制梁台座施工方案

制梁台座设计资料

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中铁四局集团第二工程有限公司九江制梁场

二00八年一月

新建九江至南昌城际铁路站前工程CTQ-1标段

九 江 制 梁 场 制 梁 台 座 设 计

一、32m梁制梁台座设计

1、设计依据

1.1、《基础工程》；

1.2、九江制梁场地质勘探资料；

1.3、二公司有关资料；

1.4、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；

1.5、《砼结构设计规范》（GB50010-2002）。

2、设计说明

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。

3、设计参数选定

3.1、设计荷载

梁重：

底模重：

内模重：（暂定）

外模重：（暂定）

施工荷载(包括人员走动、机具设备、振动荷载): t

注：t，取52t

在计算地基反力时，由于条带法没有考虑条带间的相互影响，故不考虑荷载分项系数，结构自重由MIDAS/civil自动生成。

3.2、材料性能指标

(1)、C30砼

轴心抗压强度：

轴心抗拉强度：

弹性模量：

(2)、C20砼

轴心抗压强度：

轴心抗拉强度：

弹性模量：

(3)、钢筋

I级钢筋：，

II级钢筋：，

(4)、地基

根据探勘资料上部首层土地基承载力特征值：

地基压缩模量：

4、结构形式设计

结合规划场地内的地质的实际情况，制梁台座采用桩基,整板式筏板基础与水泥粉煤灰碎石桩相结合的形式，截面形式见图4.1-1、图4.1-2。制梁台座长34.0m，制梁台座砼基础宽7.6m。制梁台座基础端部采用钻孔灌注桩基础、桩径1.0，嵌入砂质泥岩内；中间采用钢筋砼筏板式基础。制梁区原地势较低，属填方，填深厚度最大达4米左右，根据沉降计算，计算最大沉降达0.022m，无法与台座端部变形协调，故采用水泥粉煤灰碎石桩进行地基加固(即复合地基)，桩径0.5m；混凝土强度等级钻孔灌注桩为C20，筏板式基础及桩上联系梁为C30。

基础设计中不考虑基础与地基、基础与上部结构的共同受力作用；采用条带法与倒楼盖法进行设计分析、MIDAS/civil辅助计算。 

为保证基础可自由伸缩及不均匀沉降带来的附加力，根据台座布置情况，筏板基础与桩基础、移梁滑道与桩基础之间均设20mm的沉降缝。

制梁台座布置详见附图：32m制梁台座构造图。

图4.1-1：制梁台座端部截面图(mm)

图4.1-2：制梁台座中部截面图(mm)

5、筏板式基础设计

5.1、筏板式基础内力计算

   筏板式基础内力采用倒楼盖法、MIDAS/civil辅助计算，横向以底模横梁作为支撑点，忽略纵向的共同作用效应；纵向以底模横梁作为支撑点，忽略横向的共同作用效应。

采用MIDAS/civil建立二维模型，荷载采用均布荷载的形式。在计算基础纵向内力时，CFG桩与底板间连接按铰性连接；在计算基础横向内力时，纵梁与底模板横梁之间连接亦按铰性连接。

5.1.1、筏板式基础纵向受力分析

筏板式基础纵向受力分析时，可把台座纵梁与底板看作由三道倒“T”梁组合而成，组合梁横截面如图5.1.1-1，为便于建模，偏于安全的截取简化截面采用Midas进行建模分析，简化截面如图5.1.1-2。

