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50T龙门吊基础施工方案

工程名称： 苏州市轨道交通2号线延伸线Ⅱ-Y-TS-02标
机械名称： 门式起重机
工程地址： 苏州市轨道交通2号线延伸线
安装位置：
型 号： MG16t MG50t
自编号：
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苏州地区建设工程质量安全监督站制

龙门吊轨道基础施工方案
一、工程概况
本标段工程包括【邀湖路站～尹山湖站】、【尹山湖站～东方大道站】、【东方大道站～独墅湖站】三个盾构区间。均采用盾构法施工，1#盾构从尹山湖中路站西端头井左线始发在邀湖路站东端头井调头，然后从邀湖路站东端头井右线再次始发掘进至尹山湖中路站西端头井右线接收后解体吊出，转场至尹山湖中路站东端头井，从尹山湖中路站东端头井左线始发掘进至东方大道站西端头井后调头，从东方大道站西端头井右线再次始发掘进至尹山湖中路站东端头井后解体吊出运走，2#盾构从东方大道站东端头井左线下井始发至独墅湖南站南端头井左线解体吊出运走，3#盾构从东方大道站东端头井右线下井始发至独墅湖南站南端头井右线解体吊出运走，完成本标段所有区间掘进工程。
盾构施工期间的出土、管片与油料下井、周转料下井，前后期的电瓶列车下井与出井、井内设施拆除离井等，均使用门吊进行吊装；考虑最重吊装件为电瓶机车，单件重40t，因此本标段盾构工程拟采用3台MG50/16t的门吊参与施工。

二、龙门吊轨道基础设计情况
拟用于本盾构区间的3台MG50/16t型门吊，1台在尹山湖中路站西端头井组装；另两台门吊在东方大道站东端头井，门吊均为东西走向布置，门吊横跨端头井；门吊轨道梁需要在门吊安装前提前施作完毕，门吊到场后可立即组织安装；门吊拆除时间约为2014年9月。
门吊基础截面尺寸均为60cm*80cm，配筋图如图一。

图一龙门吊基础配筋图

三、轨道基础施工方法
1、施工工艺流程
施工准备——测量放线——地面切槽——地面破除——基槽开挖——垫层施工——钢筋安装——混凝土浇筑——养护
2、钢筋工程
轨道基础配筋图见图一。钢筋下料前应熟悉设计图纸，了解设计意图，根据设计要求、规格计算下料长度并统筹下料，最大限度的节约材料，降低成本。钢筋表面应洁净，钢筋使用前应将表面的铁锈及其他杂物清除干净。钢筋应平直，无局部弯折，成盘的和弯曲的钢筋均应调直。
3、混凝土工程
混凝土采用C30商品砼。插入式振动棒捣实，表明压光。确保混凝土内部密实，表面平整。
四、轨道基础受力分析
4.1 龙门吊检算
1、设计依据
① 龙门吊使用以及受力要求
② 施工场地布置要求
③ 地铁施工规范
2、设计参数：
① 从安全角度出发，按g=10N/kg计算。
②50吨龙门吊自重：120吨， G1=120×1000×10=1200KN；
50吨龙门吊载重：50吨， G2=50×1000×10=500KN；
50吨龙门吊4个轮子每个轮子的最大承重：G3=（1200000/2+500000）/4=275KN
3.1、设计荷载
根据龙门吊厂家提供资料显示，50T龙门吊行走时台车最大轮压：Pmax=240KN，现场实际情况，单个龙门吊最大负重仅40t，则

为安全起见，取P=230KN；钢砼自重按23.0KN/m3 计。
3.2、材料性能指标
a、C30砼
轴心抗压强度：;
弹性模量：;
b、钢筋
R235钢筋：;
HRB335钢筋：fsd=280MPa。
3.3、基础截面的拟定及钢筋的配置
基础截面采用倒T形，钢筋布置如图3.3-1所示，下侧受拉钢采用5根B16钢筋,上侧受压钢筋采用3根B16钢筋。

图3.3-1 基础截面钢筋布置图
4、计算模型简化
基础内力计算按弹性地基梁计算，即将钢筋砼地基看成半刚性的梁，地基看成弹性支承。钢筋砼地基采用梁单元进行模拟，地基的支承采用地基弹簧进行模拟。地基梁选取35.5m进行计算，每个单元长0.5m，共计71个单元，具体模型见图4-1。

图4-1 midas计算模型
5、钢筋砼的弹性模量的计算
根据钢筋砼规范提供的经验公式，钢筋砼地基梁的弹性模量Ec与砼强度指标fcu的关系为：

由于规范还规定：fc=0.67fcu，故

6、地基系数K0的确定
根据我国著名工程院资深院士龙驭球先生编著的《弹性地基梁的计算》一书中表2-1 地基系数K0参考值可知，地层等级为中等的碎石土的地基系数为0.12～0.2×106KN/m3,坚硬系数fk=1.5,结合现场实际情况，则
K0=0.2×106×1.5=3×105 KN/m3
7、计算结果
弯矩计算结果:

