钢管桩施工计算书

钢管桩支架计算书

一．工程概况

1.1 工程简介

Pm30-pm31全跨长50m，上层横截面设计为6块单箱单室钢叠合梁梁并用中横梁连接，每块每延米质量为1.626吨。下层横截面设计为单箱单室轨道叠合梁，每延米质量约为4.299吨。

1.2 建设条件

二．施工方案总体布置和荷载设计值

2.1 支架搭设情况说明

上部结构采用现浇式预应力钢筋混凝土变截面箱梁。根据工程实际情况采用钢管桩支架方案进行现浇施工，砼浇筑分两次浇筑，即第一次浇筑箱梁底板和腹板，第二次浇筑箱梁顶板和翼缘板。根据大桥结构设计情况及现场施工条件的特点，综合考虑安全性、经济性和适用性，拟采用钢管桩支架作为该现浇体系的临时支承结构。钢管桩采用Φ650mm×10mm-Q235的无缝焊接钢管。方木布置情况：横桥向放置截面尺寸为15cm×15cm的方木，间距0.3m。15cm×15cm方木放置在工16型钢上，工16型钢放置在贝雷梁上，贝雷梁放置在钢管桩顶端的砂桶上。

2.2 设计荷载取值

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根据《公路桥涵施工规范2000版本》，其中：

偏载系数为：1.05

超载系数为：1.05

振动系数为：1.1

模板自重为：2.5kN/m2

施工人员和运输工具重量：2.5kN/m2

钢筋混凝土自重：26.5kN/m2

混凝土箱梁板底平均荷载：24.1kN/m2

荷载计算如下：

Q1:钢筋混凝土自重取： Q2:考虑超载系数模板自重： Q3:考虑超载系数的施工人员和运输工具重量 Q4:考虑冲击系数模板重量为： 26.5kN/m3

1.05×2.5=2.63kN/m21.05×2.5=2.63kN/m21.1×2.5=2.75kN/m2 2

Q5:考虑偏载系数和超载系数的混凝土箱梁底板平均荷载：

1.1×1.05×24.1=27.8kN/m2

考虑所有相关荷载和混凝土箱梁自重底板：

27.8+2.63+2.63+2.75=35.8kN/m2

施工荷载计算：

箱梁横截面肋部下宽度约为1.5m的范围（图中①部分）内承担着箱梁主要荷载部分；两肋部之间的面积（如图中所示部分②）承担的荷载较小。第②部分下面的支架可以采用箱梁底板的平均荷载进行验算。

如图中标注所示面积部分，具体计算如下：

第①部分荷载计算

按照箱梁横截面肋部下宽度为1.5m的范围内较大的均布荷载计算，箱梁底部这部分

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面积承担着如图中黑色阴影部分的面积，具体计算如下：

(1.50×0.22+0.20×0.20+3.62×0.25+0.75×0.15+1.93×0.40)=2.16m2

箱梁①号部分底板每延米重量：

Q: 2.16×26.5kN/m3=57.3kN/m

①部分的底板面积不仅承担着箱梁部分的自重荷载，还承担着对应部分箱梁底板的施工荷载等，因此在计算中，需要将这些荷载换算到箱梁底板的均布荷载计算。

其中模板自重，施工人员和运输机械重量，振捣混凝土土时产生的荷载折算到箱梁①号部分底板的荷载为：

Q31: 折算后的模板自重： 2.63×3.62=9.52kN/m2

Q41: 折算后的施工人员和运输工具重量： 2.63×3.62=9.52kN/m2

Q51: 折算后的振捣混凝土时产生的荷载： 2.75×3.62=9.96kN/m2

箱梁①部分底部每延米的重量为：Q+（Q31+Q41+Q51）×1.5=100.8kN/m

箱梁②部分属于箱梁两肋部之间的面积,计算跨度是2.12m。这部分宽度承担着如图中浅绿色阴影部分荷载。承担的荷载较小。按照箱梁底板平均荷载35.8kN/m2计算。

三．贝雷梁验算

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第二、三、五、六跨

第二跨，第三跨，第五跨，第六跨，跨度是35m。根据贝雷梁每节段1.5m构造特点，以及贝雷梁杆件的拉压性能较好，抗弯性能较弱特点。在布置贝雷梁时，尽量将贝雷梁的每节段布置在钢管桩顶端的垂直方向。因此，贝雷梁的计算跨度要求满足1.5m的倍数。

