运河特大桥40m简支箱梁施工设计方案

'运河特大桥40m简支箱梁施工设计方案1工程概述韩庄运河特大桥全桥共计5跨40m预应力混凝土简支箱梁（具体布置详见下表）。箱梁为单箱单室等高度简支箱梁，梁端腹板、底板局部内侧加厚，在结构外侧的腹板与顶板相交处均采用圆弧倒角过渡，在腹板上设直径100mm的通风孔，底板上设直径90mm的泄水孔。截面中心梁高为3.75m，线路中心梁高为3.774m。桥面防护墙内侧净宽8.8m，桥上人行道栏杆内侧净宽11.9m，桥梁宽12.0m，桥梁建筑总宽12.28m。设计依据：1、《新建时速300~350公里客运专线铁路设计暂行规定》（上、下）铁建设［2007］47号。2、《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）。3、《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）。4、《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）。5、《铁路混凝土结构耐久性暂行规定》（铁建设［2005］157号及铁建设［2007］140号文。主要技术标准及设计原则：1、设计使用年限：正常适用条件下100年；2、线路情况：双线、直曲线，最小曲线半径9000m，线间距5.0m。-3- 3、轨道类型：Ⅱ型板式无砟轨道。4、地震烈度：适用于地震动峰值加速度Ag≤0.2g地区。5、施工方法：现浇施工。箱梁跨径40m40m40m40m40m箱梁位置86#～87#墩87#～88#墩130#～131#墩134#～135#墩366#～367#墩2总体施工部署2.1施工工艺具体施工流程见下图。地基处理安装支架安装底模、侧模支架预压模板设计绑扎底板、腹板钢筋，布设波纹管预埋件及预留孔洞浇筑梁体混凝土混凝土养护模板、钢筋、预埋件及支架稳定检查验收钢筋验收安装内模支架设计绑扎顶板钢筋拆除侧模、内模穿钢绞线预应力张拉压试件压浆、封端拆除底模及支架桥面施工施工工艺流程图-3- 2.2施工顺序在墩柱施工完成后，进行地基处理，搭设支架并进行预压，预压合格后进行模板安装、钢筋绑扎、混凝土浇注。混凝土采用整体浇注，全跨一次性浇注完成。2.3工期安排根据招标文件及本合同段的总体施工组织设计的要求，结合本分项工程特点和现有人力、设备等资源的配备，将每跨箱梁现浇工程总工期定为2个月，具体安排见下表。工序截止时间表箱梁位置86#~87#墩87#~88#墩130#~131#墩134#~135#墩366#~367#墩地基处理2月17日2月14日2月13日3月14日4月3日支架搭设2月24日2月20日2月21日3月21日4月10日预压3月3日2月27日3月1日3月28日4月17日卸载3月6日3月2日3月4日3月31日4月20日侧模、底板3月10日3月5日3月7日4月4日4月24日底、腹板钢筋、钢绞线3月16日3月11日3月12日4月10日4月30日内模3月20日3月15日3月16日4月14日5月4日顶板钢筋3月24日3月18日3月20日4月17日5月8日浇筑混凝土3月26日3月20日3月22日4月19日5月10日张拉压浆4月4日3月28日3月31日4月28日5月20日拆除支架4月9日4月2日4月6日5月4日5月26日2.4施工组织2.4.1施工组织机构设置成立一个现浇箱梁施工队，由有施工经验的骨干人员组成：队长副队长各一人、技术负责人1人、技术人员及现场管理人员4人、以及其他操作人员，主要负责现浇连续箱梁的施工。-3- 现浇箱梁施工队下设：支架班、模板班、钢筋班、混凝土班、预应力班、对人员进行分班组管理，按工序进行流水作业，责任到人。