高桥互通支架搭设与计算

PAGE沪杭客运专线Ⅵ标项目部跨高桥互通32+48+32m连续梁施工贝雷架和支架搭设与计算、沪杭客运专线Ⅵ标项目部三分部2009年8月跨高桥互通32+48+32m连续梁施工支架搭设与计算一、工程概况桐海特大桥位于浙江省嘉桐市境内，线位基本平行既有沪杭高速公路，桥址范围地势平坦，沿途跨越较多的河流、公路及道路。高桥互通跨沪杭高速公路桐乡市高桥收费站，在35#墩-38#墩间，设计为(32.75+48+32.75)m连续梁跨过，连续梁全长113.5m。起止里程DK112+770.65DK112+884.25。边墩和中墩基础采用钻孔桩基础；墩身采用圆端形墩，支座采用GTQZ-Ⅵ系列球形钢支座。梁体结构：结构形式为变高度连续箱梁，单箱单室截面，梁高3.25米，箱梁顶板全宽12.0米，梁部设4个中各板，分别位于两主墩和两边墩上，设计线间距5.0米，两支座中心间距为4.4米。箱梁采用斜腹板形式，梁顶板厚35厘米，底板厚47.5~65厘米，腹板厚67~110厘米，支承处箱梁顶、底、腹板局部加厚。主要工程数量：C50混凝土13343m3，钢筋：143t.二、上部梁体施工方案跨高桥互通（32.75+48+32.75)m连续梁，为保证工期要求，节约工程造价。36#墩-37#墩跨高桥左右道，此跨采用贝雷支架，35#墩-36#墩、37#墩-38#墩间采用碗口式满堂支架施工方法。主要工序的施工流程为：临时道路该移修建、地基支墩处理、贝雷架和满堂支架搭设、安装支座、堆载预压、沉降观测、逐级卸载、设置预拱度、安装外模、制安钢筋、现浇梁混凝土、混凝土养护、张拉压浆、拆除侧模、拆除底模板、拆除贝雷架或满堂支架。支架具体布置如图附图所示。1、地基处理当35#墩-38#墩承台完成后、用石渣或二灰土回填基坑；清除35#墩-36#墩、37#墩-38#墩间表面松土，如有泥浆坑，必须清理干净，用石渣或二灰土回填，然后碾压表层，在分层回填60厘米厚的二灰土,宽度15米，再浇筑20厘米后的C20混凝土,宽度14米。36#墩-37#墩跨高桥互通匝道左右道，在中间隔离带设立受力支撑钢管柱。原高速公路基层碾压按93区考虑，经过动力触探试验，3米范围高度内，其地基承载力[σ]≥300KP,清除表面松散土至高速公路基层顶面，夯实浇筑（12.2米长、3.5米宽、高度1.0米+12.2米长、1.5米宽、高度0.5米）的C30钢筋混凝土，钢筋参照C0型承台钢筋配置；由上高速匝道至承台外边之间的临时支墩、37#墩-38#墩间临时支墩，因地面以下0~2米范围内均为硬塑粘土，承载力[σ]=120KP，2~13米范围内均为软塑淤泥质黏土，承载力[σ]=60KP，处理如下：在支撑钢管柱处3.5×12.9米范围内打入65根φ30㎝的木桩，间距为0.75*0.9m，共设5排，长度4米，在其上面换填30㎝石碴，木桩露处整平面10㎝，然后在上面浇筑3.5×12.9米，高度1.0米的C30混凝土，板底布置Φ16钢筋，双向，间距20㎝。再在上部浇筑长度12.0、宽1.5米、高度0.5米的C30混凝土。因中跨采用贝雷架，需在承台和中间支撑墩立609×16㎜钢管立柱，每个支撑柱下需预埋200×200×10㎜钢板，便于支撑柱与预埋钢板焊接，保证稳固，具体如图所示：2、贝雷架搭设36#墩-37#墩间、37#墩-38#墩间各选用26片单层上下加强贝雷梁作为支撑骨架，支撑点下为2根32工字钢，32工字钢下为钢管制作的砂筒，砂筒下用φ22螺栓连接609×16㎜钢管支撑墩，钢管墩与承台和处理墩用预埋钢板连接，钢管柱支间采用10号槽钢交叉撑连接，钢管高度根据墩台身高度计算确定。贝雷梁之间除标准斜支撑外，还需采用10号槽钢把每组贝雷梁架间连接。中间长度采用14片标准长度为3m贝雷。在贝雷架上方横向铺设12×15cm方木，间距0.6米，纵向铺设10×10cm方木，间距0.3米,再铺15㎜竹胶板底模；在翼缘板处贝雷梁上方搭设钢管脚手架做侧模和翼缘板模支撑,纵向铺设10×10cm方木，再铺翼缘板模板。底模通过木楔设置预拱度,翼缘板通过3、满堂支架施工地基表层为2.0左的米后粘土，地基承载力为100KPa，下部为淤泥质黏土层,地基承载力为60KPa,清除地表整平后，用二灰土回填60厘米厚，分层碾压,宽度15米，上部再浇筑20厘米后的C20混凝土,宽度14米。