第二跨，第三跨，第五跨，第六跨桥墩中心线之间的距离是35m，钢管桩按照间距（2.5m+12m+6m+12m+2.5m）方式布置，这样的布置方式能保证贝雷梁的节段正好放置在钢管桩顶端的砂筒上。

钢管桩支架布置方式

第①部分1.5m的宽度内布置一组三排单层加强型贝雷梁。

第①部分计算荷载取为：Q+Q3+Q4+Q5=100.8kN/m

贝雷梁每组自重： 3×3kN/m=9kN/m

荷载总重： 9kN+100.8kN/m=109.8kN/m

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三排单层加强型贝雷梁力学性能：

[M] = 4809.4kN.m

[Q] = 698.9kN

[i] = 1732303.2cm4

最大弯矩：

Mmax=ql2/8=109.8×122 /8= 1976kN.m<[M]= 4809.4kN·m

最大剪力：

Qmax=0.5×ql=0.5×109.8×12=658.8kN<[Q]= 698.9kN

纵梁最大挠度:

5ql45109.8103124f0.008m384EI3842.110110.01732<12 /400=0.03m 满足要求

根据上面计算，在箱梁①部分底板1.5m宽度范围内，布置一组三排单层加强型贝雷梁能够满足要求。整个横断面布置5组三排单层加强型贝雷梁。具体的布置方式受到连接花架的影响和制约，参考施工详图说明。

箱梁②部分是箱梁两肋部之间宽度承担的荷载，尽管承担的荷载较小，但是在计算仍

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然要考虑承受的荷载。采用偏安全的方法，取箱梁底部的平均荷载35.8kN/m2（计算过程参考前面部分）。箱梁②部分下面布置一组单层加强型贝雷梁。其中单层加强型贝雷梁的最大间距1.2m，实际布置中将会小于1.2m。因此验算过程依据1.2m宽度进行验算。验算过程如下：

箱梁②部分传递的荷载为： 1.2m×35.8kN/m2=42.96kN/m

贝雷梁每组自重： 3kN/m

荷载总重： 3kN+42.96kN/m=45.96kN/m

单排单层加强型贝雷梁力学性能：

[M] = 988.2kN·m

[Q] = 275 kN

[i] = 0.0058m4

最大弯矩：

Mmax=ql2/8=45.96×122 /8= 827.3kN.m<[M]= 988.2kN·m

最大剪力：

Qmax=0.5×ql=0.5×45.96×12=275.8kN>[Q]= 275kN

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275.82751%275<5%

纵梁最大挠度:

5ql4545.96103124f0.01m11384EI3842.1100.0058<12 /400=0.03m

满足要求

单排单层加强型贝雷梁承担的剪力稍大于允许剪力，约为1%。在计算中采用简支方式计算，实际工程中贝雷梁是连续形式布置；同时，在计算贝雷梁承担的荷载宽度时采用可能出现的最大宽度1.2m进行计算，实际布置宽度应小于此值。另外，临时结构的容许值按《施工规范》的要求可提高1.1倍，因此，尽管单层单排加强型贝雷梁承担的剪力略大于容许值剪力值，单层单排加强型贝雷梁仍然能够满足要求。

在实际的布置中，箱梁翼缘下方承担的荷载较小，采用单层单排加强型贝雷梁是的间距可以增大为1.5m。

全截面共需要5组三排单层加强型贝雷梁，8组单层单排加强型贝雷梁。施工过程中，用连接花架将每组三排单层加强型贝雷梁连接成一个桁架，吊装安装；将每相邻的两组单排单层加强型贝雷梁用连接花架连接；或者将单排单层加强型贝雷梁和三排单层加强型贝雷梁采用连接花架进行连接组成桁架。

布置示意图如下：

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第四跨

根据贝雷梁每节段1.5m构造特点，以及贝雷梁杆件的拉压性能较好，抗弯性能较弱。在布置贝雷梁时，尽量将贝雷梁的每节段布置在钢管桩顶端的垂直方向。因此，贝雷梁的计算跨度要求满足1.5m的倍数。