2.4.2劳动力用量计划木工、架子工、钢筋工、电焊工、混凝土工等各种工种配备齐全。2.4.3施工机械设备计划主要使用的施工设备有：碗扣式钢管脚手架，混凝土搅拌站，混凝土搅拌运输车，混凝土输送泵车，汽车吊，钢筋、模板加工设备等。详见“主要施工机械设备进场表主要施工机械设备进场表序号名称型号单位数量备注1挖掘机1.0m3/斗台2已经进场2压路机YZ18吨台2已经进场3装载机ZL50台2已经进场4吊车25t/50t台3已经进场5发电机250KW台1已经进场6搅拌机2000L台2已经进场7电焊机315A台20已经进场9弯曲机400型台4已经进场8切割机400型台4已经进场9混凝土泵车50m3/h台3其中一台备用10混凝土罐车8m3台12已经进场11千斤顶500t台5已经进场12千斤顶YC60A台5已经进场13油泵ZB4-500台8已经进场14外侧模板M85m已经进场15压浆机台4已经进场16振捣器Φ30/50套8/18已经进场17碗扣管吨4002.5安全防护方案详见附件1：40m现浇箱梁安全专项方案。-3- 3现浇箱梁施工方案本跨采用满堂支架法现浇施工，对地基进行换填加固、满堂碗扣支架搭设及预压、支座安装、模板安装、钢筋制作安装及预应力管道埋设、混凝土施工、预应力施工、模板支架拆除。3.1地基处理对86#~87#墩、87#~88#墩、366#~367#墩梁跨下地表较平整的40m现浇梁，挖除表层松土，清理表层用优质土换填处理然后采用3：7灰土分层填筑。对地表坡度较大的地表，如跨130#~131#墩、134#~135#墩的40m现浇梁，在适当位置设置挡土墙或钢管桩加工字钢基础支撑支架。钢管工字钢平台，在横向12m范围内布设5根钢管，钢管间距3.0m。钢管上设置工字钢横梁，在横梁上铺设纵向工字钢，纵梁间距0.6m。详细布设见下图。钢管工字钢基础布置图-3- 地基处理断面图1）地基处理范围宽度按照支架宽12m，两侧各加宽2m即16m。长度按照箱梁施工所需的范围一起进行处理。先用挖掘机将鱼塘内淤泥挖除外运，并用振动压路机对挖除后的原地表进行碾压。2）对碾压后的地表采用较好土质（同一般路堤填筑）分层填筑，填筑层厚约100cm，摊平后采用压路机压实，检测每层的压实质量，以静力触探均满足要求为准。3）60cm灰土处置层填筑。灰土采用路拌法施工，按上足一层30cm以上细粒土填料，然后根据该层土方量按3：7计算出所需石灰量，直接添加入其中，采用挖掘机多次翻拌后摊平，压路机碾压至满足要求。4）承台基坑处采用分层回填三七灰土并整平压实，基坑底部宽度较小的部分采用碎石屑回填并压实。5）在灰土填筑层完成前30cm，采用刮平机整平并作2％的横向坡碾压成型。6）为避免地基受水浸泡，在两侧开挖40×40cm的排水沟，排水沟分段开挖形成坡度，低点开挖集水坑，并做砂浆抹面。3.1.1地基承载力检算3.1.1.1荷载计算-3- 梁体重量：顶板宽12m，底板宽5.15m，梁长40.6m，重824.5t。模板重量：底模209.09m2，内模682.5m2，端模32m2，侧模（包括翼缘模板）237.3m2，所有模板重量取Q1=0.9KN/m2。总重量为104.4t。施工人员及设备荷载标准值按均布活荷载取1.0KN/m2，面积为487.2m2，重量为48.72t。支架自重：立杆纵向间距按每布0.6m，腹板下横向间距0.3m、顶板和底板位置横向间距按0.6m，翼缘位置横向间距按0.9m。合计1587根。高度按7.5m，总长为11902.5m。立杆重为3.84kg/m，计算得重量为45.7t。横杆间距1.2m，支架高度为7层，每层长度为1890.6m，总长为13234.2m，计算得重量为50.8t。加上剪刀撑1300米，计5.0t。内模支撑所需支架长度1750m，计算得重量为6.72t。