
2、第四系全新统冲积相粉质粘土:
平均层厚5.45m,灰绿色,软塑-可塑状态,成份以粉粒为主,局部分布,基本承载力190kPa。
3、志留系强风化粉砂质泥岩:
平均层厚3.20m,紫红色,灰绿色,成份以粉粘粒为主,局部含粉砂,基本承载力360kPa,不宜作持力层。
4、志留系中风化粉砂质泥岩:
灰绿色,紫红色,致密块状构造,成份以泥质为主,局部见砾砂,基本承载力1000kpa,是良好的桩端持力层。
水文地质条件特征:
本区地下为第四系松散岩土类裂隙潜水类型,主要赋存于岩土裂隙面之中,场地环境类型属3类,各层透水性弱,水量小,主要接受地表水体侧向补给。
水位随季节性变化,交替循环较弱,本场地水质清澈、透明,对砼结构及钢筋砼结构中的钢筋不具腐蚀性。
2.2.2.2、结构形式
挖方段因土体固结良好,均是硬粘土,土层承载力为230kPa,粘土层薄(最薄处已遇岩石,最厚处为4米),压缩模量较大,平均值为11.7MPa,沉降量小,故挖方段扩大基础,扩大基础设计为单端整体基础,基础尺寸为5m×10m,总高2.4m,埋深2m,扩大基础横截面见图2.2-1,纵截面见图2.2-2。
图2.2-1:
扩大基础横截面(单位:
m)
图2.2-2:
扩大基础纵截面(单位:
m)
2.2.3、设计参数选定
2.2.3.1、材料性能指标
(1)、C20砼
轴心抗压强度:
轴心抗拉强度:
弹性模量:
(2)、钢筋
I级钢筋:
,
II级钢筋:
,
2.2.3.2、设计荷载
梁重:
G1=721t。
单个基础各支点荷载为:
P=2*721*10/4=3605kN。
基础自重:
G2=(5*0.8+3*0.8+1*0.8)*10*2.5*10=1800kN。
基础上土重:
G3=(5*2-0.8*1*8-0.4*1)*10*20=640
2.2.4、承载力计算
σ=(2P+G2+G3)/A=(3605*2+1800+640)/(5*10)=193kPa<230kPa,承载力满足!
2.2.5、基底沉降量
基础埋置深度为2m,基础底面下部粘土层最大厚度为2m,按0.4b=0.4×500=200cm进行分层,分为1层,根据如下公式进行沉降计算。
S=msΣ(hiσzi/ESi)
式中,S—地基总沉降量,cm;
σzi—第i层土顶面与底面附加应力的平均值,MPa;
ESi—第i层土的压缩模量,MPa;
hi—第i层土的厚度,cm;
ms—沉降计算经验系数。
计算基础沉降量:
1)基础底面附加应力σ-γd=193-20×2=153KPa。
2)基础底层的附加应力,用点法计算,a=10m,b=5m,附加应力
σ0=ac(σ-γd)kPa,根据《公路桥涵地基与基础设计规范》,查表计算如下表1:
表1:
基底附加应力计算
深度z(m)
Z/b=(z-2)/b
a/b
应力系数ac
附加应力
σ0=ac(σ-γd)/1000
MPa
2
0
2
1
0.153
4
0.4
2
0.870
0.113
3)地基受压深度,因在4米深处已是中风化粉质砂岩,压缩量非常小,故不再考虑更深土层。
根据公式S=msΣ(hiσzi/ESi),最终沉降量S为:
S=0.6*(200*0.113/11.7)=1.16cm。
2.2.6、基础配筋
为增强基底砼的抗裂性,基底设置一层钢筋网片,钢筋规格为Φ12mm,网片间距为150mm*150mm。
2.3、32m梁兼24m梁存梁台座设计
结合场地的实际情况,现场布置4座32m梁兼24m梁存梁台座,双层存放。
为了保证桩基沉降均匀性,桩基础结构形式采用与其共用的32m梁存梁台座的结构形式,此处不另行设计。
3、双层存梁下层梁体检算
根据中铁第四勘察设计院集团有限公司提供的《时速250公里客运专线城际铁路通用图架桥机检算报告-铁4-2局[1]》中的检算资料:
1)梁体纵向检算:
混凝土正应力、强度、抗裂性、混凝土主应力及支反力均满足设计要求。
2)横向计算:
当支座中心距为3.6m时,横向计算不满足设计要求。
若纵向位置距梁端≤1.5m,将垫片尺寸改为横向1000mm×800mm纵向×100mm厚,横向支座中心距为5.4m时,横向计算满足设计要求。
梁场双层存梁按照上述要求进行设计施工即可。
4、双层存梁垫板设计
4.1、设计依据
1、《结构工程师实务手册》
2、《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》
3、箱梁图纸《通桥(2008)2224-I》
4、箱梁图纸《通桥(2007)2224-I》与《通桥(2007)2224-Ⅱ
4.2、存梁形式及垫板结构
根据设计院检算结果,存梁支点中心与支座板中心重合,垫板采用方格网结构,方格上下铺设钢板做为承压面板,存梁形式及垫板具体尺寸如下图:
垫板结构图
4.3、结构计算
4.3.1、计算荷载
梁重(含挡碴墙):
G梁自重=721t
单个存梁垫板承受荷载:
R=
上部承压面板压强:
下部承压面板压强:
4.3.2、材料设计指标
垫板采用[8槽钢直立焊接成方格网骨架,上下承压面板均为δ10钢板,构件为Q235钢构件,查《结构工程师实务手册》得;
钢材
抗拉、抗压和抗弯
(MPa)
抗剪
(MPa)
弹性模量
(MPa)
牌号
厚度或直径(mm)
Q235钢
≤16
215
125
2.1*105
4.3.3、建模、检算
采用有限元分析法进行受力检算,取1mm宽微段单元体进行受力分析,根据计算,
,仅对顶面进行受力分析,计算简图如下:
方格承压检算:
[8槽钢腹板厚度:
方格最大间距:
计算荷载为均布荷载:
微段单元支座反力:
[8槽钢腹板承压强度:
计算合格,满足使用要求!
