铁路扩能改造工程跨某高速公路中桥现浇箱梁支架施工方案.docx

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铁路扩能改造工程跨某高速公路中桥现浇箱梁支架施工方案

目录

一、编制依据-2-

二、编制原则-2-

三、工程概况-2-

四、支架设计情况-2-

五、支架预压-5-

六、支架搭设注意事项-8-

七、满堂支架受力验算-9-

八、门洞支架受力验算-16-

九、地基承载力验算-18-

十、安全保证措施-19-

一、编制依据

1、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；

2、《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》（TZ213-2005）；

3、《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》铁建设［2005］160号；

4、《客运专线铁路路基工程施工技术指南》（TZ212-2005）；

5、《路桥施工计算手册》（人民交通出版社出版）；

6、《铁路混凝土工程施工技术指南》（TZ210-2005）；

7、《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ128-2000）；

8、《钢管满堂支架预压技术规程》（JGJ/T194-2009）；

9、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；

10、铁道第四勘测设计院设计的本标段有关设计图纸及定型图

二、编制原则

1、在满足结构受力情况下考虑挠度变形控制；

2、综合考虑结构的安全性；

3、建立比较符合实际的力学模型；

4、尽量采用已有的构件和已经使用过的支撑方法；

5、对部分结构的不均布、不对称性采用较大的均布荷载，取最危险截面检算。

三、工程概况

娄邵铁路跨娄邵高速公路中桥跨越在建娄新高速公路（福善村段），施工里程为DK13+125.48～DK13+196.28，铁路与公路斜交角度约为70°。

该中桥为一跨现浇的56m简支箱梁，娄底台和邵阳台均为9φ125cm群桩基础，承台为830×1050×250cm矩形承台。

两桥台台身高度均为600cm。

上部结构为56m预应力混凝土简支梁，全长57.5m，该箱梁设计为单箱单室、等高度、变截面结构,梁体采用纵、横、竖三向预应力体系，箱梁底宽8m，顶板厚度35cm；底板厚度为40至78cm，全桥拟一次浇注完成。

梁体采用C50高性能耐久性混凝土，混凝土共计方量830.1m3。

本工点跨在建省重点工程娄新高速公路，为减少交叉施工过程中的影响，施工中对在建公路搭设门洞支架以方便通行，其他采用碗扣式钢管支架。

四、支架设计情况

1、地基处理

搭设支架前应先经试验室现场检测地基承载力，不满足要求的地基，要进行换填处理。

为防止雨水浸泡使基础变软，施工时采用以下方法进行处理：

用挖掘机对箱梁下方梁宽及每边各1.5m范围内表层松软土进行清表，用推土机对除两桥台附近外的场地全部推平，在机械无法进入的地方采用人工休整，打夯机夯实。

沿桥横向设置人字型排水坡，坡度控制在4‰范围内，便于及时排除雨水，用18T振动压路机碾压6～8遍，碾压密实，表面平整无轮迹,局部有反弹地段重新换填处理。

由于两桥台附近为已形成高速公路路堑开挖边坡，开挖边坡为石质边坡，纵向坡度较大，为方便支架搭设，采取设置三台阶方式。

台阶高差从下到上分别为1.8m、2.4m、2.4m，宽度均为3.0m。

为避免台阶处受雨水冲刷，影响地基承载力，在台阶变阶处设置30cm厚M10浆砌片石护坡，高度同台阶高度。

台阶表面设置20cm厚C25砼垫层，沿桥横向设置人字型排水坡，坡度控制在4‰范围内，便于及时排除雨水。

靠近便道处开挖水沟排水，降低水位标高，以防止雨水和其它水流流入支架区，引起支架下沉。

该桥现浇梁支架搭设采用在在建路基上搭设双向门洞支架，门洞支架基础为钢筋砼条形基础，条形基础宽1.2m，长16m，高1.0m。

其他部位采用碗扣式满堂支架。

满堂支架基础在压实后填筑50cm厚碎石，碾压密实后浇注20cm厚C25砼进行硬化处理。

地基受力模型如图：

基础每边比支架搭设范围宽1.3m，控制压实系数不小于0.9，沿横桥向设置人字型排水坡，坡度控制在4‰范围内。

对桥台基坑回填范围内要用压路机多次碾压密实，以避免因地基不均匀沉降影响支架稳定。

地基处理结束后，在支架搭设范围地基基础四周80~160cm范围内设顺桥向排水沟（水沟横断面为60×80cm）并挖集水井，集水井设置在线路右侧顺桥向排水沟的大里程桩号处，排水沟根据集水井的位置设置排水纵坡，雨水汇集于集水井后，用水泵排至施工便道排水边沟内，确保地基基础不受雨水浸泡。

