1、新建铁路武汉至广州客运专线乌龙泉至花都段XXX大桥后张法预应力简支箱梁支架及基础设计方案编制： 审核： 批准：中铁XX局武广客运专线XXXXX标项目部 目 录第一节工程概况-1第二节支架方案设计-1第三节支架检算- -3第一节工程概况一、工程概况及主要工程量1工程概况工程概况：XXX大桥位于武广客运专线乌龙泉至花都段，本工程为曲线谷架桥，双线，中心里程为DKXXX，孔跨布置形式为732m简支梁，桥面设置i纵坡，坡向武汉端，平曲线半径10000米。支座采用KTPZ-I-6000盆式橡胶支座，其中固定支座均设于每孔梁的武汉端（下坡端）。箱梁上预留设置接触网支柱基础条件，预留接地体，梁部出水口应引至2、桥下适当位置，以避免其冲刷对环保和桥梁基础造成不利影响。 2本桥桥址处的水文地址概况本桥地下水不发育，仅见于谷地，为孔隙潜水，主要赋存第四系粘性土中，受大气降水和地表水的渗入补给，受季节影响较大，地下水埋深约0.5米，地下水对混凝土及混凝土中钢结构有溶出型弱侵蚀性。山坡及谷地表层为粉质粘土，II类等级，承载力为150kpa，厚度为25m左右，下层为砂质板岩，全风化，III级，承载力为200kpa，强风化，（2）2 ,类等级，承载力为300kpa，平均厚度约410m左右,再下层为砂质板岩，弱风化，级，承载力为500kpa。 3箱梁设计概况设计为3-32m曲线形后张法预应力砼单箱单室等高简支梁，梁3、长32.6m，梁体砼设计强度C50，封锚采用强度等级C50 的无收缩混凝土，箱梁顶宽13.4m，底宽为5.50m，翼板宽度为3.35m，梁高3.05m。第二节支架方案设计一、支架总体布置施工时首先进行支架基础、支架结构的设计与施工，箱梁跨度为32.60米，所以拟在每跨设6排支撑墩，支撑墩基础为灌注桩基础，在基础上面预埋3.2cm厚钢板及高强螺栓；支撑墩基础形式为单桩承台独立基础，基础设计形式见附图。支架立柱采用52910钢管，立柱顶部配合设置500800mm钢箱梁，上部设贝雷架，贝雷架上铺设I20工字钢次梁和底模系统，其具体结构如后面附图所示。二、钢管桩立柱支架1支架基础根据招标图纸及地质资料4、，结合现场自然地貌情况，选定层0=300kpa的砂质板岩层作为持力层，立柱基础施工是首先进行桩基灌注，然后绑扎承台钢筋，进行承台混凝土现浇，在顶面埋设预埋件以固定钢管桩，基础混凝土标号C20。基础尺寸及平面布置见附图。2、安装钢箱梁1) 钢箱梁运至现场后，利用吊车逐个排架安装。2) 然后再吊到支架上进行接长。3) 贝雷架安装完成后，由于箱梁有纵坡，钢箱梁与贝雷架连接处顺桥向会形成间隙，应在下面塞满钢板，焊接固定，保证贝雷架为面受力，而不是线受力。4) 贝雷桁片沿纵桥向布设好后，横桥向安装I22工字钢，然后铺设底模系统。5) 底模系统包括面板、槽钢加劲肋、可调千斤顶等结构。面板采用8mm钢板，钢5、板加劲勒14b型槽钢。 6) 梁体底面至立柱顶面换算高度：80+140+220+400+220+1500+800=3290mm7) 千斤顶与上下构件连接方式，上部与工字钢或槽钢采用螺栓连接，螺栓为M16，在支撑顶板四角布设，下部与工字钢通过限位器连接。3、支架预压3.1支架安装完成后在箱梁施工前为确保支架施工使用安全需对支架进行压载试验，其目的如下：为保证施工安全、提高现浇梁质量，在箱梁支架搭设完毕、箱梁底模铺好后，对支架进行预压。预压目的一是检验支架及基础承载力是否满足受力要求；二是是消除支架及地基的非弹性变形，三是得到支架的弹性变形值作为施工预留拱度的依据，同时测出地基沉降，为采用同类型的6、桥梁施工提供经验数据。3.2支架预压方法 预压重量为设计荷载（箱梁自重、内外模板重量及施工荷载之和）的120%。加载时按照设计荷载的0、30%、60%、100%、120%、分四级加载，测出各测点加载前后的高程。