芜湖二桥预制梁场算单资料

芜湖长江公路二桥
预制梁场
中铁大桥局集团第四工程有限公司设计事业部第本共本，本册计页二○一四年一月
芜湖长江公路二桥
预制梁场
设计计算书
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总工程师：
中铁大桥局集团第四工程有限公司设计事业部第本共本，本册计页二○一四年一月
目录
1、设计依据 (3)
2、设计说明 (3)
3、设计参数 (3)
3.1、设计荷载 (3)
3.2、材料性能指标 (3)
4、荷载计算 (3)
4.1、制梁台座基础计算 (3)
4.2、存梁台座基础计算 (5)
5、搅拌桩复合地基承载力计算 (6)
5.1、单桩承载力计算 (6)
5.2、置换率初步计算 (7)
5.3、复合地基承载力计算 (7)
6、地基沉降计算 (7)
6.1.制梁台座 (7)
6.2.存梁台座 (9)
7、台座配筋计算 (11)
7.1、制梁台座计算 (11)
7.2、存梁台座计算 (13)
1、设计依据
1、《基础工程》
2、《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）
3、《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002）
4、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）
5、《芜湖长江公路二桥D1合同段（K24+318 ～K31+878）》施工图
2、设计说明
D-1合同段里程范围为K24+318～K31+878，全长7560m，主要施工内容为40m/55m 节段梁预制和拼装。

梁场布置在K30+530线路左侧，其中梁场占地面积125.7亩，分制梁区（19个制梁台座），存梁区（404个存梁区，双层存梁）、二次养护及整修区、钢筋加工区、钢筋绑扎区、模板整修区、材料存放区、场内通道等工作区域，占地约125.7亩，办公生活区占地约17.2亩，中心料库占地约6亩，总占地面积为148.9亩，布置见图2.1。

节段箱梁总计5284榀，其中40m节段箱梁4620榀；55m节段箱梁664榀。

节段长有1.9m和3m两种类型，40m跨节段箱梁最大重量约77t，55m跨节段箱梁最大重量约95.5t。

图2.1 梁场总平面布置图
3、设计参数
3.1、设计荷载
40m跨箱梁节段按重量划分有4种类型，分别为：76.9t（墩顶块段）、72.3t（墩顶块相邻块段）、68.7t（转向块所在块段）和57.3t（一般梁段）；55m跨箱梁节段按重量
划分有3种类型，分别为：95.5t/90.4t （墩顶块段）、60.6t /93.0t (墩顶块相邻块段)74.8t （转向块所在块段）和60.6t （一般梁段）；
3.2、材料性能指标
(1)、C30砼：轴心抗压强度：MPa f c 3.14=；轴心抗拉强度：MPa f t 43.1=； (2)、钢筋：HPB300钢筋：MPa f y 300= ； 4、荷载计算
4.1、制梁台座基础计算
55m 节段梁预制（浇筑梁段重90.4t ，匹配梁段重93t ），制梁台座基础由台座平面和两条形梁组成，且成对称布置。

两条形梁位于箱梁腹板下，局部受力大，其结构尺寸如图4.1、图4.2所示：
图4.1 制梁台座平面图
图4.2 制梁台座立面图
基础上部荷载如下：
a.箱梁最大节段重N: 904kN ；
b.底模及底模台车重： 350kN ；
c.内模及其台车重： 350kN ；
d.端模及其固定支架重： 170kN ；
e.侧模重： 140kN ；
f.翼缘挡板重： 80kN ； 预制箱梁及模板台车等总重
1
G 为：
1904350350170140801994()G kN =+++++=
g.台座基础自重
2
G ：取钢筋混凝土容重325/kN m γ=，得：
225[40.4830.82]1530()G kN =⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=（17.4-23）
当浇灌待浇梁段，且已浇匹配段梁存放在制梁台座时，如图4.3所示，则加固区复合地基上部结构总重G 为：
12199415309304454()G G G N kN =++=++=
求得制梁台座条形梁下地基基底应力：14454
92.8()
382kPa σ==⨯⨯，处理后的地基承
载力不小于110kPa 。

