樁板式道路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工

方圓，朱玉

摘 要：樁板式路基結(jié)構(gòu)是一種新型結(jié)構(gòu)，與土質(zhì)路基相比，其具有工后沉降小、整體剛度大等優(yōu)點(diǎn)。此結(jié)構(gòu)形式適應(yīng)性強(qiáng)，不同土質(zhì)地段均可以靈活應(yīng)用。以合樅高速公路工程項(xiàng)目為例，對(duì)大跨度樁板式道路結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了分析，提出了適宜預(yù)制安裝的大跨度樁板式道路結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)一步討論施工方案后，形成了涵蓋預(yù)制、安裝的樁板式道路結(jié)構(gòu)施工工藝，可為樁板式道路結(jié)構(gòu)施工提供參考。

關(guān)鍵詞：樁板式道路；預(yù)制安裝；設(shè)計(jì)；施工

中圖分類(lèi)號(hào)：U415? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2023）04-0001-03

0 引言

樁板結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用時(shí)間不長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)外對(duì)其理論研究有限，還沒(méi)有形成完整的設(shè)計(jì)理論體系。德國(guó)在設(shè)計(jì)樁板結(jié)構(gòu)時(shí)，通過(guò)大量的試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證其性能及效果，表明樁板結(jié)構(gòu)在控制路基沉降方面可以滿足工程需要。我國(guó)在遂渝線上首次應(yīng)用樁板結(jié)構(gòu)，當(dāng)時(shí)為了提高安全系數(shù)，沒(méi)有考慮承載板下路基土體的支撐作用和土體對(duì)于樁的約束作用，以簡(jiǎn)易橋梁的形式來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

西南交通大學(xué)的蔣關(guān)魯[1]等人對(duì)樁板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和理論分析進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述，基于遂渝線無(wú)砟軌道工程，對(duì)設(shè)計(jì)的樁板結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行了大比例尺模型載荷試驗(yàn)。離心機(jī)模型試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車(chē)動(dòng)態(tài)測(cè)試試驗(yàn)和長(zhǎng)期觀測(cè)試驗(yàn)。之后，國(guó)內(nèi)對(duì)樁板結(jié)構(gòu)的研究又有了新的進(jìn)展，唐第甲[2]通過(guò)數(shù)值模擬研究了結(jié)構(gòu)的自振頻率和動(dòng)荷載傳遞規(guī)律。丁兆峰[3]利用“等效替代框架法”結(jié)合“剛度法”和“地基系數(shù)法”對(duì)樁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解析計(jì)算分析。吳德志[4]等人研究了樁板結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)。這些研究都在嘗試為樁板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)整合出一套完整的體系，以適應(yīng)工程實(shí)踐的要求[5]。

近年來(lái)，研發(fā)人員先后依托合寧改擴(kuò)建、合安改擴(kuò)建、合巢無(wú)改擴(kuò)建等項(xiàng)目，對(duì)6 m標(biāo)準(zhǔn)跨徑樁板式道路結(jié)構(gòu)在改擴(kuò)建項(xiàng)目中應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題開(kāi)展了一系列技術(shù)探索與研究，并對(duì)6 m跨度樁板式道路結(jié)構(gòu)的技術(shù)體系初步形成了系統(tǒng)的成果。

隨著地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)與地方路交叉路段、斜交角度較大的交叉位置，原有6 m樁板式道路跨越能力的局限影響了其適用范圍，其跨徑提升勢(shì)在必行。因此本文對(duì)6～12 m系列的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工。

1 工程概況

本文以合樅高速公路工程項(xiàng)目為依托，基于6 m跨徑樁板式道路結(jié)構(gòu)的研究成果，針對(duì)6～12 m跨度樁板式道路的設(shè)計(jì)體系及方法開(kāi)展研究，為明確樁板式道路的應(yīng)用范圍、設(shè)計(jì)依據(jù)和設(shè)計(jì)方法建立科學(xué)依據(jù)并奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

12 m跨徑樁板式道路上部結(jié)構(gòu)采用直線配束先張法預(yù)應(yīng)力混凝土等高度預(yù)制π板，下部結(jié)構(gòu)采用連續(xù)墩蓋梁采用預(yù)制+現(xiàn)澆型式形成倒“T”形蓋梁，結(jié)構(gòu)型式為先簡(jiǎn)支后形成連續(xù)剛構(gòu)，連續(xù)墩為墩梁固接，過(guò)渡墩設(shè)置滑板支座。