选用碗式支架作为支撑骨架，支架布置为：(1)在主墩5米范围内,满堂支架顺桥向立杆排距0.6m，横桥向立杆中间4排排距0.9m，两侧2排排距0.9m，两侧靠腹板2排排距0.6m，腹板下5排排距0.3m，所有水平杆步距均为0.6m。(2)在主墩5米范围外,满堂支架顺桥向立杆排距0.9m，横桥向立杆中间4排排距0.9m，两侧2排排距0.9m，两侧靠腹板2排排距0.6m，腹板下5排排距0.3m，所有水平杆步36#墩-37#墩间,在靠37#墩处有一条2.9米宽乡村道路,碗式支架两侧搭设顺桥向立杆排距0.3m,横向与其他一致。在横向12×15cm方木上铺设32的工字钢,腹板下1.0米范围内间距0.3米,底板间距0.5米,翼沿板下与4、堆载预压为消除非弹性变形，取得贝雷架弹性变形量、碗式支架弹性变形和地基沉降变形。在方木铺设完毕且加固稳固后选用砂带进行分级堆载预压。预压采用分跨预压，从一个边跨向另一个边跨进行，施加荷载总重：梁体自重＋施工荷载(梁体自重20%)。模拟砼施工过程按30%、70%、120%逐级加载。在加载过程中设置沉降观测点，观测点分别设在翼缘板、底板处，每断面设5点，每4米设一个观测断面。堆载预压时间不小于48小时，卸载采用分级逐步卸载。每次堆载、卸载均做好沉降观测，并做好记录。5、预拱度设置预拱度计算公式为f=f1+f2，其中f1：贝雷架或支架弹性变形(由预压得出数据)，f2=梁片设计预拱度值。最大预拱度值设置在梁的跨中位置，并按二次抛物线形式进行分配，算得间距2米各点处的预拱度值后，按折线通过木楔对底模和翼缘板进行调整。6、钢筋制安钢筋在钢筋加工场地制作，大于或等于φ16钢筋采用闪光对焊焊接或套筒连接,根据钢筋绑扎的先后顺序采用人工配合汽车、吊车运输到模板。钢筋绑扎顺序：从一段向另一段进行，箱梁底板、箱梁腹板、箱梁底、腹板波纹管、箱梁顶板、预留钢筋和预埋件埋设。按照设计图纸和验标要求进行钢筋的绑扎安装，同时注意钢筋接头按要求错开，钢筋绑扎时要按设计图纸的钢筋编号从下到上、从一头到另一头分顺序绑扎，为避免在安装时将误差集中到某一头，可分成几段进行。保证所有的钢筋规格、型号、间距、数量及保护层等满足设计要求。钢筋交接点绑扎均采用十字交叉绑，不允许采用梅花跳绑，且绑扎铁丝的尾段不应伸入保护层内。钢筋保护层采用购买的同等级砂浆垫块，梁体侧面和底面的垫块至少应为4个/m2。箱梁施工中主要预埋件有泄水孔、伸缩缝预埋件、电缆槽、接触网支柱锚固螺栓及加强钢筋、人行道栏杆及声屏障预埋筋、综合接地措施和施工预埋件等，施工时应严格按照设计图纸要求进行预埋。（详见作业指导书）。7、砼施工砼浇筑采用2台混凝土汽车泵自梁的两主墩向边跨和中部进行，最后在中间合拢。混凝土浇筑水平分层、斜向分段、对称、连续浇注的原则。浇注砼时，每层砼的厚度40厘米为宜，不得超过50厘米，砼振捣和下料交替进行，采用插入式振捣棒振捣。浇注桥面砼时，先用插入式振捣棒振捣砼，再用悬空式整平机振捣成型，人工二次抹面。砼浇注成型终凝后，覆盖土工布浇水养护。（混凝土施工详见作业指导书）。三、贝雷架和满堂支架结构验算（一）中跨贝雷架验算1.贝雷梁相关参数桥梁几何特性表几何特性结构构造W(cm3)J(cm4)单排单层不加强3578.5250497.2加强7699.1577434.4双排单层不加强7157.1500994.4加强15398.31154868.8三排单层不加强10735.6751491.6加强23097.41732303.2双排双层不加强14817.92148588.8加强30641.74595255.2三排双层不加强22226.83222883.2加强45962.66894382.8桁架容许内力表（例：3578.5x210/1000=751.15KN.m）桥型容许内力不加强桥梁加强桥梁单排单层双排单层三排单层双排双层三排双层单排单层双排单层三排单层双排双层三排双层弯矩（KN.m）788.21576.42246.43265.44653.21687.53375.04809.46750.09618.8剪力（KN）245.2490.5698.9490.5698.9245.2490.5698.9490.5698.9贝雷梁上的荷载：贝雷梁上荷载主要为混凝土荷载，贝雷梁自重荷载，其他荷载组成。混凝土荷载主要为设计图Ⅲ--Ⅲ，如下图所示，其截面混凝土面积S=11.2937㎡，Q1=11.2937×26=293.64KN/m