图4.3 匹配梁段与待浇梁段布置示意图
假定模板重量不变，40m 跨节段梁（浇筑梁段重76.9t,匹配梁段重72.3t ）浇筑时制梁台座基地应力为85.7kPa ，处理后的地基承载力不小于100kPa 。

4.2、存梁台座基础计算
存梁台座为双层存梁，考虑梁段长度和重量特点，拟设置两种类型的存梁台座，一类台座存放梁长为 1.9m 的墩顶节段梁叠放组合，40m/55m 跨箱梁墩顶块重量分别为
76.9t/95.5t，组合重量为172.4t；二类台座存放除墩顶块外的最大梁重节段叠放组合，为55m跨箱梁转向块梁段与一般梁段叠放，梁长均为3m，重量分别为74.8t/60.6t，组合重量约135.4t。

4.2.1、工况1地基应力计算
存梁台座受力见图5所示，其单侧基础受力1
G为：
1(769955)2862()
G kN
=+÷=
单侧基础自重2
G为：
225 3.5 3.00.5131.25()
G kN
=⨯⨯⨯=，则基础受力P为：
12862131.25993.25()
P G G kN
=+=+=
图4.4 存梁台座立面图
基底应力为：
2
993.25
94.6()
3.5 3.0
P
kPa A
σ===
⨯。

4.2.1、工况2地基应力计算
存梁台座受力同图5所示，其单侧基础受力1
G为：
1(748606)2677()
G kN
=+÷=
单侧基础自重2
G为：
225 3.5 3.00.5131.25()
G kN
=⨯⨯⨯=，则基础受力P为：
12677131.25808.25()
P G G kN =+=+=
基底应力为：2808.2576.9()3.5 3.0
P kPa A σ=
==⨯。

5、搅拌桩复合地基承载力计算 5.1、单桩承载力计算
根据现场提供地质资料确定单桩承载力，各土层参数详见表5.1
表5.1 土层参数表
a 、按桩侧土阻力计算单桩承载力（未考虑耕填土摩阻力）：
1 3.140.5 4.266100.40.196170=147.1kN a p si i p p R q l A q μα=+=⨯⨯⨯+⨯+⨯⨯∑（） b 、按桩身强度计算得到的单桩容许承载力：
20.316000.196294.2a cu p R f A kN η==⨯⨯=
其中：f cu ——桩身水泥土无侧限抗压强度标准值fcu(取1.6MPa) qsi ——桩周摩阻力特征值6kPa 、10kpa qp ——桩端容许承载力170kpa Ap ——桩截面0.1962m 2
li ——桩长10m
η——桩身强度折减系数取0.3
α——桩端天然地基承载力发挥系数取0.5
取单桩承载力计算结果两者较小值，即Ra=94.2kN 。

5.2、置换率初步计算
由上述制梁台座地基承载力计算结果可初步确定处理后的复核地基承载力需达到110kPa （100kPa ）,根据复合地基承载力/(1)spk a p sk f mR A m f β=+-
得55m 1100.273.8
0.2/94.2/0.19620.273.8
spk sk a p sk f f m R A f ββ--⨯=
=
=--⨯跨（桩间距约1m ）
40m 1000.273.8
0.18/94.2/0.19620.273.8
spk sk
a p sk
f f m R A f ββ--⨯=
=
=--⨯跨
β——桩间土承载力折减系数：β=0.2
fsk ——桩间土容许承载力（加权平均值(65x4.2+80x6）/(4.2+6)=73.8kPa ） 由上述计算结果可知，55m 跨节段梁和40m 跨节段梁预制时制梁台座搅拌桩置换率相差不大，制梁台座按同一种规格设计。

