山區(qū)公路曲線預(yù)制小箱梁橋面橫坡的調(diào)整方法

文/劉志才 狄云鵬

預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)受力明確、造價低、施工工藝成熟、工期短，適合批量化生產(chǎn)，應(yīng)用在中小跨徑橋梁中具有較大優(yōu)勢。為了減少預(yù)制所需要的模板種類、有利于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，交通運(yùn)輸部頒布的通用圖中預(yù)制小箱梁的底板水平設(shè)置，頂板橫坡為標(biāo)準(zhǔn)橫坡2%；但公路橋梁尤其是山區(qū)公路橋梁，受到平面線形指標(biāo)限制，橋面橫坡既有雙向2%的標(biāo)準(zhǔn)橫坡段，也有大量超高段、超高漸變段且在超高漸變段內(nèi)必然有一跨橋兩端出現(xiàn)反向橫坡；預(yù)制小箱梁如何適用山區(qū)公路橋梁不斷變化的橫坡是結(jié)構(gòu)設(shè)計中一個重點(diǎn)[1～5]。

本文以G341 膠南—海晏公路加定（青甘界）—海晏（西海）段工程JX-1標(biāo)段預(yù)制小箱梁橋工程為背景，闡述了預(yù)制小箱梁橋面橫坡的幾種調(diào)整方法及其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。

1 工程概況

G341 膠南—海晏公路加定（青甘界）—海晏（西海）段工程為一級公路，設(shè)計車速80 km/h，橋?qū)?5.5 m，分為左右兩幅，單幅橋?qū)?2.5 m，中央分隔帶凈距為0.5 m。JX-1 標(biāo)段含有預(yù)制小箱梁的橋梁共25 座，跨徑以20、30 m 為主，位于超高段及超高漸變段的橋梁眾多，橋面設(shè)計橫坡i%的范圍為-4%～4%。

2 預(yù)制小箱梁橋面橫坡調(diào)整的常用方法

為了論述方便，特約定以下3個不同的橫坡概念。

1）橋面設(shè)計橫坡i%，指橋梁某樁號處橋面鋪裝頂部的設(shè)計橫坡值。公路橋梁橋面設(shè)計橫坡i%的標(biāo)準(zhǔn)值為±2%。

2）小箱梁頂板預(yù)制橫坡j%，指橋梁中某片預(yù)制小箱梁在預(yù)制梁廠時設(shè)定的頂板預(yù)制橫坡值。

3）小箱梁安裝后頂板橫坡k%，指橋梁中某片預(yù)制小箱梁吊裝到蓋梁上后其頂板的橫坡值。如果小箱梁安裝時不整體旋轉(zhuǎn)，則k%=j%；如果小箱梁安裝時整體旋轉(zhuǎn)，則k%≠j%。

在設(shè)計文件中一般面向大樁號，單幅橋的橋面右側(cè)高左側(cè)低時，i%、j%、k%為“+”，右側(cè)低左側(cè)高時，i%、j%、k%為“-”。

預(yù)制小箱梁橋面橫坡的調(diào)整方法較多，歸納起來主要有3 種：頂板模板調(diào)整法、整體旋轉(zhuǎn)法、橋面鋪裝調(diào)整法。

2.1 頂板模板調(diào)整法

在非標(biāo)準(zhǔn)橫坡段（即超高段或超高漸變段），通過調(diào)整小箱梁頂板預(yù)制時的模板坡度適應(yīng)橋面橫坡變化；以跨為單位進(jìn)行，單跨橋的j%一般取為本跨的平均橋面設(shè)計橫坡；預(yù)制小箱梁安裝過程中不整體旋轉(zhuǎn)，k%=j%。

假定某預(yù)制小箱梁橋?qū)?2.5 m，跨徑布置為3×30 m，墩號為0#～3#，橋面鋪裝為10 cm厚C40防水混凝土；橋面設(shè)計橫坡依次為0#墩2%、1#墩3%、2#墩4%、3#墩4%；采用頂板模板調(diào)整法，則此聯(lián)橋每跨小箱梁的頂板預(yù)制橫坡j%依次為0#～1#跨2.5%、1#～2#跨3.5%、2#～3#跨4%。見圖1。

