童澤寰、趙德勝

（1.安徽省交通控股集團(tuán)有限公司，安徽合肥 230088；2.合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽合肥 230009）

0 引言

樁板路基是一種類(lèi)似于路基的橋梁結(jié)構(gòu)，整體剛度較大，工后沉降量小，是一種非常適合軟土地基和失陷性黃土地基的結(jié)構(gòu)形式。另外，這種結(jié)構(gòu)在裝配化綠色施工橋梁中可以發(fā)揮重要作用。它施工速度快，占地面積小，在不同的地段可以靈活使用。樁板路基在國(guó)內(nèi)多使用在鐵路工程中，安徽省是首批在高速公路上使用樁板路基結(jié)構(gòu)的省份。目前，樁板路基在安徽省高速建設(shè)中處于推廣階段，構(gòu)件預(yù)制和結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中缺少系統(tǒng)的檢測(cè)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。研究了樁板路基的重要構(gòu)件，即混凝土橋面板的預(yù)制和安裝過(guò)程的關(guān)鍵控制指標(biāo)，形成樁板路基專(zhuān)項(xiàng)工程質(zhì)量的檢測(cè)指標(biāo)體系。

1 工程概況

依托工程樁板路基段，橋面寬度為7.3m，橫向布置一個(gè)樁。上部結(jié)構(gòu)采用樁與板連接，樁頂焊接U 型筋，通過(guò)梁板預(yù)留孔后澆灌漿料與預(yù)制板實(shí)現(xiàn)半固結(jié)。板橫斷面如圖1所示，右側(cè)板厚0.26m，板寬7.3m。樁板路基下部結(jié)構(gòu)采用先張法預(yù)應(yīng)力混凝土高強(qiáng)管樁，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80。結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)跨徑設(shè)置為6m，等跨徑布置，采用7 孔一聯(lián)，聯(lián)長(zhǎng)42m。

圖1 樁板路基段橫斷面圖

2 非線(xiàn)性有限元建模及權(quán)重分析

采用ANSYS 有限元模型建立該橋的數(shù)值模型。混凝土采用SOLID65 單元模擬，鋼筋采用LINK8 單元模擬。鋼筋和混凝土分別建模和劃分單元，然后通過(guò)節(jié)點(diǎn)耦合法將兩者耦合起來(lái)。取10m 梁段進(jìn)行建模計(jì)算，模型單元為0.1m×0.1m×0.1m 的四面體和六面體。

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362—2018），對(duì)于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，采用標(biāo)準(zhǔn)組合驗(yàn)算板梁的最大壓應(yīng)力。標(biāo)準(zhǔn)組合形式如下：1.0 自重+1.0 總體升溫+1.0 梯度升溫+1.0 汽車(chē)荷載。標(biāo)準(zhǔn)組合作用下板的縱向應(yīng)力和橫向應(yīng)力如圖2、圖3所示。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)組合作用下板的縱向應(yīng)力

圖3 標(biāo)準(zhǔn)組合作用下板的橫向應(yīng)力

通過(guò)調(diào)整預(yù)制板的板厚，分別對(duì)修改后的模型進(jìn)行板的壓應(yīng)力計(jì)算和提取，見(jiàn)表1。研究發(fā)現(xiàn)，板厚對(duì)板的最大壓應(yīng)力計(jì)算值敏感，在進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定時(shí)，必須嚴(yán)格控制板厚。建議板的厚度誤差為（-5，+5），評(píng)分權(quán)值設(shè)為2。

表1 板厚對(duì)應(yīng)力的影響

通過(guò)調(diào)整預(yù)制板的板寬，分別對(duì)修改后的模型進(jìn)行板的壓應(yīng)力計(jì)算和提取，見(jiàn)表2。研究發(fā)現(xiàn)，板寬對(duì)板的最大壓應(yīng)力計(jì)算值不太敏感，在進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定時(shí)，可以對(duì)該值的權(quán)重適當(dāng)放松。建議板寬大于設(shè)計(jì)值即可，評(píng)分權(quán)值設(shè)為1。

表2 板寬對(duì)應(yīng)力的影響

通過(guò)調(diào)整預(yù)制板的板長(zhǎng)，分別對(duì)修改后的模型進(jìn)行板的壓應(yīng)力計(jì)算和提取，見(jiàn)表3。研究發(fā)現(xiàn)，板長(zhǎng)對(duì)板的最大壓應(yīng)力計(jì)算值不太敏感，在進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定時(shí)，可以對(duì)該值的權(quán)重適當(dāng)放松。建議板長(zhǎng)大于設(shè)計(jì)值即可，評(píng)分權(quán)值設(shè)為1。