5.3、复合地基承载力计算 桩、土面积置换率m 取0.2：
桩间土天然地基(耕植土)容许承载力为：73.8sk f =kPa 桩间土承载力折减系数：0.2β= 得到复合地基容许承载力：
(1)94.2
10.20.2(10.2)73.8107.892.8
0.19625
a
spk sk p
R f m m f A kPa λβ=+-=⨯⨯
+⨯-⨯=>
复合地基承载能力满足要求。

制梁台座均按间距1m ，桩径0.5m 搅拌桩加固处理进行设计，地基承载力满足要求。

6、地基沉降计算 6.1.制梁台座
对复合土层部分沉降计算，根据《建筑地基基础处理规范》相关条文，复合土层压缩模量按下式计算
sp s
E E ζ=，107.8
1.79760
spk ak
f f ζ=
=
= 式中ak f 为基础底面下天然地基承载力特征值（50～80kPa ，取60kPa ）
桩间土压缩模量根据地质资料取加权平均值23 4.236 4.5
3.742
4.26
s E ⨯+⨯+⨯=
=++ MPa ，
经过处理后的复合土层的压缩模量 1.797 3.74 6.72sp s E E MPa ζ==⨯=，查《建筑地基基础处理规范》表7.1.9，则复合土层部分变形计算经验系数0.73s ψ=
对复合土层以下地基沉降采用《公路桥梁地基基础设计规范》相关条文进行计算，计算方法为分层总和法。

a.初步确定沉降计算深度，当无相邻荷载影响，基底中心的地基沉降计算深度n Z 按下列简化公式计算：
(2.50.4ln )8(2.50.4ln8)13.3()
n Z b b m =-=-⨯=
b.分层厚度的确定：
复合土层部分层厚由上至下按2m 、4.2m 、6m 分层，复合土层以下层厚按4m 分层计算
c.墩台基础的最终沉降量，按下式计算：
()
011
1n
s s i i i i i si
P s s z a z a E ϕϕ--===-∑
由上述制梁台座承载力计算时可知作用于基础底面的荷载值（包括基础自重）为4454KN ，计算沉降量时，地基面积取制梁台座底面总面积，则基础底面附加应力平均值：
1014454
47.6()17.44342
N P kPa A =
==⨯+⨯⨯； 取17.4l m =和8b m =，通过《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007 附录M 第M.0.2查表可得i a 。

2.计算结果：
制梁台座地基沉降量表
按1
0.025n
n i i s s =∆≤∑的要求计算到21n z m =,按分层总和法计算的地基沉降为69.1mm (其中复合土层部分沉降58.29mm ，复合土层以下至沉降计算深度范围部分沉降10.81mm)。

按公式()
0111n
s s i i i i i si
P s s z a z a E ϕϕ--===-∑
计算最终沉降量，复合土层部分变形计算经验系数10.73s ψ=，复合土层以下部分根据土的压缩模量为7.5MPa 查表得20.68s ψ=，最终沉降00.7358.290.6810.81=49.9mm s s s ϕ==⨯+⨯
建议在制梁台座施工完成后，进行堆载预压消除基础的非弹性变形，然后再进行箱梁的预制施工。

6.2.存梁台座
a.初步确定沉降计算深度，当无相邻荷载影响，基底中心的地基沉降计算深度n Z 按下列简化公式计算：
(2.50.4ln )3(2.50.4ln 3) 6.2()n Z b b m =-=-⨯=
b.分层厚度的确定：
地层表面软土层部分层厚由上至下为2m 、4.2m 、6m 分层，表层软土层以下层厚按4m 分层计算
c.墩台基础的最终沉降量，按下式计算：
()
011
1n
s s i i i i i si
P s s z a z a E ϕϕ--===-∑
由上述存梁台座承载力计算时可知，在工况1荷载作用下基础底面的荷载值（包括
基础自重）为993.25KN ，则基础底面附加应力平均值：
0993.2594.6()3.5 3.0
P P kPa A =
==⨯； 取 3.5l m =和3b m =，通过《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007 附录M 第M.0.2查表可得i a 。