第四跨桥墩中心线之间的距离是46.5m，钢管桩按照间距

2.25m+18m+6m+18m+2.25m方式布置，这样的布置方式能保证贝雷梁的节段正好放置在钢管桩顶端的砂筒上。

第①部分1.5m的宽度内布置两组双排单层加强型贝雷梁

第①部分计算荷载取为：Q+Q3+Q4+Q5=100.8kN/m

贝雷梁自重： 2×3×2=12kN/m

荷载总重： 12kN/m+100.8kN/m=112.8kN/m

两组双排单层加强型贝雷梁力学性能：

[M] = 6750kN.m

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[Q] = 981kN

[i] = 2×1154868cm4

最大弯矩：

Mmax =ql2/8=112.8×182 /8=4568.4kN.m<[M]=3375×2=6750kN.m

最大剪力：

Qmax=0.5×ql=0.5×112.8×18=1015kN>[Q]=490.5×2=981kN

10159813.5%剪力超过程度:981

纵梁最大挠度:

5ql45112.8103184f0.032m1800/4000.045m384EI3842.110110.011542

满足要求

双排单层加强型贝雷梁承担的剪力稍大于允许剪力，约为3.5%。在计算中采用简支方式计算，但是实际工程中贝雷梁是连续形式布置，承担的剪力小于简直计算方式得出的结果。因此，尽管单层双排加强型贝雷梁的允许剪力略大于计算结果，单层双排加强型贝雷梁仍然能够满足要求。

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根据上面计算，在肋下的第①部分处，布置2组双排单层加强型贝雷梁，整个横断截面布置10组双排单层加强型贝雷梁。

箱梁②部分是箱梁两肋部之间宽度承担的荷载，尽管承担的荷载较小，但是在计算仍然要考虑承受的荷载。采用偏安全的方法，取箱梁底部的平均荷载35.8kN/m2（计算过程参考前面部分）。箱梁②部分下面布置一组双排单层加强型贝雷梁。其中单层加强型贝雷梁的最大间距1.2m，实际布置中将会小于1.2m。因此验算过程依据1.2m宽度进行验算。验算过程如下：

箱梁②部分传递的荷载为： 1.2m×35.8kN/m2=42.96kN/m

贝雷梁每组自重： 2×3kN/m=6kN/m

荷载总重： 6kN+42.96kN/m=48.96kN/m

双排单层加强型贝雷梁力学性能：

[M] = 3375kN.m

[Q] = 490.5kN

[i] = 1154868cm4

最大弯矩：

Mmax =ql2/8=48.96×182 /8=1983kN.m<[M]=3375kN.m

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最大剪力：

Qmax=0.5×ql=0.5×48.96×18=440.6kN<[Q]=490.5kN

纵梁最大挠度：

5ql4548.96103184f0.028m1800/4000.045m384EI3842.110110.01154

为保证安全期间，在箱梁底部如图中的第②部分中间布置一组单层双排加强型贝雷梁；桥梁两侧翼缘垂直下方和翼缘1m外处各布置一组单层双排加强型贝雷梁。具体的布置方式依据贝雷梁之间的连接花架，可以做出适当的调整。但两片贝雷梁之间的距离不宜于大于1.2m。位于箱梁翼缘下面的两组双排加强型贝雷梁由于受到的荷载较小，两组贝雷梁的间距可以放宽达到1.5m。

根据上面计算，全断截面共需要18组双排单层加强型贝雷梁。施工过程中，用连接花絮将每组三排单层加强型贝雷梁连接成一个桁架，吊装安装；将双排加强型贝雷梁采用花絮连接杆件进行连接。

布置示意图如下：

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四．方木、竹胶板、工10型钢计算

五．分配梁计算

六. 钢管桩承载力验算

根据上面支座反力计算可知，最大的钢管桩传递的荷载是2874kN。因此在计算中统一取用2874kN进行验算。

钢管桩用于支撑贝雷梁，上部荷载经过钢管桩传递给临时基础，在箱梁底部布置Φ650mm×10mm-Q235钢无缝焊接钢管,间距和高度按照设计图纸取用。

钢管桩按照每节段10m的长度计算。

回转半径查钢结构设计规范得

D12i=4m

d/D=

i=0.226

刚度验算： λ=L/i=10m/0.226m=44.24＜[λ]=150满足要求

根据查表b类截面稳定系数，

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0.882

每根钢管桩可以承担的荷载为：

A=3.14×（0.652-0.632）/4=0.02

N=Afy0.882×0.02×210=3704kN >2874kN 满足要求

七．基础验算

由于工程所在地主要为风化类土层，承载力较小，需要砌筑混凝土临时基础用于支撑钢管桩。临时基础只承担上部传递的荷载，不承担弯矩。采用C30砌筑扩大基础。具体计算过程参考《临时基础计算书》：

