PAGE161工程概況XX特大橋鋼桁梁采用鋼管樁臨時支墩配合對稱懸拼的架設方案，鋼管樁采用螺旋焊鋼管，根據各臨時墩設計承載力的大小，鋼管樁尺寸從φ610×10、φ1220×10到φ1420×10不等，各鋼管樁設計參數如表1所示。兩邊跨分別搭設5個臨時支墩用于邊跨鋼桁梁的拼裝，兩主跨跨中搭設兩個臨時支墩作為合龍段鋼桁梁支撐及調整的反力結構（考慮到抗風的穩定性要求，廈門側主跨增加一個臨時支墩g），全橋共采用15個臨時支墩。圖1鋼桁梁懸拼架設示意圖目前廈門側邊跨臨時支墩已經施工完畢，廈門側中跨f號臨時支墩（靠近72號主墩）大部分鋼管樁入土深度超過了25m（設計入土深度27m），另有一根鋼管樁入土深度22m，且使用目前的振動打樁錘無法將其進一步打入地基。由于鋼管樁的豎向承載力與其入土深度有直接的關系，即入土深度越大，其承載力越大，在鋼管樁入土深度沒有達到設計要求的情況下，其承載力沒有保證，因此建議選取f號臨時墩部分鋼管樁進行靜載試驗以測試其豎向承載力。圖2f號臨時墩鋼管樁編號及實際入土深度表1各鋼管樁設計參數墩號abcdef(廈門側)f(深圳側)hf’(廈門側)f’(深圳側)e’d’c’b’a’鋼管樁型號(mm)螺旋焊φ610×10螺旋焊φ610×10螺旋焊φ1220×10螺旋焊φ1210×10螺旋焊φ1420×10螺旋焊φ1220×10螺旋焊φ1220×10螺旋焊φ1220×10螺旋焊φ1220×10螺旋焊φ1220×10螺旋焊φ1420×10螺旋焊φ1420×10螺旋焊φ1220×10螺旋焊φ610×10螺旋焊φ610×10鋼管樁入土深度(m)272734273426262732323938412326單根鋼管樁長度(m)68.468.978.471.680.0873.173.275.280.080.084.883.08565.968.4每個臨時墩鋼管樁數444446646644444每個橫斷面臨時墩個數222222222222222鋼管樁總重量(kg)81836.781005.3187470.0171210.0223215.4262195.1262554.0179818.2286944.0286994.0236239.2231169.0203252.078273.481242.8每側墩頂受力(t)1281474916776894863424404814866896774911471282試驗的必要性、內容及依據2.1試驗的必要性臨時支墩對于XX特大橋鋼桁梁的拼裝來說是一個特別重要的臨時構件，它起到支撐鋼桁梁自重以及懸拼吊機等臨時荷載的作用。在鋼桁梁架設的過程中，隨著上部結構重量的逐漸增大，臨時墩上的反力也越來越大，因此臨時墩必須具備一定的承載力才能保證鋼桁梁拼裝過程中的穩定和安全。鋼管樁的型號、尺寸、入土深度等參數是根據臨時墩的施工反力以及地質勘察情況來設計的，設計所參照的地質狀況可能與實際情況有些差別，導致鋼管樁的實際承載力與設計值有出入。根據《建筑樁基技術規范》以及《XX特大橋鋼桁梁懸拼施工臨時墩設計圖》的要求，應對鋼管樁進行單樁承載力試驗。另外，就f號臨時支墩的施工情況來看，有一根鋼管樁入土深度22m，其他鋼管樁的入土深度都超過了25m，但是尚未達到設計的27m。因此，鋼管樁的承載力就更加不明確，所以有必要依據相關規范選取部分鋼管樁進行試驗，測試其豎向承載力，以確保鋼桁梁架設過程中的安全。2.2試驗內容本次試驗目的是測試鋼管樁的豎向承載力。其加載方法、加載步驟和試驗結果分析都按照相關規范的要求來進行，主要包括如下內容：(1)根據臨時墩施工情況選擇合適的鋼管樁作為本次試驗對象；(2)根據現場條件設計合理的加載反力裝置；(3)待試驗準備工作完成后進行現場加載并測試沉降量；(4)根據試驗結果分析試驗鋼管樁的承載力。