图5.1.1-1: 筏板式纵向受力分析组合梁横截面

图5.1.1-2: 筏板式基础纵向受力分析梁简化后横截面

作用于筏板式基础的荷载有：

梁重： 

底模重：

内模重：（暂定） 

外模重：（暂定）

施工荷载: t

对于图5.1.2-1简化模型，作用于筏板式基础纵梁上的荷载P1：

P1=((721+40+130+100/2)×29/32.6)/3=279t

作用于每道筏板式基础纵梁的均布荷载q1为：

q1=279×10/29=96.2kN/m

基础纵向单元采用Midas建模，所建模型及分析结果如图5.1.1-3～图5.1.1-7。

最大支承反力(不计桩重)：Rmax=380kN；

最大变形量：fmax=0.03mm；

最大正弯矩：M+max=.0kN.m；

最大负弯矩：M-min=-73.1kN.m；

剪力最大绝对值：Qmax=201.5kN。

图5.1.1-3:模型

图5.1.1-4:反力

图5.1.1-5:变形

图5.1.1-6:弯矩

图5.1.1-7:剪力

5.1.2、筏板式基础横向受力分析

筏板式基础横向受力分析时，横向截取1米的宽度，按“倒梁法”，三道纵梁的顶部作为铰性支承点进行建模，基底不考虑CFG桩的集中承载力，地基应力平均作用于底板（此种处理偏于安全）。

作用于筏板式基础地基上的荷载有：

梁重：

底模重：

内模重：（暂定） 

外模重：（暂定），计算时取50t

施工荷载: t

筏板式基础纵梁重：(29×0.5×1)×3×2.5=108.7t

筏板式基础底板重：29×7.6×0.3×2.5=165.3t

每米宽基底荷载P2为：

P2=((721+40+130+50+52)×29/32.6+108.7+165.3)×10/29=399.1kN

横向均布荷载q1为：q2=P/7.6=399.1/7.6=52.5kN/m

基础横向单元采用Midas建模，所建模型及分析结果如图5.1.2-1～图5.1.1-5。

最大支承反力(不计桩重)：Rmax=141.9kN；

最大变形量：fmax=0.16mm。

最大正弯矩：M+max=16.0kN.m；

最大负弯矩：M-min=-31.9kN.m；

剪力最大绝对值：Qmax=70.9kN；

图5.1.2-1:模型

图5.1.2-2:反力

图5.1.2-3:变形

图5.1.2-4:弯矩

图5.1.2-5:剪力

5.1.3、底板冲切及剪切验算

  中部台座沿纵向截取1米对每道纵梁进行分析，底板受冲切力按下式计算：

Fl≤0.7βhftηumh0,式中：

βhp—受冲切承载力截面高度影响系数，当截面高不大于800mm时，取1;

ft—混凝土轴心抗压强度设计值，取15MPa;

η－影响系数，取1

um—距基础梁h0／2处冲切临界截面的周长；

     h0—冲切临界截面有效高度；

     Fl—对底板施加的局部荷载。

代入有关数值：

0.7βhpftηumh0＝0.7×1×15000×1×2.0×0.15=3150kN

＞Fl =((721+40+130+50+52)×29/32.6+108.7)×10/29/3=114kN,满足要求。

5.2、筏板基础配筋计算

5.2.1、整板基础纵向配筋计算：

根据《建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）》的要求：配筋率不得小于0.15%。2.2m宽计算单元的钢筋面积为Amin=2200×250×0.15/100=825mm

配筋采用MIDAS/civil中的“RC Beam Design”功能，其计算结果见图5.2.1-1

根据MIDAS/civil的计算结果，2.2m宽计算单元的钢筋截面面积如下：

TOP（基础下部）： 配8φ12      

BOT（基础上部）： 配4φ18     

满足要求！

5.2.2、筏板基础横向配筋计算：

根据《建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）》的要求：配筋率不得小于0.15%。1m宽计算单元的钢筋面积为

配筋采用MIDAS/civil中的“RC Beam Design”功能，其计算结果见图5.2.2-1

根据MIDAS/civil的计算结果，1m宽计算单元的钢筋截面面积如下：

TOP（基础下部）： 配5φ12  

BOT（基础上部）： 配4φ12  

满足要求！

5.2.3、条形基础的配筋计算：

配筋采用MIDAS/civil中的“RC Beam Design”功能，其计算结果见图5.2.3-1

根据MIDAS/civil的计算结果，所需总的钢筋面积

考虑条形基础在纵向的相互作用，故配筋：φ12@200。

制梁台座中部配筋详见：32m制梁台座中部配筋图。

图5.2.1-1：配筋计算结果图

图5.2.2-1：配筋计算结果图

图5.2.3-1：配筋计算结果图

5.3、CFG桩承载力计算

制梁台座中部筏板基础荷载由33根CFG桩支承, 桩长按13.5米计算。根据对筏板基础纵向受力分析，可知CFG桩桩顶最大反力为380kN。桩底反力P为：

P=380＋13.5×0.196×2.4×10

=443.5 KPa

按摩擦桩估算CFG桩基承载力，允许承载力按下式确定：[P]= (UΣlτP+AσR)/2。

其中，U-桩身周长；

     l-桩在冲刷线以下的有效长度;

