高速公路钢箱梁结构胎架基计算设计与施工

徐国涛

（中铁十一局集团有限公司，湖北武汉 430061）

0 引言

武汉市四环线龚家铺至中洲段高速公路是四环线工程中的“南段”，起于江夏区龚家铺，接四环线沌口长江大桥，与武汉市青郑至郑店高速公路相交，止于江夏区中洲岛，与武汉绕城高速公路（沪渝共线段）相接，路线全长约17.321km。

1 地质资料

拟建场区属垄岗地貌，地势较高，地形起伏不大，铁路以低路堤通过，地面最大高差约5.0m。拟建工程位于武汉市江夏区武昌大道与星光大道交汇处，交通较为便利。

2 胎架基计算设计与施工

2.1 扩大基础设计

（1）荷载取值。①钢管支架自重为160kN；②顶推钢箱梁反力值计算时考虑三种计算工况，分别为步履机在左侧最大行程处（距中心-0.45m），步履机在中心，箱梁搁置在步履机上，步履机在右侧最大行程处（距中心 0.45m）；③作用在的水平风荷载标准值为：ω=0.7μzμsω0。查询全国基本风压分布图，武汉市50年一遇的基本风压为：0.35kN/m2；μz表示风压高度变化系数：根据《建筑结构荷载规范GB 50009—2001》8.2条规定，取距地面0～15m处的值为μz=1.39；μs表示风荷载体型系数：根据《建筑结构荷载规范GB 50009—2001》8.3条规定，经计算可得作用在基础的水平风荷载最大值为μs=0.96。经过计算发现作用在的水平风荷载标准值为0.327kN/m2；④由于此次钢箱梁顶推采用的是步履式顶推施工方法，根据步履式顶推方式的工作原理可知，在顶推过程中产生的顶推滑动摩擦力全部在步履机内部进行，若把钢箱梁和步履机看为一个整体，则所有摩擦力都为内力，在系统内部是相互转换和抵消的，故顶推时的临时墩支架是不受水平荷载的。

（2）荷载组合。基础自重及上部土重标准值为Gk=γm×b×l×d=24.00×9.50×6.50×1.50=2223.00kN，基础自重及上部土重设计值G=1.35×Gk=1.35×2223.00=3001.05kN。

（3）地基反力计算。①荷载标准组合下的地基反力最大值、最小值和平均值分别为248.9kPa、95.3kPa、172.1kPa。其中基础底面面积A=b×l=9.50×6.50=61.75m2；②荷载基本组合下的地基反力最大值、最小值和平均值分别为 336.0kPa、128.7kPa、232.3kPa。

（4）地基承载验算。修正后的地基承载力特征值fa=250kPa，可以看出荷载标准组合下的地基反力最大值比地基承载力特征值小，能够满足基本使用要求。另外，考虑到偏压的情况，去偏压系数为1.2，同行能够满足要求。

（5）基础抗冲切和抗剪验算。按《建筑地基基础设计规范》中的公式进行验算：抗冲切力 Fc=0.7βhpftamh0，抗剪力：Vc=0.7βhpftA0。冲切力 Fc根据作用在基底净反力设计值求得，计算时取基底最大净反力对于多工况，冲切力为各工况中的最大值。验算柱对冲切时，对冲切锥体的每一侧面均按上述公式计算抗冲切力。除验算单柱对基础的冲切外，尚应验算各柱的组合对基础的冲切，即验算任意组合柱的最大外包矩形对基础的冲切。柱的冲切采用冲切锥体形式，此时取冲切锥体范围的投影面积进行计算，地基反力取平均净反力计算。

