淺談先張法預應力樁基式臺座的測試研究

林慧東

【摘要】本文介紹了1500噸先張法預應力樁基式臺座的結構形式。通過對樁基式臺座的結構分析了臺座的測試研究內(nèi)容，說明了1500噸樁基式臺座的結構簡單，設計合理以及施工方便

【關鍵詞】先張法 預應力；樁基；臺座

1.概述

預應力混凝土是較為成熟的施工工藝和先進的結構型式，這種結構可以提高結構的性能，不易出現(xiàn)或者是推遲出現(xiàn)裂縫。隨著科技的不斷發(fā)展和進步，預應力混凝土已經(jīng)應用到很多領域中來。由于該臺座張拉噸位和本身結構幾何尺寸均十分龐大，且對地基基礎要求高，而新會預制廠處于軟弱基礎上，在此建造1500噸預應力先張法張拉臺座是十分不利的。為了驗證其受力的合理性，需要對其進行現(xiàn)場試驗測試，評判其設計的合理性及其工作的安全性。并為今后建造更大型張拉臺座提供設計依據(jù)。

2.樁基式臺座評述

樁基式結構，預制場選址受征地條件限制，處于沿海軟弱地基區(qū)，根據(jù)地質詳勘報告及現(xiàn)場鉆孔，淤泥層厚8～24m不等。施工方案根據(jù)以上情況布置預制梁臺座，經(jīng)各方面技術經(jīng)濟比較，擬定以高強預應力砼（PHC）管樁配鋼筋砼梁的方法處理預制臺座，以確保工余沉降不影響預制梁成品質量。新會預制場先張法臺座預應力梁張拉荷載標準值取1500噸。其預應力梁張拉臺座張拉端立面如圖1所示。

圖1 1500噸預應力梁張拉臺座張拉端立面圖

圖中尺寸單位以mm計；單端臺座混凝土方量183.7m3；臺座結構采用C40混凝土，底模采用C30混凝土；每條作業(yè)線布置4臺600t液壓千斤頂，千斤頂行程500mm以上；砼底模面及頂柱面的標高應嚴格控制，抹光面，誤差應控制在±1.5mm之內(nèi)；臺座端頂柱與中間頂柱面標高一致，底模面標高比中間頂柱面標高高出50mm；牛腿面鑲大鋼板，用經(jīng)緯儀控制兩個方向的垂直度，并使各牛腿在同一平面上。另外，還要保證傳力鋼板與兩側的頂柱端面鋼板貼緊。

圖2 1500t預應力張拉臺座張拉圖3 1500t預應力張拉臺座張拉端樁基平面布置圖端樁基礎立面布置圖

圖2所示為1500噸預應力張拉臺座張拉端樁基礎立面布置圖，圖3所示1500噸預應力張拉臺座張拉端樁基礎平面布置圖，圖中尺寸單位為mm；臺座張拉端及非張拉端樁基礎采用直徑400mm的PHC樁；PHC樁入土深度按照貫入度控制；樁頂進入臺座10cm，樁頂以下8m范圍內(nèi)設置樁芯混凝土（微膨脹）。由于現(xiàn)場地質條件較差，地基承載力難以滿足地基反力要求，需在臺座下部布置樁基礎，現(xiàn)采用 PHC樁，樁長暫定28m，停錘標準以貫入度控制為主，標高控制為輔，最后10錘貫入度不大于5cm，單樁承載力按N=1000kN要求，單樁承載力按100噸取值。根據(jù)旁邊已建成使用的600t臺座的經(jīng)驗，臺座樁基礎的布置參照以往的經(jīng)驗。

