“一聯(lián)多片”先張U型梁張拉臺(tái)座抗傾覆穩(wěn)定性設(shè)計(jì)分析

李磊 王鵬 馬磊 劉波 趙良俊

摘? ?要：結(jié)合某軌道交通工程預(yù)制U型梁工程實(shí)例，采用“樁基+筏板”一聯(lián)多片式長線法張拉臺(tái)座，設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行臺(tái)座的抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算，通過超過50次的現(xiàn)場張拉試驗(yàn)，以數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析臺(tái)座的變形情況。根據(jù)累計(jì)張拉試驗(yàn)的數(shù)據(jù)觀測(cè)結(jié)果，提出在“一聯(lián)多片”張拉臺(tái)座的設(shè)計(jì)案例下，采用“樁基+筏板”式的張拉臺(tái)座在技術(shù)上是可行且穩(wěn)定的。

關(guān)鍵詞：一聯(lián)多片;U梁;張拉臺(tái)座;拉應(yīng)力;抗傾覆穩(wěn)定性

U梁生產(chǎn)越來越多地采用“一聯(lián)多片”先張法臺(tái)座，其施工技術(shù)的關(guān)鍵是預(yù)應(yīng)力在反力墩的張拉與固定。但是在拉應(yīng)力的作用下，臺(tái)座及下方的土體容易發(fā)生“向上起拱”，從而造成質(zhì)量事故。本文以某城市軌道交通工程預(yù)制U梁為實(shí)例，提出一種“樁基+筏板”式的張拉臺(tái)座施工技術(shù)，以張拉后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析為依據(jù)，驗(yàn)證該施工技術(shù)可行且穩(wěn)定，為類似工程提供參考。

1? ? 工程概況

某城際軌道交通工程，區(qū)間高架橋梁結(jié)構(gòu)部分采用預(yù)制U梁形式，全線U梁總計(jì)1 500余片，梁長22～35 m不等，斷面形式為開口薄壁U型，梁寬分為5.21 m，5.41 m，5.61 m 3個(gè)梯檔，梁高1.80 m，底板標(biāo)準(zhǔn)厚度0.26 m，腹板厚度0.26～0.38 m，“一聯(lián)多片”式先張法工藝施工，鋼束全部采用直線形式，布置在底板上，張拉臺(tái)座采用“樁基+筏板”式結(jié)構(gòu)。

2? ? 臺(tái)座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)擬定

2.1? 臺(tái)座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)工程地質(zhì)情況及設(shè)計(jì)要求合理進(jìn)行張拉臺(tái)座的施工設(shè)計(jì)，案例中預(yù)制U梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑為30 m，其余配跨22～35 m不等，根據(jù)成熟案例及經(jīng)驗(yàn)，本文所述臺(tái)座抗傾覆的穩(wěn)定計(jì)算模型選擇“一聯(lián)兩片式”張拉臺(tái)座長度為85 m，具體設(shè)計(jì)如下：

抗拔樁的樁徑、數(shù)量及布置方式，根據(jù)臺(tái)座受力反算求得，本文先設(shè)定位于粘土層的張拉臺(tái)座每個(gè)反力墩的抗拔樁（鉆孔灌注樁）布置4個(gè)，臺(tái)座端頭位置采用水泥土攪拌樁加固，反力墩砼強(qiáng)度等級(jí)不低于C40，其余砼強(qiáng)度等級(jí)不低于C30。

反力墩為張拉或是固定端，是整個(gè)張拉臺(tái)座結(jié)構(gòu)荷載最為集中的地方。支撐臺(tái)座設(shè)計(jì)為兩條上翻梁，直接承受上部荷載，在臺(tái)座上L1位置處增加2道次梁，L2位置處增加3道次梁連接到L1。臺(tái)座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型具體如圖1—2所示。

2.2? 端頭抗拔樁設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)定

抗拔樁樁長24 m，截面類型為圓形，樁徑1 200 mm，樁身重度25.00 kN/m?。樁位巖土參數(shù)如表1所示，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，預(yù)應(yīng)力采用直徑15.2 mm高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk=1 860 MPa，截面面積140 mm2，錨下張拉控制應(yīng)力為0.7 fpk。預(yù)應(yīng)力鋼絞線配束107根，張拉工藝采用單端整體張拉。

3? ? 臺(tái)座抗傾覆穩(wěn)定性分析

3.1? 樁抗拔承載力計(jì)算

臺(tái)座抗傾覆計(jì)算執(zhí)行規(guī)范《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008），本文簡稱《樁基規(guī)范》。非整體破壞抗拔承載力計(jì)算如下。

（1）計(jì)算基樁自重Gp。根據(jù)《樁基規(guī)范》5.4.5式5.4.5-2計(jì)算，地下水位以下取浮重度。

樁身自重：G'p：G'p=Ap[γpHuw+（γp﹣γw）Hdw]

非擴(kuò)底樁：Gp=G'p=409.64 kN

（2）基樁非整體破壞的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Tuk。基樁的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值（根據(jù)《樁基規(guī)范》5.4.6式5.4.6-1）：