贝雷梁自重荷载:Q2=0.46×26÷3×10=39.87KN/m其他荷载按梁体混凝土20%计算:Q3=293.64×0.2=58.73KN/m经过计算，总荷载:Q=293.64＋39.87＋58.73=392.24KN/m贝雷架搭设最大宽度为17.00米,其跨中弯矩：M＝0.125ql2=0.125×392.24×172＝14169.7kN.m最大剪力Q=ql,最宽度处剪力最大;Q=ql=0.625×392.24×17=4167.6KN贝雷梁所需算数计算按抗弯强度计算：一个双排单层加强梁能承受的弯矩：3375kN.m共需要：14169.7÷3375=4.2个双排单层加强梁，10片单层加强贝雷梁片按抗剪强度计算：最大剪力：4167.6KN共需要：4167.6/490.5=8.5个双排单层加强梁，共18片单层加强梁片,实际采用26片单层加强梁片.贝雷梁刚度计算：Fmax=5ql4/(384EI)双排单层加强贝雷架梁片惯矩Ig=15398.3cm3×80㎝=1154873cm4=0.01231864m4,E=2.1X105Mpa=2.1X1011pa,为安全实际采用13个双排单层加强梁片.Fmax=5ql4/(384EI)=5×392.24×174×1000/(384×13×0.01231864×2.1X1011)=0.0容许挠度：25.75/400=0.0644m(、可以)5、贝雷梁承力钢管柱计算贝雷梁承力钢管柱采用φ609×16㎜的钢管,最大高度11.3米,受力最大在公路中间隔离带钢管柱,每根钢管最大压力:N=392.24×（17+15.25）÷2÷7=903.6长细比λ=h/ii=(I/A)1/2h代表步距,取11.3m,钢管外径609㎜,钢管内径577I=π(6094-5774)/64,A=π(6092-5772)/4i=｛[π(6094-5774)/64]/【π(6092-5772)/4】｝1/2=209.73㎜长细比λ=h/i=11.3×1000/209.73=53.9<〖λ〗=100(立杆稳定),为保证安全钢管柱支间采用10号槽钢交叉撑连接。钢管柱允许承载力[N]=φA[σ][σ]=140MpaA=π(6092-5772)/4=29807mm2=0.0279m查表得φ=0.85[N]=φA[σ]=0.85×0.0279×140=3320KN＜N=903.6KN(可以)安全系数:3320÷903.6=3.676、钢管柱地基承载力计算边跨和中跨两边钢管柱立于墩身承台上,承载力满足要求。中间隔离带支撑墩计算：中间隔离带支撑钢管柱处理后的混凝土上，原高速公路基层碾压按93区考虑，经过动力触探试验，3米范围高度内，其地基承载力[σ]≥300KP,清除表面松散土至高速公路基层顶面，夯实浇筑12.2米长、3米宽、高度1.0米的C30混凝土。中间基础最大压力:N=392.24×（17+15.25）÷2=6325KN平均压力P=N/A=6325÷12.2÷3=173KPa≤fg=300Kpa,满足施工要求。边跨中间支撑墩计算：因地面以下0~2米范围内均为硬塑粘土，承载力[σ]=120KP，2~5米范围内均为软塑淤泥质黏土，承载力[σ]=60KP，处理如下：在支撑钢管柱处3.5×12.9米范围内打入65根φ30㎝的木桩，长度4米，在其上面换填30㎝石碴，木桩露处整平面10㎝，然后在上面浇筑3.5×12.9米，高度1.0米的C30混凝土，板底布置Φ16钢筋，双向，间距20㎝。再在上部浇筑长度12.0、宽1.5米、高度0.5米的C30混凝土。根据桩允许承载力公式:[P]=UΣαiliτi+αΑσR[P]--桩允许承载力U桩周长,U=0.3π=0.9425mli承台底以下各土层厚度,li=4米τi与对应的各土层与桩壁的极限摩阻力,软塑黏土为20-30Kpa,此时取25Kpa,硬塑粘土为50-80Kpa,此时取65KpaσR桩尖处土的极限承载力,取最小值60KpaΑ—桩的截面积,Α=0.32×π÷4=0.071㎡αi、α分别为震动沉桩对各土层桩周摩阻力和桩底承载力的影响系数,对于采用震动垂击其值取1.065根木桩承载力[P]=65(UΣαiliτi+αΑσR)=65×[(0.9425×1.0×2×25000+0.9