支架重量合计为108.22t支架顶部沿桥梁横向铺设15cm×15cm方木，在立杆可调顶托上作为横梁，上铺10cm×10cm方木（间距15cm）支撑模板。方木重量9.74t。。以上各种荷载，考虑安全系数：恒载为1.2，活载为1.4。荷载为G=(824.5+104.4+108.22+9.74)×1.2+48.72×1.4=1324.44t。3.1.1.2检算地基处理用三七灰土，经静力触探强度大于200KPa。单根立杆承受荷载：P=1324.44×104÷1587=8346N1）卧木承载验算地基上纵向采用20×20cm方木。A=0.2×0.2=0.04m2σ=P/A=8346÷0.04=0.21MPa<1.3MPa，满足要求。2）地基验算-3- A=0.6×0.2=0.12m2P=8346+0.6×0.22×8000=8538Nσ=P/A=8538÷0.12=0.07MPa<0.2MPa，所以地基承载力符合要求。3.2支架搭设及预压3.2.1支架搭设支架搭设示意图组装顺序：立杆底座→立杆→横杆→斜杆→接头紧锁→脚手板→上层立杆→立杆连接销→横杆。支架组装以4人为一小组，其中二人递料，另外二人共同配合组装。组装时，要求至少二层向同一方向，或由中间向两边推进，不得从两边向中间合拢组装。-3- 86#~87#墩、87#~88#墩、366#~367#墩支架搭设示意图（未加剪刀撑）86#~87#墩、87#~88#墩、366#~367#墩支架搭设示意图（加剪刀撑）-3- 130#~131#墩、134#~135#墩侧面布置图-3- 支架采用碗扣式支架，支架结构形式如下：横向立杆底板下间距60cm、腹板下间距30cm、翼缘板下间距90cm，纵向立杆间距均为60cm，按交替方式布设。在高度方向每间隔1.2m设置一排纵、横向联接脚手钢管，使所有立杆联成整体。顺桥向剪刀撑的设置，对于碗扣式支架，由于支架体系自身的稳定性较好，剪刀撑可顺桥向设置4排，分别设于底板倒角处、腹板与翼缘板相交倒角处；横桥向剪刀撑的设置，根据现场实情况横向剪刀撑按4m/道设置。剪刀撑网格间距为2.5m。立杆底端安装可调式方形底托，底托下铺设纵向20cm×20cm方木，立杆顶端安装可调式Ｕ形支托，先在支托内安装纵向15cm×15cm方木，再按设计间距安装横向10cm×10cm方木，方木间中心距离15cm。钢管的整体稳定性是由基础的不均匀沉降、支架结构的稳定性控制。横桥向按照支架的拼装要求，严格控制竖杆的垂直度以及扫地杆和剪力撑的数量和间距。3.2.2支架检算1）WDJ碗扣钢管的各构件力学参数外径d(mm)壁厚t(mm)截面积A(mm2)惯性矩I(cm4)抵抗矩W(cm3)回转半径i（cm）每米长自重（N）483.54.7811.44.841.5438.42）方木方木统一采用松木，对松木的要如下：弹性模量大于E=0.1×105MPa，抗弯强度大于[δw]=13MPa，抗剪强度大于[fv]=1.5MPa。3）支架检算-3- 根据设计方案，支架采用碗扣式脚手架，立杆直径48mm、管壁3.5mm。碗扣式脚手架在层距1.2m情况下，设计荷载为30KN，此参数供应商已经经过荷载试验、计算考虑了脚手架钢管的强度、刚度、局部稳定、安全系数（大于或等于1.5），所以不必进行脚手架细部检算。检算包括：满堂支架检算、方木检算。4）设计荷载底模下脚手架立杆的纵向间距为60cm，横向间距根据箱梁对应位置分别设为：翼缘板处为90cm，腹板处为30cm，底板处为60cm。顶托方木按纵桥向布置。按简支梁受力考虑，验算底模下斜腹板对应位置。计算跨径为60cm。1.腹板下混凝土箱梁荷载：P1=3.75×26=97.5kN/m22.模板自重取p2=0.9kN/m23.