图5-1弯矩图（KN•m）
剪力计算结果:

图5-2剪力图（KN）
反力计算结果:

图5-3反力图（KN）
8、结果分析与评价
从以上弯矩、剪力及反力图可知，最大正弯矩Mmax=69.32KN•m，最大剪力值Vmax=113.24KN，最大反力Fmax=90.53KN。根据反力图可知，对土的影响主要范围(纵向)为3.0m左右，结合板宽1.0m，可知此计算结果是比较符合实际的。
9、基底应力计算
从反力图可知，最大反力Fmax=90.53KN，另外由于梁是按71@0.5m划分，故可求得土的最大应力为

10、钢筋砼梁正截面承载力验算
已知hf’=0.3m，bf’=0.5m，b=1m，h=0.5m，fcd=13.8MPa，fsd=280MPa，AS=1005.5mm2,as=5cm，h0=45cm，As’=603.3mm2，as’=5cm，则

可知其属于第一类T形截面，故按矩形截面的计算方法进行承载力计算，则

可知x<2as’=10cm，可知受压离中性轴太近，变形不能充分发挥，受压钢筋的应力不可能达到抗压设计强度。这时，截面所能承受的最大弯矩可由下列公式求得：

根据Midas Civil 2010 计算结果（弯矩图）可知，Md=69.32KN，
，故基础正截面承载力满足要求。
11、斜截面抗剪承载力验算
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）可知，混凝土和箍筋共同抗剪能力的公式为

α1———异好弯矩影响系数，计算简支梁和连续梁近边支点梁段的抗剪承载力时，α1=1.0；计算连续梁和悬臂梁近中间支点梁段的抗剪承载力时，α1=0.9；故取α1=1.0；
α2———预应力提高系数，对钢筋混凝土受弯构件，α2=1.0；对预应力混凝土受弯构件，α2=1.25，但当由钢筋合力引起的截面弯矩与外弯矩的方向相同，或允许出现裂缝的预应力混凝土受弯构件，取α2=1.0；故取α2=1.0；
α3———受压翼缘的影响系数，取α3=1.1；
b———斜截面受压端正截面处矩形截面宽度，取b=500mm；
h0———斜截面受压段正截面的有效高度，自纵向受拉钢筋合力点至受压边缘的距离，mm；故取h0=450mm；
p———斜截面内纵向受拉钢筋的配筋百分率，p=100ρ，当p>2.5时，取p=2.5，其中ρ=（AP+Apb+As）/bh0；故p=100×603.3/(500×450) =0.268；
fcu,k———边长为150mm的混凝土立方体抗压强度标准，取fcu,k =30MPa,；
ρsv———斜截面内箍筋配筋率，ρsv= Asv/（Svb）=157/（250×500）=0.126%；
fsv———箍筋抗拉强度设计值，取值不宜大于280MPa，故取值fsv=195MPa；
Asv———斜截面内配置在同一截面的箍筋各肢的总截面面积，取157mm2；
Sv———斜截面内箍筋的间距，取250mm。
则, 根据Midas Civil 2010 计算结果（剪力图）可知，Vd=113.24KN，
，可知其满足斜截面抗剪要求。
12、最大裂缝宽度验算
最大裂缝宽度验算可根据《公路桥涵规范》给出的公式进行验算，

式中 Wfk———受弯构件的最大裂缝宽度，mm；
C1———钢筋表面形状系数，取C1=1.0；
C2———作用长期效应影响系数，取C2=1.5；
C3———与构件受力性质有关的系数，受弯构件取C3=1.15；
σss———由作用短期效应组合引起的开裂截面纵向受拉钢筋的应力；

Es———钢筋的弹性模量，取Es=2.1×105MPa；
d———纵向受拉钢筋的直径，取d=16mm；
ρ———截面配筋率，ρ=0.248%<0.006，取ρ=0.006。
代入式中得
，故最大裂缝宽度满足要求。
综上所叙，基础梁的尺寸和配筋均满足各项受力要求；另要求地基承载力不应小于220KPa，并换填50cm砂砾进行压实，以减少基础沉降。

