“一聯多片”先張U型梁張拉臺座抗傾覆穩定性設計分析

李磊 王鵬 馬磊 劉波 趙良俊

摘? ?要：結合某軌道交通工程預制U型梁工程實例，采用“樁基+筏板”一聯多片式長線法張拉臺座，設計時進行臺座的抗傾覆穩定計算，通過超過50次的現場張拉試驗，以數據統計分析臺座的變形情況。根據累計張拉試驗的數據觀測結果，提出在“一聯多片”張拉臺座的設計案例下，采用“樁基+筏板”式的張拉臺座在技術上是可行且穩定的。

關鍵詞：一聯多片;U梁;張拉臺座;拉應力;抗傾覆穩定性

U梁生產越來越多地采用“一聯多片”先張法臺座，其施工技術的關鍵是預應力在反力墩的張拉與固定。但是在拉應力的作用下，臺座及下方的土體容易發生“向上起拱”，從而造成質量事故。本文以某城市軌道交通工程預制U梁為實例，提出一種“樁基+筏板”式的張拉臺座施工技術，以張拉后的數據統計分析為依據，驗證該施工技術可行且穩定，為類似工程提供參考。

1? ? 工程概況

某城際軌道交通工程，區間高架橋梁結構部分采用預制U梁形式，全線U梁總計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個梯檔，梁高1.80 m，底板標準厚度0.26 m，腹板厚度0.26～0.38 m，“一聯多片”式先張法工藝施工，鋼束全部采用直線形式，布置在底板上，張拉臺座采用“樁基+筏板”式結構。

2? ? 臺座結構設計及參數擬定

2.1? 臺座結構設計

根據工程地質情況及設計要求合理進行張拉臺座的施工設計，案例中預制U梁標準跨徑為30 m，其余配跨22～35 m不等，根據成熟案例及經驗，本文所述臺座抗傾覆的穩定計算模型選擇“一聯兩片式”張拉臺座長度為85 m，具體設計如下：

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

反力墩為張拉或是固定端，是整個張拉臺座結構荷載最為集中的地方。支撐臺座設計為兩條上翻梁，直接承受上部荷載，在臺座上L1位置處增加2道次梁，L2位置處增加3道次梁連接到L1。臺座結構設計模型具體如圖1—2所示。

2.2? 端頭抗拔樁設計參數設定

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?。樁位巖土參數如表1所示，根據設計要求，預應力采用直徑15.2 mm高強度低松弛預應力鋼絞線，標準強度fpk=1 860 MPa，截面面積140 mm2，錨下張拉控制應力為0.7 fpk。預應力鋼絞線配束107根，張拉工藝采用單端整體張拉。

3? ? 臺座抗傾覆穩定性分析

3.1? 樁抗拔承載力計算

臺座抗傾覆計算執行規范《建筑樁基技術規范》（JGJ 94—2008），本文簡稱《樁基規范》。非整體破壞抗拔承載力計算如下。

（1）計算基樁自重Gp。根據《樁基規范》5.4.5式5.4.5-2計算，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準值Tuk。基樁的抗拔極限承載力標準值（根據《樁基規范》5.4.6式5.4.6-1）：

Tuk=7 111.279 kN

（3）計算基樁抗拔極載力Tu。計算基樁抗抗承載力Tu（根據《樁基規范》5.4.5式5.4.5-2計算）：

非整體破壞抗拔承載力：3 965.28? kN。

3.2? 臺座抗傾覆計算

（1）預應力張拉傾覆力矩計算。

預應力張拉應力：

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計算。假定臺座傾覆力矩均由抗拔樁承擔，抗拔樁力距L3按6.25 m計算，則抗拔樁所受拔力N1為：

單樁所受拔力為：F拔=1 598/4=400 kN

由樁基抗拔計算，則總抗拔力標準值為：

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為：

K1=Mr/Moy=99 125/39 936=2.48≥1.5

所以抗傾覆穩定性滿足要求。

張拉臺座的受力性能分析，除了臺座的抗傾覆計算外，尚且對板沖切承載力計算，抗滑移計算，臺座的承載力進行計算，本文不再表述。

4? ? 變形監測數據分析

4.1? 監測方法

臺座的抗傾覆監測以沉降（隆起）觀測為主，輔以地面及結構的裂紋觀察。以樁基橫軸為一個觀測斷面，在距反力墩1 m位置各增加一個觀測斷面，每個觀測斷面各布置5個觀測點，每條張拉臺座每個端部共計布置20個沉降（隆起）觀測點。觀測頻率每天1次，臺座張拉使用后，及時補觀測1次。

4.2? 數據統計與分析

根據監測頻率，對每個觀測點位進行臺座階段張拉后的數據觀測、收集、整理與統計，通過對20個觀測點的數據整理發現，靠近張拉位置的臺座結構位移數據變化并不明顯，遠離張拉位置的數據呈現上升趨勢。本文選擇樁基橫軸及反力墩外側兩個斷面進行數據統計分析，其中，D1～D5為樁基橫軸線上的5個觀測點，D6～D10為反力墩外側斷面的5個觀測點，具體如表2所示。

4.3? 監測結論

對20個觀測點位進行連續不間斷觀測，經統計分析后得出：20個觀測點位在臺座張拉達50次時，地面最大隆起數據不超過0.13 mm，且所有觀測點位在張拉超過10次后，數據不呈現明顯增長。

5? ? 結語

（1）通過累計50次的張拉階段數據統計，布置的20個觀測點數據均為正值，表現為臺座受力后，地面呈傾覆隆起現象。且樁基橫軸向的觀測斷面的隆起數據變化較小，而外側斷面的數據變化幅度較大。

（2）在臺座張拉次數達到20次時，各觀測點位的數據變化幅度開始變小，數據慢慢趨于穩定，且通過外觀觀察，地面并無明顯的裂紋。

（3）根據累計張拉試驗的數據觀測結果，提出在“一聯多片”式張拉臺座的設計案例下，采用“樁基+筏板”式的張拉臺座在技術上是可行且穩定的。同時，該臺座實用性強，張拉工效高。樁基及筏板設計參數的選擇和優化，應以工程地質情況及受力驗算為依據。

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