      τP-桩壁土的平均极限磨力；

A-桩底面积；

     σR-桩尖处土的极限承载力。

取地质勘探报告地基较软弱处位置计算:

因持力层为中风化泥质砂岩，强度高，压缩性极小，不进行沉降计算。

6、制梁台座端部基础设计

6.1、制梁台座端部基础内力分析

6.1.1、荷载分析

工况一：梁体浇注过程中，梁体的重量由台座和外模共同承担，外加施工荷载、振动荷载、底模重量。

工况二：梁体初张以后，由于梁体的反拱作用，梁体的重量主要由桩基础承担，由于工况二的荷载明显大于工况一的荷载，故计算荷载按工况二考虑。

梁体初张后，作用于系梁上的荷载有：

梁重：        

端部底模重：

     端部纵梁重：(2.5×0.5×1×2.5)×4=12.5t

     作用联系梁上每个集中力：P=(360.5+2.9+12.5)×10/4=939.8kN

6.1.2、内力分析

设桩长为19.8m，其中嵌入岩层为6m，桩基与上部联系梁构成刚架结构，采用Midas建模，所建模型及分析结果如图6.1.2-1～图6.1.1-5。

其中：

桩基最大支承反力(不计桩重)：Rmax=2791kN；

桩基最大压缩变形量：f桩max=3mm。

桩顶最大弯矩：M桩max=15.0kN.m；

桩基剪力最大绝对值：Q桩max=-1kN；

系梁最大正弯矩：M梁+max=2093kN.m；

系梁最大负弯矩：M梁-min=-83kN.m；

系梁剪力最大绝对值：Q梁max=1311kN。

图6.1.2-1：模型

图6.1.2-2：反力

图6.1.2-3：变形

图6.1.2-4：剪力

图6.1.2-5：弯矩

6.1.3、桩基承载力验算

由Midas分析可知，最大桩底反力为：Rmax=2791kN。

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+0.04×3.142×6)

=2786kN

略小于 Rmax=2791kN, 因嵌岩桩设计未考虑侧磨阻力作用，故仍满足要求！ 

6.2、系梁及桩基配筋

6.2.1、系梁配筋

桩顶联系梁配筋采用MIDAS/civil中的“RC Beam Design”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6.2.1-1

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=8063mm2

选用22φ22钢筋，面积A`s=8363mm2>8063mm2

联系梁底面抵抗截面正弯矩所需配筋面积为：

As=8063mm2

选用22φ22钢筋，面积A`s=8363mm2>8063mm2

根据MIDAS/civil对梁箍筋布置的计算结果,沿梁长配置4φ12,箍筋间距150mm。

沿联系梁梁高设二道拉筋，拉筋布置为：φ12钢筋，竖向间距80cm。

制梁台座中部配筋图详见附图：32m制梁台座中部配筋图。

图6.2.1-1:系梁配筋图

6.2.2、桩基配筋

配筋采用MIDAS/civil中的“RC Beam Design”功能，其计算结果见图6.2.2-1，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16φ16 A=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。

制梁台座桩基配筋图详见附图：32m制梁台座桩基配筋图。

图6.2.2-1:桩基配筋图

二、32m梁兼24m梁制梁台座设计

结合场地的实际情况，达到节约成本的目的，现场布置1座32m梁兼24m梁制梁台座。为了保证梁体在浇注过程及养护过程中受力的合理性及台座的共用性，其结构形式采用32m梁制梁台座的结构形式，此处不另行设计。

附图：

制、存梁台座平面布置图

32m制梁台座构造图

32m制梁台座中部配筋图

32m制梁台座端部配筋图

32m制梁台座桩基配筋图