2 大跨度樁板式道路設(shè)計(jì)

2.1 大跨樁板式道路上部結(jié)構(gòu)

12 m大跨徑樁板式路基上部結(jié)構(gòu)橫斷面擬采用雙T梁截面形式，上部結(jié)構(gòu)采用直線先張法預(yù)應(yīng)力混凝土等高度預(yù)制π板，梁高0.75 m，橋面寬12.65 m，預(yù)制板寬采用3.185 m（邊板）、3.17 m（中板），設(shè)2塊邊板+2塊中板，大跨度樁板式道路上部結(jié)構(gòu)如圖1所示。主梁混凝土采用C50，鋼絞線采用Φ15.2級(jí)（fpk= 1 860 MPa），普通鋼筋等級(jí)為HRB400級(jí)。

預(yù)制梁板連接采用回轉(zhuǎn)式鋼筋連接，U型鋼筋交錯(cuò)布置，U型鋼筋疊置環(huán)內(nèi)側(cè)應(yīng)配置橫向鋼筋，數(shù)量不應(yīng)少于4根。連接縫內(nèi)應(yīng)澆筑補(bǔ)償收縮混凝土，強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)不低于梁板強(qiáng)度等級(jí)。預(yù)制板間連接構(gòu)造如圖2所示。

2.2 大跨樁板式道路下部結(jié)構(gòu)

下部結(jié)構(gòu)為3列Φ800樁柱結(jié)構(gòu)，樁柱間距4.7 m，樁柱采用預(yù)制PRC管樁，壁厚11 cm。過(guò)渡墩蓋梁尺寸1 300 mm×80 mm，中墩采用倒T型蓋梁，先澆筑部分尺寸為1 300 mm×800 mm，后與梁一起澆筑部分尺寸為600 mm×550 mm。以縱向跨徑為7×12 m先簡(jiǎn)支后連續(xù)剛構(gòu)樁板式道路為例，連續(xù)墩位置采用墩梁固結(jié)，聯(lián)端過(guò)渡位置設(shè)置滑板支座。

樁柱采用C80混凝土，蓋梁采用C50混凝土。樁柱預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量及直徑為24ΦD10.7，非預(yù)應(yīng)力鋼筋為24根Φ12 mm的HRB400級(jí)鋼筋，箍筋為Φ6 mm的HRB400級(jí)鋼筋。

樁板連接采用樁頂預(yù)埋豎向錨固鋼筋，樁柱頂部應(yīng)設(shè)置高模量梁板墊片，與蓋梁預(yù)留連接槽內(nèi)應(yīng)澆筑補(bǔ)償收縮混凝土，強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)不低于梁板強(qiáng)度等級(jí)。管樁樁頂與蓋梁連接構(gòu)造如圖3所示。

3 大跨度樁板式道路施工

3.1 總體預(yù)制工藝

預(yù)制π梁頂?shù)酌妗⒐軜俄斆婢鶠樗筋A(yù)制（無(wú)縱橫坡），橋面橫坡通過(guò)管樁高程及預(yù)制蓋梁與管樁連接處的底面橫坡實(shí)現(xiàn)。

3.1.1 預(yù)制π梁結(jié)構(gòu)預(yù)制工藝

先張法預(yù)應(yīng)力預(yù)制π梁采用定型鋼模集中預(yù)制，預(yù)制區(qū)共設(shè)置6條線進(jìn)行生產(chǎn)（即2排），每條線設(shè)置5個(gè)臺(tái)座。根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)采用張拉采用單端張拉，場(chǎng)地排布順序?yàn)椋簭埨耍ㄒ苿?dòng)橫梁-千斤頂-固定橫梁）→張拉反力墻→制梁臺(tái)座→制梁臺(tái)座→制梁臺(tái)座→制梁臺(tái)座→制梁臺(tái)座→張拉反力墻→固定端（固定橫梁，初張拉端）。

