“一联多片”先张U型梁张拉台座抗倾覆稳定性设计分析

李磊 王鹏 马磊 刘波 赵良俊

摘   要：结合某轨道交通工程预制U型梁工程实例，采用“桩基+筏板”一联多片式长线法张拉台座，设计时进行台座的抗倾覆稳定计算，通过超过50次的现场张拉试验，以数据统计分析台座的变形情况。根据累计张拉试验的数据观测结果，提出在“一联多片”张拉台座的设计案例下，采用“桩基+筏板”式的张拉台座在技术上是可行且稳定的。

关键词：一联多片;U梁;张拉台座;拉应力;抗倾覆稳定性

U梁生产越来越多地采用“一联多片”先张法台座，其施工技术的关键是预应力在反力墩的张拉与固定。但是在拉应力的作用下，台座及下方的土体容易发生“向上起拱”，从而造成质量事故。本文以某城市轨道交通工程预制U梁为实例，提出一种“桩基+筏板”式的张拉台座施工技术，以张拉后的数据统计分析为依据，验证该施工技术可行且稳定，为类似工程提供参考。

1    工程概况

某城际轨道交通工程，区间高架桥梁结构部分采用预制U梁形式，全线U梁总计1 500余片，梁长22～35 m不等，断面形式为开口薄壁U型，梁宽分为5.21 m，5.41 m，5.61 m 3个梯档，梁高1.80 m，底板标准厚度0.26 m，腹板厚度0.26～0.38 m，“一联多片”式先张法工艺施工，钢束全部采用直线形式，布置在底板上，张拉台座采用“桩基+筏板”式结构。

2    台座结构设计及参数拟定

2.1  臺座结构设计

根据工程地质情况及设计要求合理进行张拉台座的施工设计，案例中预制U梁标准跨径为30 m，其余配跨22～35 m不等，根据成熟案例及经验，本文所述台座抗倾覆的稳定计算模型选择“一联两片式”张拉台座长度为85 m，具体设计如下：

抗拔桩的桩径、数量及布置方式，根据台座受力反算求得，本文先设定位于粘土层的张拉台座每个反力墩的抗拔桩（钻孔灌注桩）布置4个，台座端头位置采用水泥土搅拌桩加固，反力墩砼强度等级不低于C40，其余砼强度等级不低于C30。

反力墩为张拉或是固定端，是整个张拉台座结构荷载最为集中的地方。支撑台座设计为两条上翻梁，直接承受上部荷载，在台座上L1位置处增加2道次梁，L2位置处增加3道次梁连接到L1。台座结构设计模型具体如图1—2所示。

2.2  端头抗拔桩设计参数设定

抗拔桩桩长24 m，截面类型为圆形，桩径1 200 mm，桩身重度25.00 kN/m?。桩位岩土参数如表1所示，根据设计要求，预应力采用直径15.2 mm高强度低松弛预应力钢绞线，标准强度fpk=1 860 MPa，截面面积140 mm2，锚下张拉控制应力为0.7 fpk。预应力钢绞线配束107根，张拉工艺采用单端整体张拉。

3    台座抗倾覆稳定性分析

3.1  桩抗拔承载力计算

台座抗倾覆计算执行规范《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008），本文简称《桩基规范》。非整体破坏抗拔承载力计算如下。

（1）计算基桩自重Gp。根据《桩基规范》5.4.5式5.4.5-2计算，地下水位以下取浮重度。

桩身自重：G'p：G'p=Ap[γpHuw+（γp﹣γw）Hdw]

非扩底桩：Gp=G'p=409.64 kN

（2）基桩非整体破坏的抗拔极限承载力标准值Tuk。基桩的抗拔极限承载力标准值（根据《桩基规范》5.4.6式5.4.6-1）：

Tuk=7 111.279 kN

（3）计算基桩抗拔极载力Tu。计算基桩抗抗承载力Tu（根据《桩基规范》5.4.5式5.4.5-2计算）：

非整体破坏抗拔承载力：3 965.28  kN。

3.2  台座抗倾覆计算

（1）预应力张拉倾覆力矩计算。

预应力张拉应力：

δk=0.7Rhy=0.7×1 862 MPa=1 302 MPa

由N=η·δk·Ay·n

则N=1.05×1 302×140×107=20 480 kN

考虑最不利位置倾覆力矩：

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

（2）抗倾覆力矩安全系数计算。假定台座倾覆力矩均由抗拔桩承担，抗拔桩力距L3按6.25 m计算，则抗拔桩所受拔力N1为：

单桩所受拔力为：F拔=1 598/4=400 kN

由桩基抗拔计算，则总抗拔力标准值为：

N2=Qsk×4=3 965×4=15 860 kN

抗倾覆力矩：Mr=N2×L3=15 860×6.25=99 125 kN

抗倾覆力矩安全系数为：

K1=Mr/Moy=99 125/39 936=2.48≥1.5

所以抗倾覆稳定性满足要求。

张拉台座的受力性能分析，除了台座的抗倾覆计算外，尚且对板冲切承载力计算，抗滑移计算，台座的承载力进行计算，本文不再表述。

4    变形监测数据分析

4.1  监测方法

台座的抗倾覆监测以沉降（隆起）观测为主，辅以地面及结构的裂纹观察。以桩基横轴为一个观测断面，在距反力墩1 m位置各增加一个观测断面，每个观测断面各布置5个观测点，每条张拉台座每个端部共计布置20个沉降（隆起）观测点。观测频率每天1次，台座张拉使用后，及时补观测1次。

4.2  数据统计与分析

根据监测频率，对每个观测点位进行台座阶段张拉后的数据观测、收集、整理与统计，通过对20个观测点的数据整理发现，靠近张拉位置的台座结构位移数据变化并不明显，远离张拉位置的数据呈现上升趋势。本文选择桩基横轴及反力墩外侧两个断面进行数据统计分析，其中，D1～D5为桩基横轴线上的5个观测点，D6～D10为反力墩外侧断面的5个观测点，具体如表2所示。

4.3  监测结论

对20个观测点位进行连续不间断观测，经统计分析后得出：20个观测点位在台座张拉达50次时，地面最大隆起数据不超过0.13 mm，且所有观测点位在张拉超过10次后，数据不呈现明显增长。

5    结语

（1）通过累计50次的张拉阶段数据统计，布置的20个观测点数据均为正值，表现为台座受力后，地面呈倾覆隆起现象。且桩基横轴向的观测断面的隆起数据变化较小，而外侧断面的数据变化幅度较大。

（2）在台座张拉次数达到20次时，各观测点位的数据变化幅度开始变小，数据慢慢趋于稳定，且通过外观观察，地面并无明显的裂纹。

（3）根据累计张拉试验的数据观测结果，提出在“一联多片”式张拉台座的设计案例下，采用“桩基+筏板”式的张拉台座在技术上是可行且稳定的。同时，该台座实用性强，张拉工效高。桩基及筏板设计参数的选择和优化，应以工程地质情况及受力验算为依据。

[参考文献]

[1]林文顺，吴宇平.轨道交通U梁预制施工技术[J].黑龙江交通科技，2019（2）：174-176.

[2]郑涛，张强，刘学.统筹规划、合理配置长线先张法预制U型梁制梁台座[J].工程建设与设计，2019（10）：113-114.

[3]周彬，刘国鹏.一种新型U型梁先张台座的设计与计算[J].黑龙江交通科技，2018（3）：81-83.

[4]李雨函.地铁高架桥U型梁的预制施工技术分析[J].工程技术研究，2018（1）：46-47，152.