2.3試驗依據《建筑樁基技術規范》(JGJ94-94)《建筑地基基礎設計規范》(GB50007-2002)《鋼結構設計規范》(GB50017-2003)《鐵路橋涵施工規范》(TB10203-2002)《建筑樁基檢測技術規范》(JGJ106-2003)《XX特大橋施工計算書》《XX特大橋鋼桁梁懸拼施工臨時墩設計圖》3試驗方案3.1加載反力裝置對于單樁豎向抗壓靜載試驗，工程上常采用的加載裝置有：壓重平臺反力裝置、錨樁橫梁反力裝置、錨樁壓重聯合反力裝置、地錨反力裝置。由于XX特大橋臨時支墩是在水中作業，如果采用壓重平臺反力裝置，則需要額外搭設支護系統來構建龐大的壓重平臺，施工難度會加大，而且大大增加了成本。若采用錨樁橫梁反力裝置，則對錨樁的抗拔承載力有較高的要求，根據《XX特大橋鋼桁梁懸拼施工臨時墩設計圖》和《XX特大橋施工計算書》對鋼管樁的設計驗算來看，由于鋼管樁實際入土深度沒有達到設計要求，其抗拔承載能力的安全系數比較低。綜合考慮鋼管樁的設計參數及現場條件之后，決定采用錨樁壓重反力聯合裝置進行加載。選取f號臨時墩下游側20號鋼管樁為試驗對象。加載反力裝置示意圖如下圖3所示，詳細構造圖見附件1。圖3加載反力裝置示意圖加載原理：選取縱橋向的三根鋼管樁搭設加載反力裝置，中間的鋼管樁作為試驗樁，兩邊為輔助樁提供抗拔的反力。將兩個輔助樁加高并用鋼梁連接起來，鋼梁上面堆載重物，千斤頂置于試驗樁和鋼橫梁之間，通過千斤頂頂推產生的反力來實現對試驗樁加載。千斤頂和油泵事先標定好，這樣可以對試驗所施加的荷載大小、速度進行控制。本加載裝置的特點：①采取壓重和抗拔樁聯合作用可滿足本次試驗的加載的要求；②壓重材料可就地取材選用已經加工好的工字鋼，鋼材密度大、強度高，可以減小試驗裝置的空間，而且增加了穩定性。③輔助抗拔樁直接利用已經振打完畢的工程樁，無需額外搭設臨時構件，從而減小施工難度，節約施工時間，并大大降低了試驗成本；④加載方便、快捷、可操作性強。3.2加載裝置驗算試驗樁最大加載量為200噸，初步計劃堆載60噸重物，其余的140噸反力則由兩根輔助樁提供。輔助樁抗拔承載力計算:根據《建筑樁基技術規范》第5.2.18.2條計算公式，基樁抗拔極限承載力按下式計算：Uk=1uqsikli式中：1為抗拔系數，根據規范取0.77；u為樁身周長，u=πd=π×1.22=3.83m；qsik為樁側表面第i層土的抗壓極限側阻力標準值，根據相關規范取值；21號樁入土深度最淺，為受力最不利樁，將各設計參數代入公式可得：Uk=0.77×3.83×(5×9.56+44×6.25+16×6.2)=1245KNUk=1245KN大于實際加載時每根鋼管樁的最大上拔力700KN，滿足要求。設計資料a.基樁設計參數 成樁工藝:鋼管樁 承載力設計參數取值:人工填寫 孔口標高0.00m 樁頂標高0.00m 樁身設計直徑:d=1.22m 樁身長度:l=27.00m 樁尖端部構造形式:敞口b.巖土設計參數層號土層名稱層厚(m)層底埋深(m)極限側阻力qsik(kPa)極限端阻力qpk(kPa)1淤泥質土9.569.56502中砂6.2515.814403粘性土8.6124.421610004粗砂14.3938.815640003．計算參數表土層計算厚度li(m)極限側阻力qsik(kPa)極限端阻力qpk(kPa)19.565026.2544038.6116100042.58564000連接兩根輔助樁的主橫梁是整個結構受力的最重要的構件。千斤頂對主橫梁的頂推力通過次橫梁轉換為對稱的兩部分（最大按70噸計算），這樣可以大大降低了主橫梁的跨中彎矩。主橫梁整體受力明確，可直接驗算其強度，其結構計算簡圖如下圖4所示。圖4主橫梁結構計算簡圖主橫梁采用3×焊接工500(440×16+350×30)，計算參數如下：，，，最大剪力：最大彎矩：最大彎曲應力：最大剪應力：主橫梁強度滿足要求。