425×1.0×2×65000)+1.0×0.071×60000]=11304150N=11304.6KN受力最大在中跨中间隔离带钢管柱,钢管总受最大压力:N==ql=392.24×（17+8.45）÷2=2496KN＜11304.6KN安全系数：11304.6÷2496=4.53(可以)(二)满堂支架结构验算1、碗口支架相关参数立杆和横杆设计允许荷载横杆步距（m）立杆允许荷载(KN)横杆步距（m）跨中集中允许荷载(KN)均布允许总荷载(KN)备注0.6400.96.7714.811.2301.25.0811.111.8251.54.068.892.4201.83.397.40碗口支架钢管外径48㎜,钢管内径41㎜,回旋半径i=｛[π(484-414)/64}/{π(484-414)/4}｝1/2=15.78㎜2、支架荷载支架上荷载主要为混凝土荷载及支架上其他荷载（混凝土荷载的20%计）组成。在主墩4米范围内混凝土荷载最大为设计图Ⅱ—Ⅱ，其截面混凝土面积S1=14.7212㎡，在主墩4米范围外混凝土荷载为设计图Ⅲ--Ⅲ，其截面混凝土面积S2=11.2937㎡，3、支架轴向受力检算（1）支架轴向力按平均检算:在主墩4米范围外：平均每延米混凝土荷载为q=11.2937×2.6×10=293.64KN，方木模板荷载、支架荷载、人及机具活载等按梁体20%计算，则平均每延米支架立杆的轴向受力值N=1.2×293.64=352.36(KN)所有受力均按在底板宽度6米范围内计,每延米碗口脚手架立杆数量为1÷0.9×13=14.44根单根立柱承载力=352.36÷14.44=24.4(KN)<[N]=40(KN),安全系数=40/24.4=1.64(可以)在主墩4米范围内：平均每延米混凝土荷载为q=14.7214×2.6×10=382.76KN，方木模板荷载、支架荷载、人及机具活载等按梁体20%计算，则平均每延米支架立杆的轴向力受值N=1.2×382.76=459.31(KN)所有受力均按在底板宽度6米范围内计,每延米碗口脚手架立杆数量为1÷0.6×13=21.7根单根立柱承载力=485.31÷21.7=22.83(KN)<[N]=40(KN)安全系数=40/22.83=1.75(可以)（2）支架轴向力按腹板下最大受力检算:在主墩4米范围外：每延米腹板下混凝土荷载为q=3.25×0.67×2.6×10=56.615KN，方木模板荷载、支架荷载、人及机具活载等按混凝土20%计算，则每延米腹板下支架立杆的轴向受力值N=1.2×56.615=67.94(KN)，腹板下支架立杆每延米数量按3根计。单根立柱承载力=67.94÷3=22.65(KN)<[N]=40(KN),安全系数=40/22.65=1.77(可以)在主墩4米范围内：每延米腹板下混凝土荷载为q=3.25×1.1×2.6×10=92.95KN，方木模板荷载、支架荷载、人及机具活载等按混凝土20%计算，则每延米腹板下支架立杆的轴向受力值N=1.2×92.95=111.54(KN)，腹板下支架立杆每延米数量1÷0.6×4=6.7根计。单根立柱承载力=111.54÷6.7=16.65(KN)<[N]=40(KN),安全系数=40/16.65=2.4(可以)4、支架稳定性检算长细比λ=h/ii=(I/A)1/2h代表步距,取0.6m,钢管外径48㎜,钢管内径41㎜,I=π(484-414)/64,A=π(484-414)/4i=｛[π(484-414)/64}/{π(484-414)/4}｝1/2=15.78㎜长细比λ=h/i=0.6×1000/15.78=38<〖λ〗=100稳定安全系数=100/38=2.63,立杆稳定。5、顺桥方向方木扰度检算由满堂支架设计图可将分布方木受力图简化如下图：根据公路桥涵设计手册中有关简支梁的扰度计算公式：顺桥方向为10×12㎝分布方木,间距30㎝.f=5ql4/(384EI)其中：E=10×103Mpa=10×109paI=bh3/12=0.1×0.123/12按腹板下最大受力考虑，按0.9米跨距计算:q=3.25×0.3×2.6×10×1.2=30.42KN/mf=5×30.42×1000×0.94/(384×10×109×0.1×0.103/12)=0.00179m=1.79㎜<[0.9/400]=2.26