施工人员、机具堆放荷载：取P3=2.0kN/m24.倾倒砼冲击荷载：采用串筒或导管倾倒时取P4=2.0kN/m25.振捣砼产生的荷载：取P5=2.0kN/m26.计算总荷载（考虑安全系数:恒载1.2，活载1.4）腹板下荷载P=（97.5+0.9）×1.2+(2.0+2.0+2.0)×1.4=126.48kN/m25）立杆计算立杆用直径48mm、管壁3.5mm的WDJ碗扣钢管，考虑立杆受到锈蚀等各种条件的影响，所以外径取4.7cm，内径取4cm计算。外径d(cm)壁厚t(mm)截面积A(mm2)惯性矩I(cm4)抵抗矩W(cm3)回转半径i（cm）每米长自重（N）483.54.7811.44.841.5438.4脚手架的层距为1.2m时立杆设计标准值为30KN，根据受力分析斜腹板下立杆受力最大，取斜腹板下间距为60cm×-3- 30cm立杆作为受力验算杆件，再加上支架自重9.6KN/m2。则有P=126.48+9.6=136.08KN/m2。实际立杆轴心系受压荷载为P×0.6×0.3=136.08×0.18=24.5KN<30KN，下面按照30KN立杆轴向力计算立杆各项指标。轴心抗压强度δn=3000/478=62.7MPa＜[δa]=165MPa，强度计算满足要求。轴心受压杆的细长比λ=L0/r=1.0×1200/15.4=77.9＜[λ]=100（此处轴心受压杆按照两端铰接考虑，系数取1.0），满足倾覆要求。3.2.3底模及纵横梁检算3.2.3.1底模受力检算1.模板容许弯应力计算横梁采用10×10cm方木，方木间距15cm，取10cm宽模板，按简支梁形式进行检算，底模最大弯距：Mmax=Nm截面抵抗矩W==2400mm3σw===1.65MPa<[σw]=15MPa（竹胶板顺纹容许弯应力）2.最大挠度计算(按简支梁计算)竹胶板弹性模量：E1=4.5×103MPa惯性矩I==14400mm4fmax==0.02mm＜L/400=0.125mm3.2.3.2横向方木检算截面(cm)截面积A(cm2)惯性矩I(cm4)抵抗矩W(cm3)容许应力δwMPa容许剪力[fv]MPa弹性模量Mpa-3- 10×10100833.3166.67131.51×1041）强度检算取斜腹板下宽度作为验算单位，简化为简支梁计算，则：斜腹板下竖向荷载q=126.48kN/m2。，强度满足要求。2）刚度检算，刚度满足要求。3）抗剪检算，强度满足要求。3.2.3.3纵梁检算截面(cm)截面积A(cm2)惯性矩I(cm4)抵抗矩W(cm3)容许应力δwMPa容许剪力[fv]MPa弹性模量Mpa15×152254218.75562.5131.50.1×1051）强度检算纵梁按集中荷载计算，计算跨径60cm。荷载P=126.48×0.3×0.15=5.7kNM=2×5.7×0.15=1.71kNmσ=M/W=(1.71×103)÷(562.5×10-6)=3.04MPa<13MPa，强度满足要求。2）刚度验算，-3-   刚度满足要求。3.2.4钢管工字钢平台受力验算1）受力计算：标准梁截面A=9.5m2，则砼自重：G＝9.5×26＝247KN/m施工时荷载取砼自重的1.4倍，则Q＝1.4×247＝345.8KN/m经计算5m跨距内的钢管支架总重：249KN，取每根工字钢上宽度0.6m范围，跨距5m计算，则q＝345.8×0.6/12+249×0.6/（5×12）+0.656＝20.44KN2）顺桥向工字钢σ＝ql2/8W＝20.44×103×52/（8×919×10-6）＝69.5MPa<215MPaf=5ql4/384EI=5×20.44×103×54×103/（384×2.05×1011×16530×10-8）=4.9mm