2.2 桩基设计

（1）桩基荷载计算。①钢管支架自重取为16kN/m3；②Z3、Y4支撑梁结构计算结果见表1。

表1 桩基长度计算结果

（2）合拢段支架基础承载力计算。①作用在基础底部中心的荷载：作用在柱底的基本组合荷载，A柱 1985.80kN、B柱 1722.50kN、C柱3538.92kN、D柱4098.44kN。作用在柱底的标准组合荷载（基本组合对应项除以 Ks，其中 Ks为 1.35），A 柱 1470.96kN、B 柱 1275.92kN、C 柱2621.42kN、D 柱 3035.88kN。基础自重及上部土重标准值 Gk=γm×b×l×d=18.00×7.00×2.40×0.75=226.80kN，基础自重及上部土重设计值G=1.35×Gk=1.35×226.80=306.18kN。②地基反力计算：荷载标准组合下的地基反力最大值、最小值和平均值分别为226.3kPa、113.3kPa、169.8kPa，其中基础底面面积A=b×l=7.00×2.40=16.80m2；荷载基本组合下的地基反力最大值、最小值和平均值分别为 305.5kPa、152.9kPa、229.2kPa。

（3）地基承载验算。修正后的地基承载力特征值fa=250kPa。可以看出荷载标准组合下的地基反力最大值比地基承载力特征值小，能够满足基本使用要求。另外，考虑到偏压的情况，去偏压系数为1.2，同行能够满足要求。

2.3 拼装架预制块计算

设计计算时根据《建筑地基基础设计规范》和《混凝土结构设计规范》执行。

（1）作用在柱底中心处的荷载。①作用在柱底的基本组合荷载。4种工况下全部取Ks=1.2，工况1对应的A柱和B柱载荷分别为659.04kN和560.64kN，工况2对应的A柱和B柱载荷分别为580.68kN和603.96kN，工况3对应的A柱和B柱载荷分别为364.20kN和286.44kN，工况4对应的A柱和B柱载荷分别为327.36kN和337.56kN。②作用在柱底的标准组合荷载：工况1对应的A柱和B柱标准组合荷载分别为549.20kN和467.20kN，工况2对应的A柱和B柱标准组合荷载分别为483.90kN和503.30kN，工况3对应的A柱和B柱标准组合荷载分别为303.50kN和238.70kN，工况4对应的A柱和B柱标准组合荷载分别为272.80kN和281.30kN。③作用在基础底部中心的荷载。基础自重及上部土重标准值 Gk=γm×b×l×d=24.00×5.00×1.20×0.50=72.00kN，基础自重及上部土重设计值G=1.35×Gk=1.35×72.00=97.2kN，柱中心相对基础底面坐标形心，A 柱（-1750，0，500），B 柱（1750，0，500）。

（2）地基反力计算。①荷载统计。作用在柱底的标准组合荷载：A柱626.20kPa，B 柱 626.20kPa，C 柱 686.38kPa，D 柱 686.38kPa。②荷载标准组合下的地基反力：基础底面面积A=b×l=5.00×1.20=6.00m2，四种工况下对应的地基反应力最大值、最小值和平均值分别为208.1kPa、150.7kPa、179.4kPa；181.3kPa、167.7kPa、174.5kPa；123kPa、77.7kPa、100.4kPa；105.3 kPa、99.4kPa、102.3kPa。③荷载基本组合下的地基反力。四种工况下对应的地基反应力最大值、最小值和平均值分别为251.2kPa、182.3kPa、216.8kPa；219.1kPa、202.8kPa、210.9kPa；149.2kPa、94.7kPa、121.9kPa；127.9 kPa、120.8kPa、124.3kPa。

（3）地基承载验算。修正后的地基承载力特征值fa=250.00kPa，可以看出荷载标准组合下的地基反力最大值比地基承载力特征值小，能够满足基本使用要求。另外，考虑到偏压的情况，去偏压系数为1.2，同行能够满足要求。

（4）基础抗剪验算。针对X方向冲切和抗剪验算、Y方向冲切和抗剪验算、柱对基础的冲切和抗剪验算后发现均满足要求。

3 结束语

高速公路钢箱梁结构胎架基计算设计是确保工程项目正常顺利施工的基础和前提，为了保证工程施工安全，必须对箱梁结构胎架基础进行准确的设计。本文结合具体工程案例，详细计算分析的钢箱梁结构胎架基计算过程。经过计算发现，设计的胎架基础经过验算之后能够达到各项要求，为工程项目的顺利实施奠定了坚实的基础。