2、满堂支架

⑴、支架宽度=梁宽12.7m+两边工作平台各1m=14.7m，翼板处支架立杆横向间距0.9m，纵向间距0.6m，横杆步距1.2m；腹板/底板处支架立杆横向间距0.6m，纵向间距0.6m，横杆步距1.2m。

每根立杆上下均设置可调顶托和底托，顶托上铺设15×15cm的纵向方木，纵向方木上再铺设一层10×10cm的横向方木，横向方木间距0.3m。

方木上方直接铺设厚2cm竹胶板，结构区支架布置图详见附图。

支架杆件拼装时必须保证横平竖直，以保证竖向杆件只受压力，保证整体杆件的稳定性。

⑵、支架材料规格

 支架采用碗扣式钢管架，立杆采用3.0m、2.4m、1.2m三种,立杆接长错开布置，顶杆长度为1.5m、0.9m，横杆采用0.9m、0.6m两种组成，顶、底托采用0.6m长的可调托撑。

碗扣式脚手架的主配件的规格尺寸

构件名称

长度（mm）

重量（Kg）

立杆 LG-300

3000

17.31

立杆LG-240

2400

14.02

立杆LG-120

1200

7.41

顶杆 DG-150

1500

8.91

顶杆DG-90

900

5.60

横杆HG-90

900

3.97

横杆HG-60

600

2.82

可调底座 KTZ-60

600

7.5

可调托撑KTC-60

600

7.2

斜杆 XG-600

6000

17.2

3、门洞支架

跨在建娄新高速公路处搭设双向门洞支架，门洞支架净宽4.0m，跨径5.2m，净空高5.3m，两端边墩和中墩采用单排φ530钢管，钢管壁厚10mm，横向间距2.4m/根，

每个条形基础上的钢管立柱之间采用10#槽钢设置横撑及剪刀撑，中间两条形基础上的钢管立柱也要前后对应连成一体，以增强结构稳定性。

钢管与条形基础上的预埋钢板焊接，钢管顶部焊接80*80cm，2cm厚钢板，钢板上面设置Ⅱ号分配梁（横桥向两根I36b工字钢焊接或采用抱箍形式），钢板与Ⅱ号分配梁之间应采用点焊方式焊接，防止工字钢滑移或倾覆。

Ⅱ号分配梁上按底板区60cm，翼板区90cm的间距设置Ⅰ号分配梁（纵桥向两根I40b工字钢焊接或采用抱箍形式），Ⅰ号、Ⅱ号分配梁之间也应采取点焊方式固定，以保证结构的稳定性。

Ⅰ号分配梁顶部满铺1cm厚竹胶板，以防止上部小型物件坠落，通道顶部满堂支架设置情况同结构区基本一致，只是横杆步距加密至60cm,立杆底部可横向铺设12#槽钢，间距60cm，门洞支架具体布置示意图详见附图。

