淺談橋頭搭板荷載的試驗與檢測

摘要：橋頭搭板作為過渡性措施，以緩解橋頭突變性跳車以及將橋頭差異沉降分散在一定距離范圍內，有較好改善效果，本文通過對高速公路橋頭搭板靜載和動載試驗進行研究，對橋頭搭板的結構形式的合理性，以及試驗橋頭的行車舒適性進行分析。

關鍵詞：橋頭搭板 靜載試驗 動載試驗 行車舒適性

橋頭搭板是一端簡支在橋臺上，另一端擱置在橋頭引道路基或者路面結構材料上的鋼筋混凝土板。在實際工程中也有在搭板下設置鋼筋混凝土枕梁的做法，依據搭板長度的不同，枕梁有位于搭板遠離臺端處和位于搭板中段下的不同位置；擬對高速公路通道橋兩端橋頭搭板進行了試驗與研究，其中靜載試驗荷載作用下搭板底面對路基產生壓力大小，以便判斷是否有脫空即脫空位置，動載試驗內容動載試驗是對通道橋頭搭板的動力特性以及汽車荷載作用下的動力響應進行試驗研究，并評價行車舒適性。根據試驗測定的數據進行分析。

1 舉例橋頭搭板試驗概況

1.1 橋頭搭板的設置 本試驗中采用20號混凝土的50°斜交鋼筋混凝土板，試驗板寬度11.05ｍ，厚度0.3ｍ，板長為4ｍ，在高速公路全副范圍內分別采用有枕梁和無枕梁設計，全部為連續構造。

試驗搭板中縱向鋼筋為○/12螺紋鋼筋，橫向為○/8光圓鋼筋，搭板的二個鈍角處采用○/12鋼筋補強。

枕梁亦采用20＃混凝土的鋼筋混凝土梁，其長度11.05ｍ，寬度為1.00ｍ，高度為0.8ｍ。

1.2 試驗橋搭板下填料與施工工藝 為了對橋頭路堤沉降實行綜合防治措施，不僅采用搭板，而且對搭板下填料及基質進行換填，并設置30ｍ的過渡段。橋頭搭板4ｍ長度范圍內，在試驗路段全寬分別在兩個半幅上采用不同的路基結構層。

1.2.1 試驗搭板下填料組成

北端：搭板以下，地基以上全部換填二灰土，配合比（重量比）：石灰：粉煤灰：砂土＝7：23：70。

南端：搭板以下，地基以上全部換填天然砂礫。

1.2.2 基底處理

臺背基坑全部換填天然級配砂礫，15cm一層，層層夯實，密實度>95％，過渡段基底挖去0.5ｍ的表層耕植土，換填天然級配砂礫。

2 橋頭搭板靜載試驗與分析

2.1 橋頭搭板靜載試驗的測試系統、荷載工況及測點布置

2.1.1 靜載試驗儀器與系統 靜力試驗所用的電測試量測系統將結構位移或應變等機械量轉換成電訊號，通過放大和接受將電訊號又以機械量值給出的一種量測系統。搭板下土壓力值采用VW－1弦振讀數儀來測定。

2.1.2 荷載工況

工況一：二臺超－20中線偏心加載，次數為3次；

工況二：三臺超－20中線中心加載，次數為3次。

試驗荷載采用裝滿瀝青混凝土車輛太脫拉重載汽車。

2.1.3 測點布置 為了測試在荷載作用下搭板底面對路基產生壓力大小，以便判斷是否有脫空即脫空位置，在搭板中心線縱向埋設四個土壓力盒，在枕梁下埋設了三個土壓力盒。

2.2 試驗結果與初步分析 中心加載搭板下的土壓力盒讀數以及枕梁下土壓力和讀數值見表

測試結果表明，搭板下1＃，2＃土壓力盒變化值遠小于3＃土壓力盒，顯示橋臺臺背路堤2米范圍內有脫空的趨勢，枕梁301＃土壓力盒在靠近中央分隔帶，303＃在耳墻附近，303＃變化值小于301＃可知耳墻及錐坡附近路堤可能產生了一定數量的下陷。由此可見，橋頭下陷區域不僅發生在臺背，邊坡的下陷也是造成橋頭下沉的原因之一，它使得搭板受力不勻，甚至會使板邊緣發生裂隙。