表3 板長(zhǎng)對(duì)應(yīng)力的影響

通過(guò)調(diào)整預(yù)制板的混凝土強(qiáng)度，分別對(duì)修改后的模型進(jìn)行板的壓應(yīng)力計(jì)算和提取，見(jiàn)表4。研究發(fā)現(xiàn)，預(yù)制板混凝土強(qiáng)度對(duì)板的最大壓應(yīng)力敏感，在進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定時(shí)，必須嚴(yán)格進(jìn)行混凝土強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、預(yù)制板完整性檢查等。建議預(yù)制板混凝土強(qiáng)度應(yīng)大于等于設(shè)計(jì)值，評(píng)分權(quán)值設(shè)為2。

表4 混凝土強(qiáng)度對(duì)應(yīng)力的影響

3 關(guān)鍵指標(biāo)的實(shí)測(cè)及確定

3.1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

3.1.1 預(yù)制板平整度

為了確定預(yù)制橋面板的平整度指標(biāo)，實(shí)測(cè)樁板路基項(xiàng)目600 余處平整度數(shù)值。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，實(shí)測(cè)橫橋向平整度≤10mm，縱橋向平整度≤13mm，且數(shù)值大小與樁號(hào)無(wú)明顯相關(guān)關(guān)系，離散性較大，呈現(xiàn)隨機(jī)分布特征。經(jīng)與已有的國(guó)家和地方相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，選取5mm 為平整度的誤差范圍。

3.1.2 預(yù)制板保護(hù)層厚度

實(shí)測(cè)樁板路基600 余處保護(hù)層厚度的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。經(jīng)數(shù)據(jù)分析及專(zhuān)家討論，選取預(yù)制板的保護(hù)層厚度誤差范圍的標(biāo)準(zhǔn)值為-5～10mm。

3.1.3 預(yù)制板幾何尺寸

統(tǒng)計(jì)了600 余處預(yù)制板的幾何尺寸，長(zhǎng)度方向?qū)崪y(cè)誤差范圍0～30mm，寬度方向?yàn)?～30mm，厚度方向?yàn)?7～7mm。經(jīng)參閱國(guó)內(nèi)相關(guān)國(guó)標(biāo)及專(zhuān)家討論，選定預(yù)制板寬度方向誤差限值為±10mm，預(yù)制板長(zhǎng)度方向誤差限值為-2～0mm，預(yù)制板厚度方向誤差限值為±5mm。均略低于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的誤差范圍。

3.1.4 預(yù)制板橫坡度、相鄰板高差

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量統(tǒng)計(jì)了60 余處預(yù)制板橫坡誤差范圍值在-0.3%～0.4%之間。參考已有的橋梁施工標(biāo)準(zhǔn)，該橫坡度誤差范圍偏大，擬定±0.15%為橫坡度誤差控制范圍?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量統(tǒng)計(jì)了60 余處預(yù)制板相鄰板高差誤差范圍在0～2.5mm 之間。經(jīng)專(zhuān)家討論和反饋意見(jiàn)，擬定5mm 為相鄰板高差誤差控制范圍。

3.1.5 預(yù)制板安裝軸線(xiàn)偏位、預(yù)留孔位置

在預(yù)制板安裝過(guò)程中，選取不同樁號(hào)處的監(jiān)測(cè)點(diǎn)共450 處左右，分別測(cè)量了預(yù)制板安裝的縱向和橫向軸線(xiàn)偏位。數(shù)據(jù)表明：軸線(xiàn)偏位的誤差范圍在-10～10mm 左右，數(shù)值的大小與采樣點(diǎn)的位置相關(guān)性不大。綜合國(guó)內(nèi)已有文獻(xiàn)資料、專(zhuān)家討論以及反饋意見(jiàn)，最終選取縱橫向軸線(xiàn)偏位的誤差范圍為-0～10mm。

預(yù)制板安裝預(yù)留孔位置偏差的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，預(yù)留孔位置的偏差誤差范圍在-10～10mm 左右，數(shù)值的大小與采樣點(diǎn)的位置相關(guān)性不大。綜合國(guó)內(nèi)已有文獻(xiàn)資料、專(zhuān)家討論以及反饋意見(jiàn)，最終選取預(yù)留孔位置的誤差范圍為-10～10mm。

3.2 指標(biāo)集的確定

在研究成果的基礎(chǔ)上，經(jīng)專(zhuān)家論證，確定了公路樁板路基預(yù)制混凝土板預(yù)制和安裝檢測(cè)指標(biāo)集，見(jiàn)表5、表6。

表5 預(yù)制面板預(yù)制實(shí)測(cè)項(xiàng)目表

表6 預(yù)制面板安裝實(shí)測(cè)項(xiàng)目

4 結(jié)語(yǔ)

采用文獻(xiàn)調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、數(shù)值模擬等多種研究手段，對(duì)樁板路基專(zhuān)項(xiàng)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了全方位研究。提出了樁板路基專(zhuān)項(xiàng)工程施工時(shí)，混凝土板的預(yù)制和安裝實(shí)測(cè)項(xiàng)目，包括檢測(cè)指標(biāo)、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)頻率和權(quán)重，為樁板路基施工及驗(yàn)收提供了依據(jù)。