五、支架预压

安装模板前，要对支架进行压预。

支架预压的目的：

①检查支架的安全性，确保施工安全。

②消除地基非弹性变形和支架非弹性变形的影响，有利于桥面线形及标高的控制。

预压荷载为箱梁自重的120%，采用编织砂袋及钢筋按体积比重加载的方法进行支架预压。

计算时砂的比重取15KN/m3，钢筋的比重取78.5KN/m3,为准确模拟砼施工时荷载，采取等效预压方式。

支架等效预压荷载分布图如下图所示，A区及C区重量采用编织砂袋等效预压，B区重量采用钢筋等效预压。

先加载A区重量，再加载B区重量，最后加载C区重量。

根据各部分等效荷载换算后的堆载高度，分级加载，严格控制预压重量。

施工期间，应做好雨天砂袋覆盖的准备工作及泄水措施。

1、荷载分布

A区部分：

qA=（0.35+0.6+0.085）×26=26.91KN/m2

施工预压堆载高度h=26.91×1.2/15=2.2m

B区部分：

qB=3.08×26=80.08KN/m2

施工预压堆载高度h=80.08×1.2/78.5=1.2m

③C区部分：

qC=0.72/2.35×26=8.0KN/m2

施工预压堆载高度h=8.0×1.2/15=0.64m

2、预压施工步骤

①为了掌握加载后地基和支架的变形情况，需要在预压前布置好沉降观测网。

沉降观测网布设在两层面上：

一层在支架基础上，一层在箱梁底模板上，上下两层测点一一对应在同一垂直线上。

测点沿纵桥向在箱梁的跨中、1/4跨、支点附近五个断面分别布设，横向则在跨中和两个腹板处布设，从而形成一个立体观测网。

变形观测点横向布置如下图所示。

②加载及观测顺序：

五级加载，十一次观测。

前两次加载重量均为设计的30%，后三次均为20%，观测顺序为每次加载前后及卸载后。

③加载前测量各点顶面标高H1值。

④按设计的堆载高度，分级加载到120%后进行观测，直至各点变形基本稳定，取得预压最后的稳定值H2。

支架稳定的确定：

砂袋左右对称加载，加载顺序与混凝土加载顺序一致，观测频率为每8小时测量一次，支架日沉降量不大于2.0毫米，表明支架已基本沉降到位，可以卸载。

⑤卸载后测量各点标高H3值。

⑥根据测量成果进行资料整理，即：

支架弹性变形为：

H3-H2

支架非弹性变形为：

H1-H3

⑦对所观测的各点数据进行收集整理分析，确定支架搭设的预拱度，通过可调顶托调整支架的标高。

六、支架搭设注意事项

⑴、支架搭设要点支架安装时严格按照方案设计图纸布置位置安装，碗扣支架为定型支架，安装时先确定起始安装位置，利用可调底托将标高调平,避免局部不平导致立杆不平悬空或受力不均，安装可采取先测量所安装节段地面标高,根据所测数据计算出立杆底面标高,先用可调底托将四个角立杆标高调平后挂线安装其它底托,后安装立杆。