3 橋頭搭板動載試驗與分析

3.1 橋頭搭板動載試驗測試系統，荷載工況及測點布置

3.1.1 動載試驗儀器與系統 動載測試儀器由YJ-3-1型加速度傳感器；2635型電荷放大器CD-7-C型速度傳感器；GZ－2型六線測振儀，2034型動態分析儀及2313型圖表記錄儀等組成。

3.1.2 荷載工況 振動試驗（跑車試驗），以東風140汽車（半重載75KN）沿橋中心分別以不同速度通過橋位及搭板聯接部位，使上部結構及搭板產生不同程度的強迫振動。

沖擊試驗（跳車試驗），以75KN重的太脫拉后輪越過位于跨中斷面高20cm三角墊木，使突加的瞬時沖擊力作用于橋梁結構和搭板上，從而引起具有附加質量的自由振動。沖擊試驗分別在橋孔跨中，普通搭板和試驗搭板上進行。

行車舒適性試驗，采用狀態良好的標致轎車，以不同速度勻速通過試驗橋，產生不同的振動加速度。標致轎車以40～120km/ｈ，每次遞增10km/ｈ。

3.1.3 測點布置

①振動試驗和沖擊荷載試驗的測點布置動應變測點利用試驗橋頭搭板設置三個豎向位移傳感器，以此推求結構動力響應和動力特性。在路面上，沿線路方向在普通搭板，試驗搭板和橋上，分別布置CD-7-C，CD-7-S速度計，YE14015加速度計，測取橋面垂直、縱向和水平振動信號。

②汽車舒適性試驗測點布置汽車舒適性試驗是將加速度傳感器分別布置在汽車前橋、后橋、司機座椅和車架上。

3.2 試驗結果與分析

3.2.1 跳車、跑車試驗確定結構自振頻率，結構動態特性的分析

根據測試結果，試驗段路面振動固有頻率為4.1312HZ，普通搭板在工作（約束）條件下，固有頻率為5.750HZ，試驗橋固有頻率為9.

00～9.25HZ，試驗搭板在工作（約束）條件下固有頻率為11.062HZ，試驗結果表明，普通板固有頻率為5.750，介于橋梁固有頻率與路面固有頻率之間，形成搭板的剛度階梯形變化，而試驗板固有頻率過大，甚至大于橋梁的固有頻率，說明試驗板剛度過大，分析造成該部分剛度過大的原因是由于搭板擱置在枕梁上，由于施工時，將搭板與橋梁澆筑在一起，使遠臺方向的搭板端部形成一個很大的截面，剛度有一個突然的增大，當車輛駛過這個搭板邊緣時，振動頻率差值增大，長期作用后，會使枕梁處產生二次跳車。

與此同時，搭板下的臺背填料一般選用顆粒材料，剛度大，密實度好的材料，加上搭板的厚度和結構配筋也增加橋頭剛度。

3.2.2 行車舒適性分析

對于車輛駛過試驗橋頭的舒適性分析，主要參考了國際標準ISO2631《人體承受整體振動的評價標準》。根據不同工況下的振動加速度az的時間歷程，按照ISO2631中規定的人體承受振動能力的評價指標“降低舒適界限”，通過差值計算求得測點處乘員舒適界限的Tcd值。

試驗結果表明，轎車以40～80kｍ/h，以及120kｍ/h時速通過試驗段，在該工作狀況下可持續4～16小時不感到疲勞，時速為90，100kｍ/h時，工作時間為1～2.5小時，故路面行車的舒適性較好。

通過現場靜、動載試驗，對搭板受力狀態下的變形形態，結構振動特性和行車舒適性進行了分析研究，得出如下結論：

搭板下的脫空現象普遍存在，并隨時間逐漸增加。它不僅與臺背基底固結和填料壓縮有關，同時還受到邊坡及錐坡穩定性的影響；枕梁的作用是調整搭板內力，作為車輛從路堤駛上搭板的緩沖。當路堤橫向沉降不均勻時，由于枕梁增加了搭板的橫向抗彎剛度對減少搭板的橫向變形有重要的作用，但是，由于路堤整體穩定性較好時，就不采用枕梁，以免增加搭板剛度，使路面到橋面形成剛度的梯度變化；對于橋頭跳車一般采用綜合防治措施，當橋臺臺背填料采用顆粒材料或者半剛性材料（如二灰土）時，這時可考慮在保住搭板良好的使用性能的同時適當減少搭板的厚度或減少配筋量。