持荷7d后，再分别按加载级别卸载，并分别测出每级荷载下各测点的高程值。根据本桥现场特点，拟采用沙包堆载进行预压，详细预压方案如下：为了保证在箱梁混凝土浇注卸架后满足设计的外形尺寸及拱度要求，检验支架的整体稳定性及支架的实际承载能力，以消除支架、支撑方木和模板的非弹性变形和地基的压缩沉降影响，同时取得支架弹性变形的实际数值，作为梁体立模的抛高预拱值数据设置的参考。在施工箱梁前需进行支架预压7、和地基压缩试验，避免箱梁砼因支架不均匀沉降而出现裂缝，在浇筑箱梁混凝土前前要进行支架的压载试验。本桥支架体系采用梁式支架承力结构，结构简单，受力明确，在贝雷梁架好后，通过简化受力荷载，采用混凝土预制块代替预压荷载，加载如图。本方案对全桥每一跨支架进行预压试验，根据结果确定箱梁预压拱度尺寸，进行高度调整。测量等级按四等水准测量控制箱梁施工支架预压的工艺流程如下：铺设箱梁底模布置测量标高点并记录好每点的初始标高值H1 吊装预制块及相关加固作业加载观测布载后各测量点标高值H2观测卸载前各测量点标高值H3卸载观测卸载后各测量点标高值H4根据计算结果调整底模标高二、工艺流程各步骤具体操作1、铺设箱梁底模8、板铺设好箱梁底模板，将底模板顶面标高尽量调整到箱梁底设计标高，同时加强对模板下各层支架的检查，确保支架底传递荷载的支架与支架之间、支架与贝雷之间、支架与模板之间各相邻面接触紧密，无明显缝隙。2、布置测量标高点为了解支架沉降情况，在加载预压之前测出各测量控制点标高，测量控制点按顺桥向底模底每排钢管柱布置一排，支架混凝土基础布置一排，每排4个点。在加载30%、60%、100%、120%后每天上下午均要复测各控制点标高一次，如果加载120%后所测数据与加载前所测数据支架日沉降量小于0.2毫米（不含测量误差）时，表明地基及支架已基本沉降到位，可进行卸载，否则还须持荷进行预压，直到地基及支架沉降符合以上9、要求为止。3、加载荷重计算及加载方法本工程箱梁为等截面，计划采用混凝土预制块加载的方法进行预压。加载方式见附图加载宜分4级进行，即加载30%、60%、100%、120%。上部加载所需的预制块，用汽车吊提升至梁底模上部。4、对加载后各测量点标高值H2进行测量布载结束后立即进行观测各测量点的标高值H2，并做好相应的记录。5、测量卸载前各测量点标高值H3维持布载72小时后、卸载前测量各测量点标高值H3。6、卸载卸载过程的操作基本与加载过程相反7、观测卸载后各测量点标高H4卸载后测量出各测量点标高值H4，此时就可以计算出各观测点的变形如下：非弹性变形f3=H1-H4。通过试压后，可认为支架、模板、方木10、等的非弹性变形已经消除。弹性变形f2=H4-H3。根据该弹性变形值，在底模上设置预拱度2，以使支架变形后梁体线型满足设计要求。另外，根据H2和H3的差值，可以大体看出持续荷载对支架及贝雷梁变形的影响程度。8、调整底模标高根据设计技术交底，本桥梁的设计预拱度最大为16.11毫米，9、调整底模标高及预拱度设置对于已进行预压区段，根据如下调整底模标高：三、注意事项1、铺设底模板后测量H1前应加强对支架的全面检查，确保支架在荷载作用下无异常变形。2、由于支架较高，加载重量较大，因此在加载及卸载过程中必须随时对支架情况进行观测，以免发生意外。3、加载过程中应安排专人加强对支架及地基变形情况的观测，如有异11、常变形，应及时通知现场施工管理人员立即停止加载，在采取足够的加固措施后方可继续加载，以免出现重大安全事故。4、加载及卸载过程应加强施工现场安全保卫工作，确保各方面的安全。5、预压完成后，根据支架变形情况及地基沉降程度，采取必要的措施对薄弱环节进行加强，确保施工安全和工程质量。第三节支架检算一、 荷载计算箱梁标准截面：梁高3.05m，底板宽5.50m，顶板宽13.4m。