Padma多用途桥梁钢管桩荷载加载系统设计

 张克

 (中铁大桥局集团有限公司  武汉  430050)

摘要结合Padma多用途桥梁工程的锚固桩反力架法试桩结果实例，介绍了该桥桩基荷载试验施工方案，以及具体的施工布置、施工注意事项；同时对试桩的大临结构进行理论分析及计算研究，为基桩试验工作和钢管桩设计试桩的应用提供经验参考。

关键词  钢管桩荷载试验反力架

 Padma多用途桥梁工程的荷载试验钢管桩直径为1.5 m，壁厚占为60 mm；试验分为2个工况，第一工况钢管桩试验人土段高程由- 55. 00m至-85. 00 m；第二工况钢管桩试验人土段高程由-85.00 m至-115. 00 m；钢管桩人土深度均为30 m。

 试验钢管桩顶面设置4台12 MN千斤顶，通过起顶反力架，将其反力传递至试验钢管桩上，最大加载至40 MN。

 反力架为千斤顶提供反向支撑作用，其结构为空间正交三角架，共4片三角架，三角架各杆件连接均采取销接，每片三角架对应4根抗拔桩，通过锚梁及螺杆将三角架锚固于抗拔桩上，由抗拔桩承受千斤顶起顶时产生的竖向拉力荷载。

 常规反力架主要由纵横向交错布置的反力梁组成，通过反力梁将竖向荷载传递至锚固系统。而Padma多用途桥梁工程的钢管桩荷载试验因受地质条件及荷载值大等条件影响，若采用常规纵横向交错布置的反力梁，其反力梁在弯剪作用下使得截面尺寸大幅度增大，结构笨重，经济性欠佳；而通过将两两相邻杆件销接组合而成的三角架，可使得反力在竖向荷载作用下，各杆件均只有轴向压力或拉力，这样可以有效减小截面尺寸，从而减轻结构重量，更具有经济性。

1  工程简介

 孟加拉国Padma多用途桥梁，位于首都达卡偏西南约40 km处，横跨Padma河（恒河），是连接Mawa与JanjiRa的主要交通要道。

 跨Padma河的双层钢桁混凝土结合梁主桥，由41孔6×(6×150 m)+(5×150 m)的钢混结合连续梁组成，全桥长6.15 km。双层桥面布置，下层为单线米轨铁路，上层为双向4车道公路。

 主桥共42墩，其中有40个水中墩，2个岸边过渡墩。水中墩每墩有6根外径为3.0 m的钢斜桩，斜度1:6。钢管桩荷载试桩直径为1.5 m，试验荷载需加载至不小于40 MN而钢管桩不发生破坏，桩身试验段的上部需加套筒，隔绝该部分的桩身摩擦。

2钢管桩荷载试桩结构

 钢管桩荷载试桩位置共10处。各桩桩顶高程均为+6. 00 m，TDIA，TDIC，TD2A，TD3A，TD4A桩底高程为- 85. 00 m；TDIB，TD2B，TD3B，TD3C，TD4B桩底高程为-115. 00 m。

 钢管桩荷载试桩试验段分为2个区域，其中TDIA，TDIC，TD2A，TD3A，TD4A试验段区域为桩身高程-55. 00 m至桩底高程为-85. 00 m;而TDIB，TD2B，TD3B，TD3C，TD4B试验段区域为桩身高程-85. 00 m至桩底高程为-115. 00 m。

 钢管桩荷载试桩试验段的上部（即非试验段区域）设置隔离套筒，其直径均为2.0 m，用于隔绝该部分的试桩桩身与土之间的摩阻力。试验荷载需加载至不小于40 MN而钢管桩不发生破坏，实际施工时加载至42 MN，钢管桩荷载试桩达到稳定且未发生破坏。钢管桩荷载试桩与隔离护筒之间设置支撑导向，其作用为增强试桩在加载受力后结构的稳定。