圖1 2#墩小樁號側(cè)的橫斷面布置

從圖1可以看出：每個墩位處蓋梁頂、底的橫坡均取為與橋面設(shè)計橫坡一致；在超高漸變段，每跨橋的小箱梁頂板預(yù)制橫坡j%為此跨橋面橫坡的平均值，具體到某個樁號，則小箱梁頂板預(yù)制橫坡j%與橋面設(shè)計橫坡i%并不相等，導(dǎo)致混凝土橋面鋪裝層在橋面板濕接縫兩側(cè)存在厚度差，具體到2#墩位置混凝土鋪裝層的厚度差為±0.6 cm。

同一聯(lián)橋相鄰兩跨的小箱梁頂板預(yù)制橫坡j%及小箱梁安裝后頂板橫坡k%不一致，小箱梁外輪廓及負(fù)彎矩區(qū)鋼束孔道均將產(chǎn)生豎向偏差，見圖2。

圖2 相鄰兩跨豎向偏差

1#～2#跨的小箱梁頂板預(yù)制橫坡j%比0#～1#跨的大1%，小箱梁中梁外輪廓的最大豎向偏差d1=1%×120=1.2（cm），負(fù)彎矩區(qū)鋼束孔道最大豎向偏差d2=1%×40=0.4（cm），d1及d2均比較小，完全可以在中支點(diǎn)60 cm現(xiàn)澆段范圍內(nèi)過渡。

2.2 整體旋轉(zhuǎn)法

在非標(biāo)準(zhǔn)橫坡段（即超高段或超高漸變段），小箱梁頂板預(yù)制橫坡j%仍采用±2%的標(biāo)準(zhǔn)橫坡；但在安裝階段，通過在底板底增設(shè)楔形塊使得小箱梁整體旋轉(zhuǎn)，安裝后頂板橫坡k%等于本跨的平均橋面設(shè)計橫坡。

假定某預(yù)制小箱梁橋?qū)?2.5 m，跨徑布置為3×30 m，墩號為0#～3#，橋面鋪裝為10 cm厚C40防水混凝土；橋面設(shè)計橫坡依次為0#墩2%、1#墩3%、2#墩4%、3#墩4%；采用整體旋轉(zhuǎn)法，則此聯(lián)橋每跨小箱梁的頂板預(yù)制橫坡j%為2%；安裝后頂板橫坡k%依次為0#～1#跨2.5%、1#～2#跨3.5%、2#～3#跨4%；小箱梁底部楔形塊底的橫坡依次為0#～1#跨0.5%、1#～2#跨1.5%、2#～3#跨2%且楔形塊底的橫坡方向與k%-j%所代表的方向相反。見圖3。

圖3 整體旋轉(zhuǎn)法

與模板調(diào)整法類似，在超高漸變段，橫橋向混凝土橋面鋪裝層在橋面板濕接縫兩側(cè)存在厚度差，順橋向同一聯(lián)內(nèi)相鄰兩跨的小箱梁外輪廓及負(fù)彎矩區(qū)鋼束孔道存在豎向偏差，這些厚度差和偏差一般都不大，完全在工程容許范圍內(nèi)。

采用混凝土楔形塊（與支座接觸面一般預(yù)埋一塊鋼板），楔形塊中心高度一般≮5 cm，方便立模?？紤]到預(yù)制小箱梁的橫向穩(wěn)定問題，常要求安裝階段旋轉(zhuǎn)坡度不超過3%，故其可適用的橋面設(shè)計橫坡范圍為-5%～5%。

2.3 橋面鋪裝調(diào)整法

在非標(biāo)準(zhǔn)橫坡段（即超高段或超高漸變段），小箱梁頂板預(yù)制橫坡j%仍采用±2%的標(biāo)準(zhǔn)橫坡且安裝過程中，小箱梁不整體旋轉(zhuǎn)，安裝后頂板橫坡k%=j%=±2%；橋面設(shè)計橫坡與預(yù)制小箱梁安裝后頂板橫坡的差值完全通過蓋梁橫坡及不等厚的橋面防水混凝土鋪裝層進(jìn)行調(diào)整。以單幅橋且橫坡＞2%為例，見圖4。