3結構測試內(nèi)容

3.1張拉臺座受力工況

根據(jù)大梁預制工藝，臺座共有三種受力狀態(tài)：（1）預應力索張拉完畢，未澆注大梁水泥混凝土，這時臺座受張拉水平力Px=15000 kN，同時還有Px產(chǎn)生的附加彎矩My。（2）預應力索張拉完畢，且已澆注完大梁水泥混凝土，此時，除出現(xiàn)Px和My，還有大梁自重傳給臺座的分布壓力qz。（3）預應力索剪斷后，大梁未移走，此時僅有qz。要對該結構進行各狀態(tài)下的精確計算是很困難的，從施工角度來講也沒有必要。但必須抓住主要矛盾，找出危險狀態(tài)。從以往的經(jīng)驗可知，臺座破壞大都出現(xiàn)在第一狀態(tài)下。因此，這里只對第一狀態(tài)進行數(shù)值計算，并通過試驗測試驗證其可靠性。第二狀態(tài)是在第一狀態(tài)上增加了一層梁的自重，分析可知，這時將會更加安全；對第三狀態(tài)，按彈性地基上的梁近似分析，來評估其安全性。

3.2樁基式臺座測試要點

為了明確樁基式臺座的受力機理，指導設計并采取有效的措施彌補現(xiàn)有的張拉方式的不足。在不同的施工張拉工況下，探明臺座的應力分布狀態(tài)以及撓度變化情況。反算出的單樁的承載力以及臺座的傳力機制，從總體上評價臺座的穩(wěn)定性和安全冗度。通過測試預應力筋張拉前、后預制梁底模的應力變化情況及撓度變化情況，檢驗其工作性能。

3.3張拉臺座鋼梁局部應力

張拉鋼梁結構是由兩條豎向鋼梁及兩條水平鋼梁組成，豎向鋼梁主要承受千斤頂產(chǎn)生的推力，水平鋼梁主要用于錨固鋼筋，承受張拉鋼筋時由鋼筋產(chǎn)生的反力。鋼梁采用A3鋼材，面板均采用6cm鋼板，腹板采用4cm鋼板，加強肋采用4cm鋼板，張拉鋼筋時其錨固端貼4cm厚鋼板，鋼筋端部配2cm厚鋼墊片。

根據(jù)理論分析結果，在大噸位預應力束的作用下，結構端部形成很高的局部接觸壓應力和與荷載軸線方向垂直的拉應力，尤其在錨下局壓區(qū)域存在較大的豎向拉應力，局部區(qū)域應力峰值很高，致使局壓區(qū)域產(chǎn)生沿鋼束走向的裂縫，因此必須加強錨下局部的構造處理措施，防止錨下鋼梁的開裂。為了準確模擬千斤頂作用點和鋼筋錨固區(qū)局部應力分布情況，確保試驗模型測點位置正確，在試驗開展之前，利用ANSYS對千斤頂張拉及鋼筋錨固區(qū)進行有限元分析。在此基礎上，通過在張拉鋼梁上布設鋼筋及混凝土應變片，測試水平鋼橫梁及豎直鋼梁的局部應力分布狀態(tài)，以及錨墊板應力分布情況。

總結

臺座張拉噸位和本身結構幾何尺寸均十分龐大，且對地基基礎要求高，為了驗證其受力的合理性，需要對其進行現(xiàn)場試驗測試，評判其設計的合理性及其工作的安全性。并為今后建造更大型張拉臺座提供設計依據(jù)。

參考文獻：

[1]周加勝，魏玉峰，李樹東.新型先張法臺座的制作及張拉工藝的改進[J].山東交通科技，2002，02：35-36.

[2]孟祥馬. 先張法預應力臺座的設計要點[J]. 黑龍江交通科技，2010，07：122-123.

[3]劉小燕， 顏東煌， 張 峰， 等.預應力高強混凝土梁極限承載力分析[J].中國公路學報， 2007， 19（1）： 58- 61.

[4]馮會芳，王有金. 談天津港南疆新建構件預制廠設計思路[J]. 港工技術，2005，02：28-29.

[5]沈陽云. 東海大橋回填海灘區(qū)域鋼樁碼頭設計與施工[J]. 施工技術，2004，05：64-66.

[6]秦振華，陳國棟. 大直徑PHC樁在沿海地基處理中的應用[J]. 工業(yè)建筑，2014，S1：604-607+598.

[7]陳紹華，陳清冰. 瓜達爾港口項目施工技術總結[J]. 華南港工，2004，03：6-16.

[8]陳斌，陳光福，秦體達. 先張法墩板式張拉臺座的設計與研究[J]. 水運工程，2001，07：8-1