钢管桩荷载试桩结构图见图1。

3钢管桩荷载试桩施工设计

 (1)施工设计基本参数。①最大试桩荷载40MN；②抗拔桩数量16根；③反力架结构自重668.8 t；④结构不均衡受力系数1.3。

 (2)施工设计的基本构造。钢管桩荷载试桩施工设计结构组成包含：反力架（由立柱、拉杆、横撑及销轴组成）、连接系、分配梁、螺杆、抗拔桩。

 反力架中立柱、拉杆及横撑由销轴连接，组成空间正交三角架，共4个三角架，每个三角架最前端设置连接点，并与十字形分配梁通过销轴进行连接，单个连接点处对应抗拔桩为4根，抗拔桩上设置锚梁，通过螺杆与十字形分配梁进行连接。反力架立柱底端设置4台YD12000千斤顶，其顶推力为12 116 kN，行程为300 mm。由千斤顶起顶对钢管桩荷载试桩进行加载，千斤顶加载时产生的反力由反力架支撑。

荷载试桩施工立面结构图见图2；荷载试桩施工平面结构图见图3。

 (3)相关结构计算分析。采用midas civil有限元计算软件建立计算模型进行结构受力分析。

 反力架中的立柱、拉杆及横撑均采用梁单元模拟，因实际结构为铰接，故拉杆两端释放转动自由度，且在横撑与立柱连接处，释放横撑端头转动自由度。

 分配梁采用梁单元模拟，分配梁与反力架采用弹性连接中的一般连接方式，分配梁为简支结构，故输入一般连接方式中的dx，dy及dz方向的刚度参数，释放其余转动约束。

 钢管桩采用梁单元模拟，并计算出钢管桩嵌固点的人土深度，在此深度处对钢管桩进行约束；钢管桩与分配梁采用弹性连接中的一般连接方式，分配梁为简支结构，故输入一般连接方式中的dr，dy及dz方向的刚度参数，释放其余转动约束。

各构件的轴向应力图见图4；各构件的弯曲应力图见图5。

 经计算分析，反力架中各构件主要承受轴向拉、压力，而剪切力及弯矩最大值的区域主要分布在分配梁中。其中反力架及分配梁各构件的强度及稳定性应满足文献[1]中的相关设计要求；钢管桩受力计算应满足文献[2-3]中的相关设计要求。

4施工控制原则

 (1)施工过程中4台千斤顶加载需保持同步加载，允许偏差控制在500 kN以内。

 (2)锚桩共16根，分为4组，每组为4根，打桩施工中每组（4根桩）相对分配梁（十字梁）中心点精度要求：定位偏差小于100 mm，桩垂直度按小于1／200控制。

 (3)施工中保证桩头与锚桩的焊接质量。

 (4)若施工时，实际水位与设计水位有偏差，可适当调整锚桩标高，确保锚桩露出水面。

 (5)所有锚桩标高均要保持在同一标高。

5  制造说明

 (1)制造厂家应针对所加工构件的结构特点，进行相应的工艺评定试验，制定钢结构加工工艺细则，并严格执行。

 (2)立柱、拉杆、横撑及十字梁等结构的焊缝为一级焊缝，焊缝质量满足相关一级焊缝规范要求，焊缝需要做100%的探伤实验。

 (3)用于同一销轴的各板件的开孔中心在同一水平直线上，保证安装精度需求。

6  施工注意事项

 (1)风力大于6级时，禁止作业，并做好相应防风措施。

 (2)施工单位与监控单位必须制定详细合理的监控方案，对结构系统各构件在作业过程中的强度值、变形值等进行完整详细的监控。

 (3)合理安排施工作业的空间，临时结构吊装及拆除作业由施工方自行制定方案。

 (4)锚桩入土深度根据承载力和贯入度双控，锚桩顶部锚固架的位置根据锚桩打入精度适当调整。

7结语

 Padma大桥横跨Padma河，是孟加拉国目前规模最大的桥梁工程。该大桥为一座公铁两用大桥，全长逾6 km，将把孟加拉南部21个区与首都达卡相连，而且还将成为中国泛亚铁路的重要组成部分。该大桥工程是迄今为止中国企业承建的最大国际桥梁项目。