施工时混凝土分两次浇筑，连续施工，在6小时内将箱梁一孔混凝土整体浇筑完成，假定箱梁纵向为均布载荷，箱梁标准断面如图： 箱梁标准断面图 单位：毫米二、贝雷片的布置及检算施工荷载：主要由钢筋砼自重q1，模板自重q2，贝雷片自重q4，钢12、箱梁自重q5，施工人员和工具荷载g1，倾倒砼时产生的冲击荷载，振捣砼后产生的荷载。1、 钢筋砼自重 327.6m32.4+11.084+54.322+4.003+0.507+3.958+0.497=860.611t2、模板自重 160t1.05=168t3、贝雷片自重腹板部分，双排布置钢材E=2.1105MPa查装配式公路钢桥多用途使用手册双排单层贝雷片I=500994.4m4贝雷片自重 610/3=203kg/m=2.03KN/m10#槽钢 104/1=40kg/m=0.04KN/m4、作用于贝雷梁上的荷载施工荷载 施工人员及机具重量=2KN/ 砼振捣 2KN/ 砼泵送冲击力 2KN/ 风荷13、载不考虑（计算支架不考虑） 养护荷载 0.3KN/ 冬施材料荷载 0.3KN/5、作用于贝雷片上的荷载q1=（860611kg+1600001.05kg）/32m9.81000=315.012KN/m施工人员及机具重量 2KN/13.4m=26.8KN/m砼振捣及泵送砼冲击力 2KN/13.4=26.8KN/m养护及冬施荷载 0.3KN/13.4=4.02 KN/m；贝雷片自重荷载2.07KN/m贝雷片采用国产“321”公路钢桥架，纵向根据箱梁跨度分5跨布置，32m跨度按6m+6m+6m+6 m+4.5m布置。横向截面根据箱梁的具体结构布置，底板及翼板下均采取间距为450mm双排单层贝雷片。见14、下图所示：贝雷片布置6、贝雷片上荷载底模22#槽钢压在贝雷片上，间距1.5米，首先计算22#槽钢上的均布荷载q=(315.012+26.8+26.8+4.02)/5.5=67.75(KN/m),计算模型及计算书如下：E=2.1105MPa，I=3405.9331(cm4)，EI=2.1*108KN/M2*3.406*10-5m4=7.1526*103KN-m2q1=33.875KN/m2q2=67.75KN/m2q1=33.875KN/m2弯矩及剪力表跨号左端V(KN)左端M(KN-m)跨中Mmax（KN-m）右端V(KN)右端M(KN-m)第1跨000-508.1-38.1第2跨423.4-15、17.6438.822-423.4-17.64第3跨508.1-12.706.352-508.1-22.583第4跨677.5-12.711.292-677.5-22.583第5跨677.5-22.5811.292-677.5-22.583第6跨508.1-12.76.352-508.1-17.64第7跨423.4-12.78.822-423.4-38.11第8跨508.1-38.10001-8支座反力分别为：93.16KN，93.16KN，118.56KN，135.5KN，118.56KN，93.16KN，93.16KN贝雷片上的荷载为 q=135.5/1.5=90.33KN/m。贝雷片每316、m上下都用10号槽钢作为横向联系，用U形卡扣扣住，把贝雷片联成整体，使每排贝雷片受力较为均衡。考虑到横向截面的不均匀，每一排贝雷片受力情况也不一样，两侧翼板下的贝雷片相对较小，考虑模板、横梁、横向联系梁能起到一部分分散荷载作用，翼板下的荷载取中间的一半，并且要求满足安全系数1.5以上。