⑵、剪刀撑的布置：

整体支架表面积全部进行布置，支架两侧沿桥纵向对称布置，支撑杆的角度与地面成45°角，剪刀撑上下左右跨4根杆件正方形布置，从上至下布置到底，中到中间距6m。

每跨布置24道。

⑶、当立杆基底间的高差大于60cm时，则可用立杆错节来调整。

⑷、立杆的接长缝应错开，即第一层立杆应用长2.4m和3.0m的立杆错开布置，往上则采用3.0m、1.2m的立杆，至顶层再用1.5m和0.9m两种长度的顶杆找平。

⑸、立杆的垂直度应严格加以控制：

倾斜度应控制在架子高度的1/200以内，且全高的垂直偏差应不大于10cm。

⑹、脚手架拼装到3~5层高时，应用全站仪检查横杆的水平度和立杆的垂直度。

并在无荷载情况下逐个检查立杆底座有否松动或空浮情况，并及时旋紧可调座和薄钢板调整垫实。

⑺、剪刀撑的网格应与架子的尺寸相适应。

斜撑杆为拉压杆，布置方向可任意。

一般情况下斜撑应尽量与支架的节点相连，但亦可以错节布置。

⑻、剪刀撑杆的布置密度，当脚手架高度低于30m时，为整架面积的1/2~1/4，斜撑杆必须对称布置，且应分布均匀。

支架在桥纵向、横向设置剪刀撑；横向剪刀撑4.5m设置一道，纵向剪刀撑在腹板及外侧设置。

斜撑杆对于加强支架的整体刚度和承载能力的关系很大，应按规定要求设置，不应随意拆除。

⑼、如果可调顶托与最上层横杆间距大于1.2米时，对每根立杆接长部分。

分别用Ф48钢管，纵向和横向连接加固，保证接长部分顶托的稳固。

⑽、考虑到本工程支架高度较高，最高高度达8.5m左右，因此在构造上设置水平剪力撑。

具体设置为：

在支架底部和顶部各一道，中间每隔3.6m步距设置一道。

⑾、门洞通道前后的支架应与通道钢管立柱、通道上方满堂支架连成一体，以增强结构稳定性。

⑿、在进行支架预压荷载卸载作业时，应按照从挠度最大处支架节点开始逐步卸落相邻节点的原则，不得随意卸载，以避免因支架偏压造成垮塌事故。

七、满堂支架受力验算

1、结构区支架受力验算

结构区域取最大截面进行受力验算，截面形式布置图如下图所示：

单位：

cm

1腹板+底/顶板区

1荷载

砼自重：

g1=[0.7×4.2+（8/2-0.7）×（0.6+0.35+0.085）+0.5×0.9×0.6+0.5×0.9×0.3]×2×26÷8=43.36KN/m2

施工机具及人员荷载：

g2=2.5KN/m2

倾倒砼时产生的冲击荷载：

g3=2.0KN/m2

振捣砼时产生的荷载：

g4=2.0KN/m2

模板荷载：

g5=2.0KN/m2

则每平方米荷载G1=1.2g1+1.4（g2+g3+g4）+1.2g5

=1.2×43.36+1.4×（2.5+2+2）+1.2×2.0

=63.53KN/m2

2底模受力验算

底模采用2.0cm厚竹胶板，跨径按横梁净空间距0.2m，取1m单位长度荷载进行验算:

荷载：

q=63.53×1=63.53KN/m。

W=bh2/6=100×22/6=67cm3

I=bh3/12=100×23/12=67cm4

木材抗弯设计值为9.5MPa，弹性模量E=8.5×103MPa

跨中最大弯矩：

M=ql2/8=63.53×0.22/8=0.32KN.m

A、竹胶板弯拉应力

σ=M/W=0.32×1000×1000/（67×1000）=4.8MPa＜[σ]=9.5MPa（可）

B、竹胶板挠度变形

f=5ql4/384EI

=5*63.53*2004/（384*8.5×103*67*104）=0.23mm＜200/400=0.5mm（可）

3横梁受力验算

横梁采用（10×10）cm方木，跨径0.6m，间距0.3m/道，作用在横梁上的均布荷载q=63.53×0.3=19.06KN/m。

W=bh2/6=10×102/6=166.7cm3

I=bh3/12=10×103/12=833.3cm4

木材抗弯设计值为9.5MPa，弹性模量E=8.5×103MPa

跨中最大弯矩M=ql2/8=19.06×0.62/8=0.86KN.m

A、横梁弯拉应力

σ=M/W=0.86×1000×1000/（166.7×1000）=5.2MPa＜[σ]=9.5MPa（可）

B、横梁挠度变形

f=5ql4/384EI

=5*19.06*6004/（384*8.5×103*833.3*104）=0.44mm＜600/400=1.5mm（可）

4纵梁受力验算

纵梁采用（15×15）cm方木，跨径0.6m，间距0.6m/道，作用在纵梁上的均布荷载q=63.53×0.6=38.12KN/m。

W=bh2/6=15×152/6=562.5cm3

I=bh3/12=15×153/12=4218.8cm4

木材抗弯设计值为9.5MPa，弹性模量E=8.5×103MPa

跨中最大弯矩M=ql2/8=38.12×0.62/8=1.7KN.m

A、纵梁弯拉应力

σ=M/W=1.7×1000×1000/（562.5×1000）=3.0MPa＜[σ]=9.5MPa（可）

B、纵梁挠度变形

f=5ql4/384EI

=5*38.12*6004/（384*8.5×103*4218.8*104）=0.18mm＜600/400=1.5mm（可）

5支架受力验算

A、立杆承重计算

立杆横向间距0.6m，纵向间距0.6m，横杆步距1.2m，支架立杆设计承重30KN/根。

每根立杆承受钢筋砼和模板重量：

N1=0.6×0.6×G1=0.6×0.6×63.53=22.8KN

横/纵梁为木材，取木材平均密度540Kg/m3，重力加速度取10N/kg，则

横梁施加在每根立杆上的重量：

N2=0.1×0.1×0.6×3×540×10/1000=0.097KN

纵梁施加在每根立杆上的重量：

N3=0.15×0.15×0.6×1×540×10/1000=0.07KN

支架自重（支架按最高10m简算）：

立杆单位重0.04KN/m，横杆单位重：

0.04KN/m

每根立杆上的支架自重：

N4=10×0.04+9×0.6×0.04+9×0.3×0.04=0.7KN

每根立杆总承重：

N=N1+1.2（N2+N3+N4）

N=22.8+1.2×（0.097+0.07+0.7）=23.8KN<30KN（可）

B、支架稳定性验算

立杆长细比λ=l/i=1200/15.78=76

由长细比可查得轴心受压构件的稳定系数ψ=0.675

立杆采用φ48×3.5mmWDJ碗扣式多功能钢支架，截面积A=489mm2

立杆轴向荷载[N]=A×ψ×[σ]=489×0.675×145÷1000=47.86KN>N=23.8KN

支架稳定性满足要求。

2翼板处

1荷载

翼板处砼自重：

g1=[（0.2+0.25）×1.05÷2+（0.25+0.5）×1.3÷2]×26÷2.35=8.0KN/m2

施工机具及人员荷载：

g2=2.5KN/m2

倾倒砼时产生的冲击荷载：

g3=2KN/m2

振捣砼时产生的荷载：

g4=2.0KN/m2

模板荷载：

g5=2.0KN/m2

则每平方米荷载G3=1.2g1+1.4（g2+g3+g4）+1.2g5

=1.2×8.04+1.4×（2.5+2+2）+1.2×2.0

=21.1KN/m2

2纵梁受力验算

纵梁采用（15×15）cm方木，跨径0.6m，间距0.9m/道，作用在纵梁上的均布荷载q=21.1×0.9=19.0KN/m。

W=bh2/6=15×152/6=562.5cm3

I=bh3/12=15×153/12=4218.8cm4

木材抗弯设计值为9.5MPa，弹性模量E=8.5×103MPa

跨中最大弯矩M=ql2/8=19.0×0.62/8=0.86KN.m

A、纵梁弯拉应力

σ=M/W=0.86×1000×1000/（562.5×1000）=1.53MPa＜[σ]=9.5MPa（可）

B、纵梁挠度变形

f=5ql4/384EI

=5*19*6004/（384*8.5×103*4218.8*104）=0.09mm＜600/400=1.5mm（可）

③支架受力验算

A、立杆承重计算

立杆横向间距0.9m，纵向间距0.6m，横杆步距1.2m，支架立杆设计承重30KN/根。

每根立杆承受钢筋砼和模板重量：

N1=0.6×0.9×G3=0.6×0.9×21.1=11.4KN

纵梁施加在每根立杆上的重量：

N2=0.15×0.15×0.6×540×10/1000=0.07KN

支架自重（按10m高算）：

立杆单位重0.04KN/m，横杆单位重：

0.04KN/m

每根立杆上的支架自重：

N3=10×0.04+9×0.6×0.04+9×0.9×0.04=0.94KN

每根立杆总承重：

N=N1+1.2（N2+N3）

N=11.4+1.2×（0.07+0.94）=12.6KN<30KN（可）

B、支架稳定性验算

立杆长细比λ=l/i=1200/15.78=76

由长细比可查得轴心受压构件的稳定系数ψ=0.675

立杆截面积A=489mm2

立杆轴向荷载[N]=A×ψ×[σ]=489×0.675×145÷1000=47.86KN>N=12.6KN

支架稳定性满足要求。

2、结构区地基承载力验算

跨娄新高速公路中桥位于在建娄新高速公路的一级边坡上，根据设计院提供地质勘测图，桥址处没有软卧层，部分地段换填碎石压实后浇筑20cm厚C25砼垫层，满堂支架传递荷载采用最大荷载检算F=23.8KN。

