樁板路基混凝土面板預制和安裝的關鍵控制指標研究

童澤寰、趙德勝

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

0 引言

樁板路基是一種類似于路基的橋梁結構，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構形式。另外，這種結構在裝配化綠色施工橋梁中可以發揮重要作用。它施工速度快，占地面積小，在不同的地段可以靈活使用。樁板路基在國內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構的省份。目前，樁板路基在安徽省高速建設中處于推廣階段，構件預制和結構施工過程中缺少系統的檢測及驗收標準。研究了樁板路基的重要構件，即混凝土橋面板的預制和安裝過程的關鍵控制指標，形成樁板路基專項工程質量的檢測指標體系。

1 工程概況

依托工程樁板路基段，橋面寬度為7.3m，橫向布置一個樁。上部結構采用樁與板連接，樁頂焊接U 型筋，通過梁板預留孔后澆灌漿料與預制板實現半固結。板橫斷面如圖1所示，右側板厚0.26m，板寬7.3m。樁板路基下部結構采用先張法預應力混凝土高強管樁，樁身混凝土強度等級為C80。結構標準跨徑設置為6m，等跨徑布置，采用7 孔一聯，聯長42m。

圖1 樁板路基段橫斷面圖

2 非線性有限元建模及權重分析

采用ANSYS 有限元模型建立該橋的數值模型。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，然后通過節點耦合法將兩者耦合起來。取10m 梁段進行建模計算，模型單元為0.1m×0.1m×0.1m 的四面體和六面體。

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362—2018），對于鋼筋混凝土受彎構件，采用標準組合驗算板梁的最大壓應力。標準組合形式如下：1.0 自重+1.0 總體升溫+1.0 梯度升溫+1.0 汽車荷載。標準組合作用下板的縱向應力和橫向應力如圖2、圖3所示。

圖2 標準組合作用下板的縱向應力

圖3 標準組合作用下板的橫向應力

通過調整預制板的板厚，分別對修改后的模型進行板的壓應力計算和提取，見表1。研究發現，板厚對板的最大壓應力計算值敏感，在進行質量評定時，必須嚴格控制板厚。建議板的厚度誤差為（-5，+5），評分權值設為2。

表1 板厚對應力的影響

通過調整預制板的板寬，分別對修改后的模型進行板的壓應力計算和提取，見表2。研究發現，板寬對板的最大壓應力計算值不太敏感，在進行質量評定時，可以對該值的權重適當放松。建議板寬大于設計值即可，評分權值設為1。

表2 板寬對應力的影響

通過調整預制板的板長，分別對修改后的模型進行板的壓應力計算和提取，見表3。研究發現，板長對板的最大壓應力計算值不太敏感，在進行質量評定時，可以對該值的權重適當放松。建議板長大于設計值即可，評分權值設為1。

表3 板長對應力的影響

通過調整預制板的混凝土強度，分別對修改后的模型進行板的壓應力計算和提取，見表4。研究發現，預制板混凝土強度對板的最大壓應力敏感，在進行質量評定時，必須嚴格進行混凝土強度現場檢測、預制板完整性檢查等。建議預制板混凝土強度應大于等于設計值，評分權值設為2。

表4 混凝土強度對應力的影響

3 關鍵指標的實測及確定

3.1 現場實測數據

3.1.1 預制板平整度

為了確定預制橋面板的平整度指標，實測樁板路基項目600 余處平整度數值。統計結果顯示，實測橫橋向平整度≤10mm，縱橋向平整度≤13mm，且數值大小與樁號無明顯相關關系，離散性較大，呈現隨機分布特征。經與已有的國家和地方相關標準對比，選取5mm 為平整度的誤差范圍。

3.1.2 預制板保護層厚度

實測樁板路基600 余處保護層厚度的現場數據。經數據分析及專家討論，選取預制板的保護層厚度誤差范圍的標準值為-5～10mm。

3.1.3 預制板幾何尺寸

統計了600 余處預制板的幾何尺寸，長度方向實測誤差范圍0～30mm，寬度方向為0～30mm，厚度方向為-7～7mm。經參閱國內相關國標及專家討論，選定預制板寬度方向誤差限值為±10mm，預制板長度方向誤差限值為-2～0mm，預制板厚度方向誤差限值為±5mm。均略低于實測數據的誤差范圍。

3.1.4 預制板橫坡度、相鄰板高差

現場測量統計了60 余處預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準，該橫坡度誤差范圍偏大，擬定±0.15%為橫坡度誤差控制范圍。現場測量統計了60 余處預制板相鄰板高差誤差范圍在0～2.5mm 之間。經專家討論和反饋意見，擬定5mm 為相鄰板高差誤差控制范圍。

3.1.5 預制板安裝軸線偏位、預留孔位置

在預制板安裝過程中，選取不同樁號處的監測點共450 處左右，分別測量了預制板安裝的縱向和橫向軸線偏位。數據表明：軸線偏位的誤差范圍在-10～10mm 左右，數值的大小與采樣點的位置相關性不大。綜合國內已有文獻資料、專家討論以及反饋意見，最終選取縱橫向軸線偏位的誤差范圍為-0～10mm。

預制板安裝預留孔位置偏差的統計數據表明，預留孔位置的偏差誤差范圍在-10～10mm 左右，數值的大小與采樣點的位置相關性不大。綜合國內已有文獻資料、專家討論以及反饋意見，最終選取預留孔位置的誤差范圍為-10～10mm。

3.2 指標集的確定

在研究成果的基礎上，經專家論證，確定了公路樁板路基預制混凝土板預制和安裝檢測指標集，見表5、表6。

表5 預制面板預制實測項目表

表6 預制面板安裝實測項目

4 結語

采用文獻調查、現場實測、數值模擬等多種研究手段，對樁板路基專項工程質量檢驗標準進行了全方位研究。提出了樁板路基專項工程施工時，混凝土板的預制和安裝實測項目，包括檢測指標、檢測標準、檢測頻率和權重，為樁板路基施工及驗收提供了依據。