贝雷架钢材的弹性模量E=2.1105MPa,剪力模量G=8.1104MPa 查装配式公路钢桥多用途使用手册双排单层贝雷片 I=500994.4cm4 W=7157.1cm3贝雷片整体能承受的最大弯矩Mmax=1576.47/1.5=7356.53KNMQmax=490.57/1.5=2289KN取32m跨度，最高17、墩身第二跨即（1#-2#墩)进行验算，q=99.897KN/m计算简图如图：线钢度i(n)=EI/l(n)：i1-4=2.1108kN/m2.50510-3m4/6=87675KN*m*m，i5=2.1108kN/m2.50510-3m4/4.5=116900KN*m*m,用力矩分配法计算，计算图如下：Mmax=149.8 M=6305.6（在1-4段跨中），Qmax=299.7 Q=1958.6（在1-4支座左侧），贝雷片强度满足要求。因贝雷片每节结构形式相同，可看作均质梁，并以简支梁验算， 由荷载引起的挠度为：f=5ql4/384EI=599.897KN/m64m4/3842.1108KN18、/5.774*10-2m4= 1.3910-4m=0.139mm 由单销间隙引起的非弹性变形：f1=3000*(sin(1/2)*（2*0.001/1500）*2)=0.00007mm，最大挠度为0.139mmL/900=6/900=6.67mm。三、H型箱横梁、钢管柱的布置及检算500800的焊接钢箱梁，钢箱梁断面如下：钢箱梁长度15米，E=2.1*105 Mpa,I=3.667*103mm4,箱梁单位重q=(0.5*15*0.16*2+0.768*0.16*15*2)*7850*9.8/15000=31.215KN/m,箱梁处的集中荷载取以上贝雷片计算中的支座最大反力p=599.382KN19、作为验算荷载，两侧翼板处按底板处的1/2考虑。计算简图如下：根据计算可知道钢箱梁内力最大弯矩Mmax=333.5KN.M、Qmax=689KN,位置在B、C支座处，支座最大反力Rmax=993.97 KN、Mmax=122.774KN.M。钢箱梁强度(拉应力)验算：l=M/W=333.5 /0.003036=109.68Mpal/1.3=170Mpa/1.3=130.77Mpa，所以钢箱梁强度满足要求。钢管桩强度验算：根据计算出的钢箱梁支座处最大支撑反力为钢管桩的顶部的竖向荷载，钢管桩采用直径为529mm,壁厚10mm的Q235钢管，钢管柱最长按L=3.3米计，其自重为G=4.15KN，截面积20、A=0.0163049 m2,极惯性矩I=1.0984103m4,=6.37。钢管的最大轴向力为N=993.97KN，假设有8厘米的偏心，偏心受压弯矩M123 KN-m，钢管截面积A= 16304.9mm2 ，钢管抗弯截面系数W=4.17469106mm3。 算钢管的强度及稳定性验算：max =N+G/A+M/W=(993.97+4.15)/0.90.0163049+122.774/0.9984.1526710-3=97.7Mpa/1.5=325 Mpa/1.5=216.67Mpa，完全能够满足强度要求。算钢管的截面拉应力验算：l = M/W=122.774/4.1526710-3=29.6221、Mpal/1.5=200 Mpa/1.5=133.33Mpa，完全能够满足强度要求。四、承台及桩基础计算（一）、桩承台设计 计算条件 桩基重要性系数: 1.000 承台底标高: -0.500(m) 承台为 1桩承台第1种 承台的混凝土强度等级： C20 承台钢筋级别: HRB335 配筋计算as = 50(mm) 桩基沉降计算经验系数: 1.000 确定压缩层深度时附加应力与自重应力比: 20.00% 基础与覆土的平均容重: 20.000(kN/m3) 承台尺寸参数A(mm)250H(mm)500 桩类型: 人工挖孔桩 桩长 = 5.000(m) 桩直径 = 1(m) 桩的混凝土强度等级 = 22、C20 单桩极限承载力标准值 = 2000.000(kN) 承载力计算时：不考虑承台效应与群桩效应柱直径 = 529(mm) 柱子转角 = 0.000(度) 