浅谈先张法预应力桩基式台座的测试研究

林慧东

【摘要】本文介绍了1500吨先张法预应力桩基式台座的结构形式。通过对桩基式台座的结构分析了台座的测试研究内容，说明了1500吨桩基式台座的结构简单，设计合理以及施工方便

【关键词】先张法 预应力；桩基；台座

1.概述

预应力混凝土是较为成熟的施工工艺和先进的结构型式，这种结构可以提高结构的性能，不易出现或者是推迟出现裂缝。随着科技的不断发展和进步，预应力混凝土已经应用到很多领域中来。由于该台座张拉吨位和本身结构几何尺寸均十分庞大，且对地基基础要求高，而新会预制厂处于软弱基础上，在此建造1500吨预应力先张法张拉台座是十分不利的。为了验证其受力的合理性，需要对其进行现场试验测试，评判其设计的合理性及其工作的安全性。并为今后建造更大型张拉台座提供设计依据。

2.桩基式台座评述

桩基式结构，预制场选址受征地条件限制，处于沿海软弱地基区，根据地质详勘报告及现场钻孔，淤泥层厚8～24m不等。施工方案根据以上情况布置预制梁台座，经各方面技術经济比较，拟定以高强预应力砼（PHC）管桩配钢筋砼梁的方法处理预制台座，以确保工余沉降不影响预制梁成品质量。新会预制场先张法台座预应力梁张拉荷载标准值取1500吨。其预应力梁张拉台座张拉端立面如图1所示。

图1 1500吨预应力梁张拉台座张拉端立面图

图中尺寸单位以mm计；单端台座混凝土方量183.7m3；台座结构采用C40混凝土，底模采用C30混凝土；每条作业线布置4台600t液压千斤顶，千斤顶行程500mm以上；砼底模面及顶柱面的标高应严格控制，抹光面，误差应控制在±1.5mm之内；台座端顶柱与中间顶柱面标高一致，底模面标高比中间顶柱面标高高出50mm；牛腿面镶大钢板，用经纬仪控制两个方向的垂直度，并使各牛腿在同一平面上。另外，还要保证传力钢板与两侧的顶柱端面钢板贴紧。

图2 1500t预应力张拉台座张拉图3 1500t预应力张拉台座张拉端桩基平面布置图端桩基础立面布置图

图2所示为1500吨预应力张拉台座张拉端桩基础立面布置图，图3所示1500吨预应力张拉台座张拉端桩基础平面布置图，图中尺寸单位为mm；台座张拉端及非张拉端桩基础采用直径400mm的PHC桩；PHC桩入土深度按照贯入度控制；桩顶进入台座10cm，桩顶以下8m范围内设置桩芯混凝土（微膨胀）。由于现场地质条件较差，地基承载力难以满足地基反力要求，需在台座下部布置桩基础，现采用 PHC桩，桩长暂定28m，停锤标准以贯入度控制为主，标高控制为辅，最后10锤贯入度不大于5cm，单桩承载力按N=1000kN要求，单桩承载力按100吨取值。根据旁边已建成使用的600t台座的经验，台座桩基础的布置参照以往的经验。

3结构测试内容

3.1张拉台座受力工况

根据大梁预制工艺，台座共有三种受力状态：（1）预应力索张拉完毕，未浇注大梁水泥混凝土，这时台座受张拉水平力Px=15000 kN，同时还有Px产生的附加弯矩My。（2）预应力索张拉完毕，且已浇注完大梁水泥混凝土，此时，除出现Px和My，还有大梁自重传给台座的分布压力qz。（3）预应力索剪断后，大梁未移走，此时仅有qz。要对该结构进行各状态下的精确计算是很困难的，从施工角度来讲也没有必要。但必须抓住主要矛盾，找出危险状态。从以往的经验可知，台座破坏大都出现在第一状态下。因此，这里只对第一状态进行数值计算，并通过试验测试验证其可靠性。第二状态是在第一状态上增加了一层梁的自重，分析可知，这时将会更加安全；对第三状态，按弹性地基上的梁近似分析，来评估其安全性。

3.2桩基式台座测试要点

为了明确桩基式台座的受力机理，指导设计并采取有效的措施弥补现有的张拉方式的不足。在不同的施工张拉工况下，探明台座的应力分布状态以及挠度变化情况。反算出的单桩的承载力以及台座的传力机制，从总体上评价台座的稳定性和安全冗度。通过测试预应力筋张拉前、后预制梁底模的应力变化情况及挠度变化情况，检验其工作性能。

3.3张拉台座钢梁局部应力

张拉钢梁结构是由两条竖向钢梁及两条水平钢梁组成，竖向钢梁主要承受千斤顶产生的推力，水平钢梁主要用于锚固钢筋，承受张拉钢筋时由钢筋产生的反力。钢梁采用A3钢材，面板均采用6cm钢板，腹板采用4cm钢板，加强肋采用4cm钢板，张拉钢筋时其锚固端贴4cm厚钢板，钢筋端部配2cm厚钢垫片。

根据理论分析结果，在大吨位预应力束的作用下，结构端部形成很高的局部接触压应力和与荷载轴线方向垂直的拉应力，尤其在锚下局压区域存在较大的竖向拉应力，局部区域应力峰值很高，致使局压区域产生沿钢束走向的裂缝，因此必须加强锚下局部的构造处理措施，防止锚下钢梁的开裂。为了准确模拟千斤顶作用点和钢筋锚固区局部应力分布情况，确保试验模型测点位置正确，在试验开展之前，利用ANSYS对千斤顶张拉及钢筋锚固区进行有限元分析。在此基础上，通过在张拉钢梁上布设钢筋及混凝土应变片，测试水平钢横梁及竖直钢梁的局部应力分布状态，以及锚垫板应力分布情况。

总结

台座张拉吨位和本身结构几何尺寸均十分庞大，且对地基基础要求高，为了验证其受力的合理性，需要对其进行现场试验测试，评判其设计的合理性及其工作的安全性。并为今后建造更大型张拉台座提供设计依据。

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