整體有限元計算:此外，利用ANSYS程序建立了加載裝置的有限元模型（下圖5所示），來模擬主要部位的受力情況，通過對計算結果進行分析，判斷其中受力較為不利的部位，并對加載裝置細部構造進行修改，從而指導設計工作。圖5有限元模型下圖6是最大加載等級時結構的變形圖，從圖中可以看出，主橫梁向上彎曲變形，在跨中處達到最大值（豎向位移5.5mm）。圖6結構變形圖下圖7是結構的整體應力圖，從圖中可以看出，結構中絕大部分應力小于100MPa，符合材料的受力要求。受到主梁向上彎曲變形的影響，樁頂蓋板與鋼管樁靠近內側的連接部位拉應力較大。圖8是放大后的局部應力圖，從圖中可以看出，加勁鋼板與鋼管樁連接處應力集中現象比較明顯，此處受力較為不利，設計時參考了模型的計算結果，對此處的加勁鋼板進行了加密、加厚。圖7結構整體應力圖圖8局部應力圖3.3加載、卸載方式根據《建筑樁基技術規范》的要求，單樁靜載試驗宜采用維持荷載法進行逐級等量加載。利用千斤頂加載前先將壓重鋼材堆放至加載裝置上，其擺放位置及順序見附件2。本次試驗加載等級共分為九級，其中第一級加載40噸，以后每級按照20噸增加一直到試驗最大荷載200噸，具體步驟為：0→40噸(加載)→60噸(加載)→80噸(加載)→100噸(加載)→120噸(加載)→140噸(加載)→160噸(加載)→180噸(加載)→200噸(加載)→160噸(卸載)→120噸(卸載)→80噸(卸載)→40噸(卸載)→0。加載及卸載步驟遵照如下主要原則：1、每級荷載維持時間為1h，是否延長維持荷載時間應根據樁頂沉降收斂情況確定。2、當樁頂沉降速率達到相對穩定標準時，再施加下一級荷載。3、卸載同樣分級進行，每級卸載量取加載時分級荷載的2倍，逐級等量卸載。4、加、卸載時應使荷載傳遞均勻、連續、無沖擊，每級荷載在維持過程中的變化幅度不得超過分級荷載的±10%。在每級加載、卸載完畢后的持載過程中，對試驗樁及輔助樁進行沉降觀測，記錄相關數據。3.4注意事項①加載裝置中的主橫梁、次橫梁及墊梁的材料選取必須保證焊接工字鋼表面的平整度，以達到三根工字鋼均勻受力的效果，避免加載時單根受力過大導致結構失穩破壞。②加載裝置的制作應嚴格按照設計圖上的要求進行，特別注意各焊接部位要保證焊縫的質量符合要求。③加載裝置的制作在水上作業，注意施工安全④加載時，千斤頂必須對準上下工字鋼中心部位，避免結構偏載受力。⑤當加載噸位較大時，現場技術人員應注意觀察加載裝置的關鍵部位（如主梁與樁頂蓋板連接處、蓋板與鋼管樁連接處等）有無焊縫開裂或者出現嚴重變形，如有上述情況發生，應立即停止加載，防止局部受力過大導致結構發生破壞。⑥在每級加、卸載過程中，觀測并記錄樁頂沉降量，當出現下列情況之一時，可終止加載：Ⅰ某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的5倍。注：當樁頂沉降能相對穩定且總沉降量小于40mm時，宜加載至樁頂總沉降量超過40mm。Ⅱ某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的2倍，且經24h尚未達到相對穩定標準。Ⅲ已達到設計要求的最大加載量。Ⅳ當荷載沉降曲線呈緩變型時，可加載至樁頂總沉降量60～80mm；在特殊情況下，可根據具體要求加載至樁頂累計沉降量超過80mm。3.5人員安排表2試驗人員統計表崗位工作職責總指揮把握進度、下達控制指令千斤頂操作員千斤頂油壓控制應力測試員及時測試應力結果，把握進展動態位移測試員千分表讀數及水準儀讀數，把握進展動態工人A全程協助工人B全程協助3.6試驗儀器設備及材料試驗用到的儀器設備有：1、頂推式千斤頂；2、油泵；3、精密水準儀；4、大量程百分表；5、BGK-4000振弦式應變計；6、BGK-408振弦式頻率儀。試驗所需材料統計見下表3。

表3材料統計表名稱截面形式長度(m)數量(根)備注主橫梁3×焊接工500(440×16+350×30)9.421+（3）必須保證三根工字鋼表面的焊接平整度，其中括號內三根試堆后再定次橫梁