3、受力分析与强度验算：
只用50吨龙门吊进行受力分析图如下：

图2 龙门吊受力分析图
1>、按照规范要求，50吨龙门吊使用说明推荐的P50钢轨。
2>、根据受力图，两条钢轨完全作用于其下面的混凝土结构上的钢块，钢块镶嵌在混凝土上，故而进行混凝土强度验证：
假设：
整个钢轨及其基础结构完全刚性（安装完成后的钢轨及其结构是不可随便移动的）。
每台龙门吊完全作用在它的边轮间距内（事实上由于整个钢轨极其基础是刚性的，所以单个龙门吊作用的长度应该长于龙门吊边轮间距）。即：龙门吊作用在钢轨上的距离是：L1=7.5m ，L2=8.892m
根据压力压强计算公式：压强=压力/面积，转换得：面积=压力/压强
要使得龙门吊对地基混凝土的压强小于2MPa才能达到安全要求。即最小面积：S1min=4×278.75KN/2000KPa=0.558m2
S2min=2×227.5KN/2000KPa=0.2275m2
拟采用有效面积为0.30×0.15=0.045 m2的钢板垫块，镶嵌于混凝土结构内。
对于16吨龙门吊，0.045×6=0.26 大于0.2275。因此最少需要6个垫块块垫住钢轨才能能满足混凝土强度要求，垫块间距是：7.5÷6=1.25米。应考虑安全系数1.2，故垫块间距应取L=1m。
对于45吨龙门吊来说，0.045×14=0.63大于0.558，最少需要14个垫块块垫住钢轨才能能满足混凝土强度要求，垫块间距是：8.892÷14=0.635米。
从安全角度考虑，取最小值：L=0.635m。考虑到龙门吊荷载不是均布在钢轨上面的，而是从轮子直接作用到钢轨，虽然钢轨已经被作为刚性结构来考虑，但是现实中钢轨并不是完全绝对刚性的。所以，降低钢轨垫块的间距以求安全，且从以前经验看来，取垫块间距L=0.6米。应考虑安全系数1.2，故垫块间距应取L=0.5m。
4、设计结果：
45吨龙门吊轨道中心间距为11m，分别作用于基坑外侧及顶板回填土上。而龙门吊轨道中心间距为11m，故龙门吊基础直接座在冠梁上。龙门吊基础采用顶宽0.5m、底宽1.0m、高0.8m的T形C30混凝土基础。沿着钢轨的端头每隔0.6米距离就作预埋厚5mm钢垫板，每个钢垫板焊2根长度为25cm的Φ16钢筋作为锚筋。至设计标高换填素土夯实，外侧基础破出路面下挖内侧基础开挖回填土至设计标高夯实基地。具体见下图。

图6 龙门吊基础断面图
4.2龙门吊轨道基础设计计算
4.2.1倒T型条形基础计算
如图1所示，倒T型轨道基础上铆固一条龙门吊行走轨道，结构计算以16T、45T龙门吊为外荷载。45T的龙门吊的最大轮压为335KN，每两个轮为一组。则有：

图8 45T龙门吊侧立面图
图7 16T龙门吊侧立面图

P45=335 kN-------------------------------45T龙门吊最大轮压
P16=320 kN-------------------------------16T龙门吊最大轮压
Q1=43kg/m×9.8N/kg=0.42k----------------------P43型钢轨重
Q2=(1m×0.3m+0.5m×0.5m)×25kN/m3=13.77kN/m----T梁自重荷载
考虑到钢轨的作用，上述数据中的龙门吊轮压荷载P应简化成一段均布荷载作用在倒T型轨道基础上。
根据基础抗冲剪破坏公式：
Fl≤0.7βhpftAm
Am=∑Bi×Hi
Fl=pjAl
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，βhp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---冲切破坏体最不利一侧面积；
Bi---冲切破坏体最不利一侧截面的宽度；
Hi --冲切破坏体最不利一侧截面的高度；
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；
Al---冲切验算时取用的部分基底面积；
Fl---相应于荷载效应基本组合时作用在Al上的地基土净反力设计值。
p1={[（8.950+11.718）×（0.42+13.77）]+2×320+4×335}/（8.950+11.718）×1.0=109.5kN/m2
F1=p1×A1=109.5kN/m2×1.0m2=109.5kN<0.7×1.0×1.43×（1000×300+500+500）×0.001=550.55kN。
故，倒T型龙门吊基础可按最小配筋率配筋。即：
　ρ>ρsvmin=0.24(ft/fyv)=0.24×1.43/210=0.163%。
实际ρ=4672/550000=0.850%>ρsvmin，故满足要求。
4.2.2地基承载能力计算
根据太沙基极限承载力假设：
地基为均质半无限体；
剪切破坏区限制在一定范围内；
基础底面粗糙，与基础有摩擦力存在。
fu=1/2γbNγ+γ0dNq+cNc
其中，γ--------------------------基底面下土壤的重度；
γ0-------------------------基底面上土壤的重度；
C---------------------------土的快剪指标；
Nγ、Nq、Nc----------------承载力因素，根据φ查表；
查表计算：
fu=1/2×20×1.0×18+18×0.8×18+5×33=604kPa。
所以：
fa= 604/2.5=242kPa ，其中Fs为承载能力安全系数，取2.5。
p1=109.5kN/m2=109.5kPa< fa=242kPa，所以地基承载能力满足要求。

中铁十五局集团有限公司
广州轨道交通二/八号延长线盾构5标项目经理部
二〇〇八年十一月十五日