王磊

（中交路橋華北工程有限公司）

1 工程背景

濟寧市環(huán)湖大道東線工程（太白湖新區(qū)段），位于山東省濟寧市東南部、微山縣北側，起于火炬路與南二環(huán)交叉口，止于泗河大橋南引道，全長7.92km。主要工程量包括起點南二環(huán)互通立交、主線及泗河大橋，其中新建泗河大橋主橋采用30m+95m+130m+95m+30m=380m中承式系桿拱橋，橫跨泗河。泗河中承式系桿拱橋，最大跨徑為130m，主橋主梁斷面全寬34.5m，道路設計中心線處標準梁高為2.0m，采用鋼結構。拱肋整體向內傾斜10°，主拱矢高38.078m，矢跨比1/3.4；次拱矢高26.401m，矢跨比1/3.6，采用鋼箱結構?？傆娩摿考s1.18萬t，全橋共分解成315個鋼箱節(jié)段，尺寸不一，其中最重塊段為J13，重達1110kN（111.047t）。擬搭建落地鋼管樁支架，采用150t跨墩龍門吊起吊對各節(jié)段進行分段安裝，龍門吊基礎由軌道梁和混凝土基礎組成，單組最大輪重為875kN（87.5t）。

2 龍門吊基礎地質條件

濟寧地區(qū)屬新華夏系第二沉降帶，處于近南北向的濟寧凹陷的中心部位，西以嘉祥凸起為鄰，東以兗州凸起相接。場區(qū)及其附近的地質構造形跡以斷裂為主，距擬建現(xiàn)場較近的斷裂構造規(guī)模較大的有三條，東部的孫氏店斷裂、西部的嘉祥斷裂、北部的鄆城斷裂。泗河大橋根據鉆探揭露，原位測試及室內土工試驗，場地表層為填筑土層，其下為第四系全新統(tǒng)合晚更新統(tǒng)沖洪積土組成的粉土、粉砂及黏性土層，自上而下可分為如下13層（含亞層）：1-1層底填筑土，平均厚2.45m；1層淤泥，平均厚度0.62m；2-1層黏土，平均厚度1.74m；2層淤泥質粉質黏土，平均2.67m；3層粉質黏土，平均2.78m；4層黏土，平均厚度4.18m；5層粉質黏土，平均10.88m；6層細砂，平均4.16m；7層黏土，平均3.03m；8層細砂，平均厚度3.25m；9層黏土，平均厚度22.4m；10層中砂，平均厚度5.88m；11層黏土，平均厚度5.63m；12層中砂，平均厚度12.37m；13層黏土，該層未穿透。

3 龍門吊概況及計算

起重設備采用跨徑為37m，凈高為45m，額定起吊重量為1500kN（150t）的跨墩龍門吊，自重為2350kN（235t）。龍門吊軌道基礎采用倒T型C30混凝土條形基礎，下基礎寬120cm，高60cm，上基礎寬60cm，高30cm，C30混凝土內設構造鋼筋，基礎底設置厚度為10cm，寬1.4m的C30混凝土墊層。龍門吊軌道基礎每隔20m設置一道2cm寬的沉降縫。下基礎底部采用12根Φ16mm鋼筋作為縱向受拉主筋，頂部放置6根Φ12mm鋼筋作為抗負彎矩主筋，側面抗扭鋼筋4根Φ12mm鋼筋，抗彎和抗扭鋼筋均采用HRB400；每隔40cm設置一道環(huán)形箍筋，箍筋采用HRB235Φ10mm光圓鋼筋，箍筋間距為40cm。

3.1 計算參數確定

43#鋼軌抗拉強度780MPa；Q235鋼材強度：[σ拉、壓]=215MPa [σ彎]=215MPa[τ]=125MPa；Q235 鋼材彈性模量E=2.1×105MPa；臨時結構重要性系數取；龍門吊輪載按照可變荷載，分項系數取1.5；基礎按照恒載，分項系數取1.3；龍門吊車對鋼軌的壓力取最大輪壓273.7kN。容許撓度不超過L/400。