单根钢管桩上部传递荷载最大值为：2874kN

由于工程所在地风荷载比较大，根据风荷载的计算结果可知，作用于钢管桩的弯矩是144kN.因此基础应该依据上面荷载进行设计验算。

根据提供的图纸可知，工程所在地的地基的承载为250kpa.

临时基础采用C30混凝土浇注。

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基础构造：

钢管桩底部预埋厚度为1cm的钢板，用于分配钢管传递下来的集中力，预埋钢板尺寸取用1.65m（长）×1.65m（宽）×0.01m(厚).

临时基础采用锥形基础，基础设计尺寸为：3.65m×3.65m。因为临时基础主要承担钢管桩垂直传递下来的荷载，所以预埋钢板和临时基础的连接采用构造预埋件连接。布置方式是，沿钢管桩周围均匀布置16个预埋件，预埋件由10.9级M27高强螺栓制作。待基础砌筑成型后，将临时基础顶部的预埋钢板和临时基础采用预埋螺栓连接；采用连接板将钢管桩和预埋钢板进行焊接连接。

八．钢管桩和基础连接部分验算

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钢管桩下部和混凝土基础上的预埋件相连接，采用焊接方式连接。围绕着钢管桩用8块厚度为2cm的连接钢板将钢管桩和预埋钢板连接。并且假设钢管桩传递的荷载全部由8块钢板传递给混凝土临时基础。钢板的具体尺寸如下：

钢管桩底部和预埋件焊接侧面图

钢板为Q235钢，采用E43型焊条：

fw2f125N/mm

最小焊脚尺寸：

hf,min1.5tmax1.584.2mm

最大焊角尺寸：

hf,maxt(1~2)mm8(1~2)6~7mm采用

hf6mm满足上述要求

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lxl2874kN684mm420.76125

保证安全期间，钢管桩底部的焊接长度为：800mm>684mm

九．预拱度设计

1.钢管支柱弹性变形

由前面计算可知，每根钢管桩承担的荷载为2874kN，钢管桩的截面面积是A=0.02m2

2874103143.7MPa0.02

钢管桩弹性模量按规范取为：

2.06×10e11N/m2

143.71060.6911E2.0610应变为：

计算中按照钢管桩设计高度计算弹性变形L×0.69mm

2.非弹性变形

根据《混凝土工程模板与支架基础》，接触面之间存在非弹性变形，这种变形在桥梁施工设计中需要考虑，通常设计预拱度用来抵消这种非弹性变形。下面为A匝道2号桥梁中不同接触面需要考虑的非弹性变形：

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①竹胶板与15cm×15cm的方木 2mm

②15cm×15cm的方木与工10型钢 2mm

在支架标高的设计中，根据具体情况考虑选择使用非弹性变形。

3.地基弹性变形

C30混凝土砌筑临时基础，由于上部荷载比较重，以及工程所在地多以沙土为主，沉降值比较大。在与预拱高度设计中取15mm以抵消地基沉降高度。

全桥的预拱度取为：27mm。

十．砂筒计算

砂筒采用下式计算（见公路桥涵施工技术手册（下），人民交通出版社，2000）

十一、支架预压

支架搭设完毕，装完底模后装内模前，用砂袋或水袋对支架进行梁体荷载的100%进行等载预压，消除支架的非弹性变形。压前需在每跨布设观测点，在压前及压后每日测同一点下沉量并进行记录，同时检查钢管桩支架有无偏移，混凝土临时基础有无破坏，方木有无压裂等几项指标。在72小时地基累计沉降量稳定后，取下砂袋卸载，分析数据，确定弹性下沉量及非弹性下沉量，以其为依据调整支架上的方木设计标高，使施工后保持其设计位置准确。

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