上层面板抗剪检算:
面板厚度:
δ=10mm
计算合格,满足使用要求!
上层面板抗弯检算:
截面抵抗矩:
截面最大弯矩:
计算合格,满足使用要求!
上层面板挠度计算:
最大挠度值:
满足支点平整度≤2mm/1m的使用要求!
注:
由于方格最大间距仅270mm,构件自重影响忽略不计。
综上所述,垫板各项设计指标均满足使用要求,结构设计合格!
5、双层存梁施工
5.1、施工工艺
选取下层梁体→放双层存梁支点中线→摊铺细砂→摆放存梁垫板、橡胶支座→抄平调整四支点高差→起吊、存放上层梁体→摘钩→工程部监控存梁台座沉降量
5.2、下层梁体选择
下层梁体必须满足如下要求:
压浆完成一周以上且上下层梁体为同一跨度,否则严禁做为下层承压梁体,另即将待架箱梁不得做为下层梁体使用;
5.3、工序作业要求
先在承压梁体桥面板上画出存梁垫板纵横向中心线,然后摊铺细砂找平,细砂必须摊铺均匀密实,铺垫双层存梁垫板、橡胶支座。
工程部抄平控制四个存梁支点顶面高差,作业人员使用石棉纸略微调整顶面高差,保证四支点顶面处于同一水平面。
起移上层梁体移至所选存梁台座,缓慢下落,使上层梁体支座中心线与存梁垫板中线对齐,落梁,摘钩。
工程部及时监控存梁台座沉降量。
双层存梁垫板顶面平整度≤2mm/1m,垫板中线偏差值≤5㎜,四支点顶面高差≤2㎜,上层梁体支座中线与存梁垫板中线偏差值≤10㎜。
6、沉降观测
6.1、施测过程与观测周期
在台座进行双层存梁前,确定各沉降观测点稳固牢靠后,方可进行首次观测。
每个观测点高程首次观测时应同期观测两次,比较观测结果,若同一观测点间的高差不超过±0.5mm时,即可认为首次观测的数据是可靠的。
否则观测结果作废重测。
在台座双层存梁后,即开始进行沉降观测。
观测周期为一天,观测时间定为每天上午9点30分,持续一周。
每次观测后,应及时对观测资料进行整理,计算出观测点的沉降量、沉降差以及本周期平均沉降量和沉降速度,绘制沉降量与时间关系曲线图。
若出现变化量异常时,应立即通知主管负责人,为其采取防患措施提供依据,同时适当增加观测次数。
6.2、沉降观测的精度要求
台座预压沉降观测采用二等水准测量。
各项观测指标要求如下:
第一,往返较差、附和或环线闭合差:
△h=∑a-∑b≤1.0,n表示测站数;
第二,前后视距≤30m;
第三,前后视距差≤1.0m;
第四,前后视距累积差≤3.0m;
第五,沉降观测点相对于后视点的高差容差:
≤1.0mm。
6.3、观测原则
每次观测应遵循“五定”原则。
所谓“五定”,即通常所说的沉降观测依据的基准点、被观测物上的沉降观测点,点位要稳定;所用仪器、设备要稳定;观测人员要稳定;观测时的环境条件基本上要一致;观测路线、镜位、程序和方法要固定。
7、附件
双层存梁示意图
双层存梁垫板
双层存梁台座沉降观测记录表
- 配套讲稿:
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- 双层 方案 内容