存梁台座地基沉降量表
按
1
0.025n
n i
i s s =∆≤∑的
要
求
计
算到
15.2.n z m
=,
按
公
式
()
0111
n
s s i i i i i si
P s s z a z a E ϕϕ--===-∑
计算最终沉降量，根据土体压缩模量（加权平均值23 4.236 4.537.5
4.482 4.263
s E ⨯+⨯+⨯+⨯=
=+++）查得土体变形计算经验系数1 1.25s ψ=，最终沉
降0 1.2599.85=125.0mm s s s ϕ==⨯，沉降量偏大，建议对一类存梁台座进行搅拌桩地基处理或对较大节段梁进行单层存梁。

7、台座配筋计算 7.1、制梁台座计算 7.1.1、荷载计算
制梁台座4×17.4×0.5m 部分为控制性截面，四点支承1994kN 待浇梁段及模板、支架重量，基底净反力1994
28.617.44
q kPa =
=⨯如下图:
受力立面图
取1m宽计算1-1截面处弯矩值
2
11
28.6 4.2
252.3
2
M kNm
-
⨯
==，1-1截面处剪力11
28.6 4.2120.12
V kN
-
=⨯=；
7.1.2、截面验算
混凝土采用C30, 抗压强度设计值: 14.3
c
f MPa
=,纵向钢筋（Ⅱ级）抗拉强度设计
值: 300
y
f MPa
=,相对受压区高度: 0.55
b
ξ=；配筋断面如下图：
正截面抗弯按单筋截面配筋，根据
1
()
2
cd
M f bx h x
≤-求1m宽度范围受压区高度00
45041.1247.5
b
x h mm h mm
ξ
===<=
最小配筋面积2
14.3100041.1
1959.1
300
c
s
y
f bx
A mm
f
⨯⨯
===
实际配筋φ20@140mm，配筋面积2
2199.4
s
A mm
=，满足要求。

斜截面抗剪检算，斜截面内没有配置箍筋
1
4
800
()
h h
β=
，
450800
h=<，取800，1
h
β=
斜截面可承受的最大剪力为
30110.70.71 1.43100045010450.45120.12u h t V f bh kN V kN
β--==⨯⨯⨯⨯⨯=>=
斜截面抗剪满足要求。

7.2、存梁台座计算 7.2.1、荷载计算
存梁台座截面为3.5×3.0×0.5m ，双层存梁，三点支承1724kN （955+769kN ）箱梁，最不利工况为第三点处于存梁台座中部，支反力为1724/2=862kN ，基底净反力
862
82.13.5 3.0
q kPa =
=⨯按直线分布，如下图:
存梁台座最大弯矩为125.7kNm ，最大剪力为143.7kN 。

7.2.2、截面验算
混凝土采用C30, 抗压强度设计值: 14.3c f MPa =,纵向钢筋（Ⅱ级）抗拉强度设计值: 300y f MPa =
,相对受压区高度: 0.55b ξ=；配筋断面如下图：
正截面抗弯按单筋截面配筋，根据01
()2
cd M f bx h x ≤-求1m 宽度范围受压区高度
0045020247.5b x h mm h mm ξ==-=<=
最小配筋面积214.3100020
953.3300
c s y f bx A mm f ⨯⨯=
== 实际配筋φ16@200mm ，配筋面积21206.6s A mm =，满足要求。

斜截面抗剪检算，斜截面内没有配置箍筋
1
4
0800()h h β=，0450800h =<，取800，1h β=
斜截面可承受的最大剪力为
300.70.71 1.43100035010350.35143.7u h t V f bh kN V kN
β-==⨯⨯⨯⨯⨯=>=
斜截面抗剪满足要求。