柱上荷载设计值: 弯矩Mx = 200.000(kN-m) 弯矩My = 10.000(kN-m) 轴力N = 998.120(kN) 剪力Vx = 0.000(kN) 剪力Vy = 0.000(kN) 荷载为地震荷载组合 地面标高 = 0.000(m) 地下水标高 = -10.000(m)层号土类名称层厚(m)重度(kN/m3)饱和重度(kN/m3)压缩模量(MPa)承载力标准值(kPa)frk(kPa)风化程度侧阻力(Kpa)1粘性土23、2.00018.000-10.00150.00-70.002岩石5.80022.000-1000.00200.005.000强风化0.003岩石10.00022.00019.0001000.00300.005.000中风化0.001、桩竖向承载力验算: 单桩极限承载力标准值 = 2000.000(kN) 单桩极限承载力设计值 = 1250.000(kN) 桩心坐标 = 0.000,0.000(mm) 在中心荷载作用下,桩顶全反力 = 1001.132(kN) 按规范公式(N = 1.25*R) 计算, 承载力设计满足系数 :1.56 在偏心荷载作用下： 按规范公式(Nmax = 1.5*R) 24、计算 桩号: 桩顶全反力: 1001.132(kN), 承载力设计满足系数 :1.872、承台受力计算:各桩净反力(kN):桩号01 = 998.120(kN)最大桩净反力: 998(kN)弯矩与配筋:构造配筋D12200 = 11300.0 mm2构造配筋D12200 = 11300.0 mm2受力计算结果承台配筋(全截面): X向 11300.0Y向 11300.0 (mm2)抗弯筋为构造筋3、沉降计算结果 换算矩形承台长Lc = 0.501 m 换算矩形承台长宽Bc = 0.501 m l/d = 5000.000 Sa/d = 999999.938 C0 = -0.469 C1 = 325、2.705 C2 = 511.326 nb = 1.000 桩基等效沉降系数 = -0.469 桩端附加压力 = 3977.558 kPa 压缩层深度 = 3.600(m) 桩端下各压缩土层： 层号 厚度 Es 应力面积 本层沉降(mm) (m) (MPa) (m2) 未乘系数 01 2.301 1000.000 0.51194 2.04 02 1.300 1000.000 0.01764 0.07 承台中心点沉降 = 1.000*-0.469*2.1 = -1.0(mm)（二）、桩基计算1.构件参数信息: 桩顶面的竖向力标准值: Fk=1020.43kN/m2 桩顶面的力矩标准值: Mk=226、02.52kN/m2；桩顶面的水平力标准值: Hk=5kN/m2 桩扩大头的直径:0.8m；水平抗力系数比例常数: m=6MN/m4 混凝土强度等级:C20；钢筋级别:HRB3352. 承载力设计值计算:桩顶面的竖向力设计值: N=1.21020.43=1224.516kN/m2；桩顶面的水平力设计值: H=1.25=6kN/m2；桩顶面的力矩设计值: M=1.2202.52=243.024kN/m2； 由于M不等于0,所以桩为偏心受压构件!3.桩配筋计算: 沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件，其截面受压承载力计算：偏心受压构件，由于l0/i=16.10=17.5，所以取：27、 =1.000。偏心受压构件应符合下列规定： 上面两式验算：桩的配筋面积 As=1200.000mm2 配筋率：0.239% 桩纵向钢筋选用:1112120(As=1244mm2)。4. 