圖4 橋面鋪裝調(diào)整法

單片小箱梁安裝就位后，其底面水平，頂板為標(biāo)準(zhǔn)橫坡±2%；在超高段或超高漸變段，小箱梁橋面板濕接縫兩側(cè)C40鋪裝層的厚度差為±120×（i%-2%）；當(dāng)i%為負(fù)值時，取值為±120×[i%-(-2%)]。橋面混凝土鋪裝層常采用10 cm 厚C40 防水混凝土，其最小厚度可控制為7 cm；故對于橋面設(shè)計橫坡與預(yù)制小箱梁安裝后頂板橫坡的差值，采用橋面鋪裝調(diào)整法可調(diào)節(jié)的最大范圍為2.5%，理論上橋面設(shè)計橫坡i%在-4.5%～4.5%之間時均可以采用此方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。

另外采用橋面鋪裝調(diào)整法時，小箱梁頂板預(yù)制橫坡j%及小箱梁安裝后頂板橫坡k%只有兩種，即標(biāo)準(zhǔn)的2%或-2%。為使小箱梁負(fù)彎矩區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼束連接順暢，同一幅橋內(nèi)的某一聯(lián)小箱梁橋各跨預(yù)制梁的頂板橫坡方向要求是一致的，即橋面鋪裝調(diào)整法是以聯(lián)為單位進(jìn)行調(diào)整的；若某跨小箱梁兩端的橋面設(shè)計橫坡方向相反，即此跨小箱梁存在橫坡零點(diǎn)（跨內(nèi)某樁號處橋面設(shè)計橫坡i%=0），則需要在此跨小箱梁的兩端中的一端設(shè)置一道伸縮縫，一般選擇橋面設(shè)計橫坡值絕對值相對小的一端。

2.4 3種方法比較

3種方法的初步比較見表1。

表1 預(yù)制小箱梁橋面橫坡調(diào)整的3種方法比較

頂板模板調(diào)整法在小箱梁預(yù)制階段模板較為復(fù)雜，安裝階段不需要旋轉(zhuǎn)梁體，可適用各種橋面設(shè)計橫坡的變化；考慮到小箱梁頂板模板調(diào)整不便，一般應(yīng)用于橋面設(shè)計橫坡變化較少的項目，比如某項目橋梁共3座且均在超高段，橋面設(shè)計橫坡均為3%。

整體旋轉(zhuǎn)法在小箱梁預(yù)制階段需要在支座位置設(shè)置楔形塊，對楔形塊幾何尺寸的精度要求較高；安裝階段將梁體整體旋轉(zhuǎn)；可適用的橋面設(shè)計橫坡范圍為-5%～5%，常規(guī)項目均可采用此方法，其缺點(diǎn)是對施工精度要求較高，楔形塊配合縱橫坡一并調(diào)整，設(shè)計中應(yīng)確保其四個角點(diǎn)厚度值準(zhǔn)確。

橋面鋪裝調(diào)整法施工最簡單，但可調(diào)整的橫坡設(shè)計范圍有限且以聯(lián)為單位進(jìn)行調(diào)整，在超高漸變段橫坡方向改變的位置，伸縮縫的位置需要特殊選擇，容易造成短聯(lián)現(xiàn)象。

經(jīng)綜合比較，本工程采用了橋面鋪裝調(diào)整法并重點(diǎn)研究了其應(yīng)用在超高漸變段的注意事項。

3 橋面鋪裝調(diào)整法在超高段及超高漸變段的應(yīng)用

橋面鋪裝調(diào)整法以聯(lián)為單位進(jìn)行，所有超高段或者超高漸變段均可以分兩種情況。

1）非標(biāo)準(zhǔn)橫坡聯(lián)A：此聯(lián)內(nèi)每個墩位的橋面設(shè)計橫坡方向相同且絕對值均≥2%。

2）非標(biāo)準(zhǔn)橫坡聯(lián)B：此聯(lián)內(nèi)部分墩位的橋面設(shè)計橫坡-2%＜i%＜2%。

3.1 非標(biāo)準(zhǔn)橫坡聯(lián)A

此聯(lián)小箱梁的頂板預(yù)制橫坡j%為2%或-2%。一聯(lián)橋范圍內(nèi)每個墩位的橋面設(shè)計橫坡均≥2%時，小箱梁頂板預(yù)制橫坡設(shè)置見圖5；一聯(lián)橋范圍內(nèi)每個墩位的橋面橫坡均≤-2%時小箱梁頂板橫坡設(shè)置見圖6。