Tuk=7 111.279 kN

（3）計(jì)算基樁抗拔極載力Tu。計(jì)算基樁抗抗承載力Tu（根據(jù)《樁基規(guī)范》5.4.5式5.4.5-2計(jì)算）：

非整體破壞抗拔承載力：3 965.28? kN。

3.2? 臺(tái)座抗傾覆計(jì)算

（1）預(yù)應(yīng)力張拉傾覆力矩計(jì)算。

預(yù)應(yīng)力張拉應(yīng)力：

δk=0.7Rhy=0.7×1 862 MPa=1 302 MPa

由N=η·δk·Ay·n

則N=1.05×1 302×140×107=20 480 kN

考慮最不利位置傾覆力矩：

Moy=N·（h1+1）=20 480×（0.95+1）=39 936 kN·m

（2）抗傾覆力矩安全系數(shù)計(jì)算。假定臺(tái)座傾覆力矩均由抗拔樁承擔(dān)，抗拔樁力距L3按6.25 m計(jì)算，則抗拔樁所受拔力N1為：

單樁所受拔力為：F拔=1 598/4=400 kN

由樁基抗拔計(jì)算，則總抗拔力標(biāo)準(zhǔn)值為：

N2=Qsk×4=3 965×4=15 860 kN

抗傾覆力矩：Mr=N2×L3=15 860×6.25=99 125 kN

抗傾覆力矩安全系數(shù)為：

K1=Mr/Moy=99 125/39 936=2.48≥1.5

所以抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。

張拉臺(tái)座的受力性能分析，除了臺(tái)座的抗傾覆計(jì)算外，尚且對(duì)板沖切承載力計(jì)算，抗滑移計(jì)算，臺(tái)座的承載力進(jìn)行計(jì)算，本文不再表述。

4? ? 變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

4.1? 監(jiān)測(cè)方法

臺(tái)座的抗傾覆監(jiān)測(cè)以沉降（隆起）觀測(cè)為主，輔以地面及結(jié)構(gòu)的裂紋觀察。以樁基橫軸為一個(gè)觀測(cè)斷面，在距反力墩1 m位置各增加一個(gè)觀測(cè)斷面，每個(gè)觀測(cè)斷面各布置5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，每條張拉臺(tái)座每個(gè)端部共計(jì)布置20個(gè)沉降（隆起）觀測(cè)點(diǎn)。觀測(cè)頻率每天1次，臺(tái)座張拉使用后，及時(shí)補(bǔ)觀測(cè)1次。

4.2? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)頻率，對(duì)每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)位進(jìn)行臺(tái)座階段張拉后的數(shù)據(jù)觀測(cè)、收集、整理與統(tǒng)計(jì)，通過對(duì)20個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)整理發(fā)現(xiàn)，靠近張拉位置的臺(tái)座結(jié)構(gòu)位移數(shù)據(jù)變化并不明顯，遠(yuǎn)離張拉位置的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。本文選擇樁基橫軸及反力墩外側(cè)兩個(gè)斷面進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，其中，D1～D5為樁基橫軸線上的5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，D6～D10為反力墩外側(cè)斷面的5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，具體如表2所示。

4.3? 監(jiān)測(cè)結(jié)論

對(duì)20個(gè)觀測(cè)點(diǎn)位進(jìn)行連續(xù)不間斷觀測(cè)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后得出：20個(gè)觀測(cè)點(diǎn)位在臺(tái)座張拉達(dá)50次時(shí)，地面最大隆起數(shù)據(jù)不超過0.13 mm，且所有觀測(cè)點(diǎn)位在張拉超過10次后，數(shù)據(jù)不呈現(xiàn)明顯增長。

5? ? 結(jié)語

（1）通過累計(jì)50次的張拉階段數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，布置的20個(gè)觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)均為正值，表現(xiàn)為臺(tái)座受力后，地面呈傾覆隆起現(xiàn)象。且樁基橫軸向的觀測(cè)斷面的隆起數(shù)據(jù)變化較小，而外側(cè)斷面的數(shù)據(jù)變化幅度較大。

（2）在臺(tái)座張拉次數(shù)達(dá)到20次時(shí)，各觀測(cè)點(diǎn)位的數(shù)據(jù)變化幅度開始變小，數(shù)據(jù)慢慢趨于穩(wěn)定，且通過外觀觀察，地面并無明顯的裂紋。

（3）根據(jù)累計(jì)張拉試驗(yàn)的數(shù)據(jù)觀測(cè)結(jié)果，提出在“一聯(lián)多片”式張拉臺(tái)座的設(shè)計(jì)案例下，采用“樁基+筏板”式的張拉臺(tái)座在技術(shù)上是可行且穩(wěn)定的。同時(shí)，該臺(tái)座實(shí)用性強(qiáng)，張拉工效高。樁基及筏板設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇和優(yōu)化，應(yīng)以工程地質(zhì)情況及受力驗(yàn)算為依據(jù)。

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