桩的竖向承载力验算: 嵌岩桩的极限承载力计算 li第i层土的厚度,按下表取值: 土层参数表: 序号 土层类型 土层厚度 侧阻力 端阻力 粘性土或粉土 2.38 74 975 砂质板岩 5.75 最大极限承载力： Qsk=2.513(0.80074.0002.300)=342.207kN Qrk=2.5130.0615000.0001.500=1155.713kN Qpk=0.2815000.0000.503=28、706.858kN Quk=342.207+1155.713+706.858=2204.779kN桩的承载力设计值 R:=Quk/sp=2204.779/1.650=1336.230kN 结论:由于承载力设计值R1.2大于0N=1346.9676kN，所以满足要求!五、第三跨独立柱基础设计 1 已知条件及计算要求： (1)已知条件： 类型：锥形 柱数：单柱 阶数：1 基础尺寸(单位mm): b1=2150, b11=1075, a1=2150, a11=1075, h1=300, h2=150 dx1=150, dx2=150, dy1=150, dy2=150 柱:圆柱, 直径=529mm 29、设计值：N=1041.77kN, Mx=123.00kN.m, Vx=0.00kN, My=0.00kN.m, Vy=0.00kN 标准值：Nk=771.68kN, Mxk=91.11kN.m, Vxk=0.00kN, Myk=0.00kN.m, Vyk=0.00kN 混凝土强度等级：C20, fc=9.60N/mm2 钢筋级别：HRB335, fy=300N/mm2 基础混凝土保护层厚度：40mm 基础与覆土的平均容重：20.00kN/m3 地基承载力设计值：200kPa 基础埋深：0.50m 作用力位置标高：0.000m (2)计算要求： 1.基础抗弯计算 2.基础抗剪验算 3.基础抗冲切30、验算 4.地基承载力验算2 基底反力计算： (1)承载力验算时,底板总反力标准值(kPa): 相应于荷载效应标准组合 pk = (Nk+Gk)/A = 176.94 pkmax = (Nk+Gk)/A + Mkx/Wx + Mky/Wy = 231.95 pkmin = (Nk+Gk)/A - Mkx/Wx - Mky/Wy = 121.93 各角点反力 p1=231.95, p2=231.95, p3=121.93, p4=121.93 (2)强度计算时,底板净反力设计值(kPa): 相应于荷载效应基本组合 p = N/A = 225.37 pmax = N/A + Mx/Wx + My/W31、y = 299.63 pmin = N/A - Mx/Wx - My/Wy = 151.11 各角点反力 p1=299.63, p2=299.63, p3=151.11, p4=151.113 地基承载力验算: pk=176.94 fa=200.00kPa, 满足 pkmax=231.95 1.2*fa=240.00kPa, 满足4 基础抗剪验算: 抗剪验算公式 V=0.7*h*ft*Ac (剪力V根据最大净反力pmax计算) 第1阶(kN): V下=556.20, V右=556.20, V上=556.20, V左=556.20 砼抗剪面积(m2): Ac下=0.77, Ac右=0.77, Ac上=0.77, Ac左=0.77 抗剪满足.5 基础抗冲切验算: 抗冲切验算公式 Fl= As=748mm2/m Y向实配 D12140(808mm2/m) = As=748mm2/m六、根据以上计算，第三跨表层填土要进行换填1、换填料要求：要求用2-4标准粒径的碎石填筑，压实度必须达到0.95，地基承载力达到200Mpa以上。2、换填厚度及换填垫层尺寸：垫层厚度:根据图纸，换填厚度为1.14米，垫层宽度为b=215+2*114*tan30=215+132=347厘米，如下图：