地基承载力受力简图如下图所示：

杆基础底面的平均

压力应满足下式的要求：

根据计算公式：

σ=

N—脚手架立杆传至基础顶面的轴心力，取最大轴心力：

23.8KN；

Ad—每根立杆基础原有地面的计算底面积，Ad=0.55*0.55=0.30m2；

K—脚手架地基承载力调整系数，因有20cm厚C25砼垫层，取1.0；

fak—地基承载力特征值，300KPa；

求得：

σ=23.8/0.30=79.3KPa≤Kfak=300KPa（可）

3、台阶基础变阶处抗冲切验算

由《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）第8.2.7条，可知

基础变阶处的受冲切承载力应按下列公式验算

Fτ≤0.7βhpftamh0　（8.2.7-1）

am＝（at+ab）/2　　　　（8.2.7-2）

Fτ=pjAτ　　　　（8.2.7-3）

式中βhp---受冲切承载力截面高度影响系数,当h不大于800mm时,βhp取1.0；

当h大于等于2000mm时,取0.9,其间按线性内插法取用；

ft---混凝土轴心抗拉强度设计值；

h0---基础冲切破坏锥体的有效高度；

am---冲切破坏锥体最不利一侧计算长度；

at---冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长当计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽；当计算基础变阶处的受冲切承载力时取上阶宽；

ab---冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长，当冲切破坏锥体的底面落在基础底面以内，计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽加两倍基础有效高度；当计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽加两倍该处的基础有效高度。

当冲切破坏锥体的底面在L方向落在基础底面以外即a+2h0≥L时，ab=L；

pj---扣除基础自重及其上土重后相应于荷载效应基本组合时的地基土单位面积净反力，对偏心受压基础可取基础边缘处最大地基土单位面积净反力；

Aτ---冲切验算时取用的部分基底面积,即图中阴影面积；

Fτ---相应于荷载效应基本组合时作用在Aτ上的地基土净反力设计值。

本工程进行台阶基础变阶处抗冲切验算时，取底板区单根立杆作用范围内60cm长的台阶，进行抗冲切验算。

台阶基础变阶处抗冲切受力简图如下图所示：

单位：

cm

pj=79.3KPa

Aτ=0.6×1.8=1.08m2

Fτ=pjAτ=79.3×1.08=85.64KN

βhp=0.9ft=80kPa

h0=6.4mam=0.6m

0.7βhpftamh0=0.7×0.9×80×0.6×6.4=193.54KN＞Fτ=85.64

满足要求。

八、门洞支架受力验算

1、门洞支架受力验算

简支梁跨越娄新高速公路，支架搭设考虑预留通车车道，采用在既有路面上搭设门洞支架，门洞上部采用满堂支架形式，考虑门洞区梁体截面教小，满堂支架结构布局采用结构区域处满堂支架结构形式，即纵、横向间距0.6m，横杆步距0.6m，结构域已做检算，此处不再进行验算。

门洞处在主墩梁的跨中部位，验算荷载采用第一区域荷载。

由以上计算可知每根立杆承受荷载：

腹板、底/顶板区：

F1=23.8KN

翼板区:

F2=12.6KN

查《路桥施工计算手册》可知工字钢计算参数：

I36b工字钢：

I=16574cm4W=920.8cm3[σw]=210Mpa

E=2.1×105MpaA=83.64cm2CT=65.66kg/m

I40b工字钢：

I=22781cm4W=1139cm3[σw]=210Mpa

E=2.1×105MpaA=94.07cm2CT=73.84kg/m

（1）I号分配梁受力验算

I号分配梁采用每束2根I40b工字钢，自重0.74KN/m，排列间距见门洞支架横截面图所示，工字钢承受立杆传递的集中力，不同区域工字钢承受荷载不同，检算取荷载最大部位，即梁中心线处纵梁受力最大，又因腹板、底/顶板区每根立杆承受的荷载：

F1=23.8KN，每根立杆传递的集中力可以由2根工字钢承担，每根工字钢分担力为：

F=23.8/2=11.9KN。

又由行车道纵截面图得知，纵梁上立杆排列，其中一集中荷载布于跨中时为最不利受力状态，其计算排列间距为60*60cm，计算跨度