3.2 荷載及荷載組合

3.2.1 荷載類型

軌道及螺栓自重；混凝土基礎自重；龍門吊吊車對鐵軌的作用,取龍門吊參數中的最大輪壓273.7kN（單輪作用）。本項目龍門吊施工屬于室外作業(yè)，當風力較大或降雨時候應停止施工。當起吊最重節(jié)段1110kN且節(jié)段位于最靠近軌道位置的時候為最不利工況。龍門吊自重G1=2350kN，節(jié)段最重G2=1110kN。起吊最重梁板時單個天車所受集中荷載為P，龍門吊自重均布荷載為q。P=G2=1110kN；q=G1/L=2350kN×10/37=63.514kN/m。當處于最不利工況時單個龍門吊受力簡圖如下：

龍門吊豎向受力平衡可得到：

N1+N2=q×L+P

N1=(37-3)/37×1110+63.514×37/2=2195kN

N2=3/37×1110+63.514×37/2= 1260kN

龍門吊單側為雙支腿，支腿間距為21m，單支腿按4個車輪考慮，兩個車輪之間距離為1m，對受力較大支腿進行分析，受力較大的單側單支腿豎向受力平衡可得：N1=2195/8=274.4kN。在最不利工況下，龍門吊單個車輪所受最大豎向應力為N=274.4kN。

3.2.2 結構計算工況的確定

①工況一#鋼軌架設完畢，組合：1.3×軌道及螺栓自重+1.3×混凝土基礎自重;

②工況二#龍門吊安裝完畢并吊裝最重塊段J13，組合：1.3×軌道及螺栓自重+1.3×混凝土基礎自重+1.5×龍門吊吊車對鐵軌的作用：取龍門吊參數中的最大輪壓274.4kN（單輪作用）。

通過以上工況分析對比，工況(2)中吊車輪壓遠大于其他工況中的可變荷載作用，因此僅對工況(2)進行計算，驗算基礎強度、剛度是否滿足臨時結構要求。

3.3 計算模型

龍門吊軌道基礎結構采用Midas Civil程序進行計算。選取龍門吊單側軌道基礎進行三維空間建模，并對各種結構賦予各自材料特性。采用Midas Civil模擬地基梁受到的作用，梁體和墊層與地基之間的相互作用模擬成彈簧體。地基梁長度取210m進行計算。

3.4 邊界條件

梁一端進行x、y方向水平限位，另一端僅進行y方向水平限位墊層底和土體模擬彈簧，參數采用1200kN/m3的地基反力系數（《MidasCivil使用指南》表3-1《地基反力系數》）。墊層寬度1.2m，分塊長度0.5m，節(jié)點彈簧線彈性系數取值為1.2，則1.2m×0.5m×80000kN=48000kN/m2，在端部取一半2100kN/m2。彈簧底端節(jié)點約束6個自由度。

3.5 計算結果分析

按照極限應力法進行計算，可變荷載系數1.4，t系數1.2進行荷載組合后計算結果：龍門吊軌道基礎的最大反力為85.3kN/m2,龍門吊軌道基礎的豎向最大變形為1.7mm。推算地基承載力如下：

在實際施工過程中，考慮到地基處理過程中質量的不均勻以及軌道基礎地面的不平整，加上龍門吊動荷載作用產生的動力特性等因素，地基承載力要求取為σ=150kPa。

3.6 截面配筋復核計算

3.6.1 基本參數

梁截面1200×600（h×b）；混凝土等級C30保護層厚30(箍筋)/40 (縱筋)mm；抗彎鋼筋，12根Φ16HRB400鋼筋；抗扭鋼筋，4根Φ12HRB400鋼筋；箍筋，Φ10HPB235鋼筋，間距100mmm；內力設計值，彎矩M=150.4kN?m，剪力V=243.7kN，扭矩T=10.0kN

3.6.2 截面驗算

3.6.3 配筋率驗算

3.6.4 承載力驗算

4 結語

通過上述分析及計算，結果確定了龍門吊軌道基礎在最不利工況荷載作用下，其地面的承載力以及軌道梁、軌道基礎強度和配筋能滿足大型龍門吊進行鋼結構吊裝施工的需要，從理論上驗證了龍門吊軌道具備充足的安全性，并且對基礎的形狀、配筋、混凝土的型號也進行了確定，使得理論研究能夠與實際情況相貼合，為后續(xù)龍門吊軌道的施工提供指導性意見，并且為古運河軟弱河床上運行大型龍門吊所需的軌道基礎的修建形式提供了借鑒和有力的參考依據。