圖5 i%≥2%時小箱梁頂板的預(yù)制橫坡

圖6 i%≤-2%時小箱梁頂板的預(yù)制橫坡

某預(yù)制小箱梁橋單幅橋?qū)?2.5 m，跨徑布置為8×30 m+7×20 m，平面位于R=1325 m 的圓曲線上，橋面設(shè)計橫坡全橋均為3%，屬于圖5 所示情況。小箱梁頂板預(yù)制橫坡j%取值為2%，鋪裝層的厚度差為±120×（3%-2%）=±1.2（cm）。

3.2 非標(biāo)準(zhǔn)橫坡聯(lián)B

此聯(lián)小箱梁頂板預(yù)制橫坡j%可能為2%，也可能為-2%；應(yīng)從盡量減少預(yù)制小箱梁橋面板濕接縫兩側(cè)C40鋪裝層厚度差的角度出發(fā)進(jìn)行選擇。

某預(yù)制小箱梁橋單幅橋?qū)?2.5 m，跨徑布置為4×30 m，墩號為0#～4#，橋面混凝土鋪裝為10 cm 厚C40防水混凝土；橋面設(shè)計橫坡依次為0#墩-1.72%、1#墩-0.72%、2#墩0.28%、3#墩1.28%、4#墩2.28%。首先需要確定伸縮縫所在位置，1#～2#跨兩端橋面設(shè)計橫坡方向相反，跨內(nèi)存在橫坡零點(diǎn)，故應(yīng)在1#墩或2#墩位置設(shè)施伸縮縫。

若伸縮縫設(shè)置在1#墩，則0#～1#跨為一聯(lián)，j%取值為-2%；1#～4#跨為一聯(lián)，j%取值為2%；1#墩位置大樁號側(cè)橋面設(shè)計橫坡與預(yù)制小箱梁安裝后頂板橫坡的差值為2.72%，小箱梁橋面板濕接縫兩側(cè)C40 鋪裝層的厚度差為120×2.72%，即3.3 cm。若伸縮縫設(shè)置在2#墩，則0#～2#跨為一聯(lián)，j%取值為-2%；2#～4#跨為一聯(lián)，j%取值為2%；2#墩位置小樁號側(cè)橋面設(shè)計橫坡與預(yù)制小箱梁安裝后頂板橫坡的差值為2.28%，小箱梁橋面板濕接縫兩側(cè)C40 鋪裝層的厚度差為120×2.28%，即2.7 cm。從減少鋪裝層厚度差，確?；炷龄佈b最小厚度≮7 cm 的角度出發(fā)，應(yīng)選擇橫坡漸變方向跨內(nèi)橫坡絕對值小的一端，即2#墩作為伸縮縫的位置。

采用橋面鋪裝調(diào)整法，因伸縮縫選擇的具體位置有要求，在反向曲線段可能導(dǎo)致短聯(lián)?？鐝?×30 m分成了2×30 m 兩聯(lián)，伸縮縫過多，影響行車平順性；經(jīng)復(fù)核，背景工程G341 項目JX-1 標(biāo)段全線僅此一橋存在短聯(lián)情況，考慮到全線的統(tǒng)一，仍采用了橋面鋪裝調(diào)整法。

4 結(jié)語

本文闡述了山區(qū)公路曲線預(yù)制小箱梁橋面橫坡調(diào)整的3 種方法，對其原理、優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍及注意事項進(jìn)行了歸納總結(jié)；基于背景工程的設(shè)計條件，經(jīng)綜合比選，推薦采用了橋面鋪裝調(diào)整法，效果良好，明顯降低了施工難度。

目前設(shè)計實踐中，廣泛采用的主要是整體旋轉(zhuǎn)法和橋面鋪裝調(diào)整法，二者各有優(yōu)劣，可以根據(jù)項目情況及施工單位水平靈活選擇。對于部分超高較多的橋梁，可以考慮將上述兩種方法綜合運(yùn)用，整體旋轉(zhuǎn)法旋轉(zhuǎn)橫坡按不超過2%統(tǒng)一設(shè)置，其余由橋面鋪裝調(diào)整法進(jìn)行調(diào)節(jié)。