普通鋼筋在加工棚中集中制作，鋼筋連接采用雙面焊。預(yù)應(yīng)力筋的張拉采用4臺(tái)250 kN千斤頂，上、下各布置2個(gè)，張拉采用整體張拉、整體放張。預(yù)應(yīng)力筋采用應(yīng)力控制方法張拉，以伸長(zhǎng)值進(jìn)行校核。采用的張拉程序?yàn)?→20%σk（初應(yīng)力）→40%σk→100%σk持荷5 min。

采用大塊鋼模板作為側(cè)模，側(cè)模通長(zhǎng)拼裝，端模用撐架和螺栓固定在側(cè)模上。為了提高混凝土π梁的整體受力性能，避免頂板厚度不均勻和側(cè)板保護(hù)層不夠，采用整體式固定鋼芯模。

混凝土采用拌和站集中拌制，用攪拌運(yùn)輸車(chē)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。混凝土澆筑采取縱向分段水平分層，先腹板再頂板的順序由一端向另一端推進(jìn)，澆筑時(shí)π梁對(duì)稱澆筑。用10 t門(mén)式起重機(jī)配合吊罐澆筑入模，人工現(xiàn)場(chǎng)采用振搗棒振搗。

規(guī)范要求，在混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa時(shí)即可拆除側(cè)模，模板與梁體脫離后，用龍門(mén)起重機(jī)將模板拉開(kāi)后再起吊。

π梁混凝土采用噴淋養(yǎng)護(hù)法，濕養(yǎng)護(hù)周期一般7 d。預(yù)應(yīng)力放張時(shí)，混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%，且混凝土齡期不小于7 d。π梁混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定后，用1臺(tái)運(yùn)梁車(chē)移運(yùn)至存梁區(qū)，預(yù)制π梁效果圖如圖4所示。

3.1.2 蓋梁預(yù)制工藝

蓋梁鋼筋采用全自動(dòng)鋼筋加工設(shè)備下料，利用鋼筋加工胎膜制作整體鋼筋骨架，通過(guò)專門(mén)吊取裝置，在鋼筋場(chǎng)內(nèi)由叉車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)至綁扎區(qū)。在現(xiàn)場(chǎng)完成綁扎后，通過(guò)10 t門(mén)式起重機(jī)吊裝入模。蓋梁模板采用新加工定型鋼模板，確保鋼板厚度和支撐強(qiáng)度。

蓋梁混凝土采用采用1.3 m3料斗轉(zhuǎn)運(yùn)入模，澆筑時(shí)按照30 cm水平分層澆筑至倒角處。預(yù)制蓋梁一般在混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa時(shí)方可拆側(cè)模，在預(yù)制蓋梁每端布置2個(gè)吊環(huán)，構(gòu)件通過(guò)40 t龍門(mén)起重機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)，將預(yù)制蓋梁移存到存放區(qū)，灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7 d。

3.1.3 管樁預(yù)制工藝

管樁預(yù)制過(guò)程中，混凝土攪拌應(yīng)采用微機(jī)控制的強(qiáng)制式攪拌機(jī)，每節(jié)管樁用混凝土的攪拌次數(shù)不宜超過(guò)2次，混凝土塌落度宜控制在20～50 mm，混凝土攪拌、布料及預(yù)應(yīng)力張拉所需時(shí)間不宜超過(guò)30 min。離心成型分為四個(gè)階段：慢速、低速、中速、高速，離心制度應(yīng)根據(jù)管樁的規(guī)格、品種、原材料等在試驗(yàn)基礎(chǔ)上確定。常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)采用帶模養(yǎng)護(hù)，介質(zhì)為飽和蒸汽。預(yù)應(yīng)力鋼筋放張順序應(yīng)采用對(duì)稱、相互交錯(cuò)放張。蒸汽養(yǎng)護(hù)結(jié)束，樁體表面溫度與環(huán)境溫度溫差小于80℃后，管樁方可出蒸養(yǎng)釜。管樁存放在成品堆場(chǎng)需繼續(xù)進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)。管樁樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后，才能出廠。

3.2 樁板式道路結(jié)構(gòu)安裝施工

預(yù)制構(gòu)件施工完成后，構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度、外觀質(zhì)量、尺寸偏差等應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，并應(yīng)核對(duì)預(yù)制構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度及預(yù)制構(gòu)件和配件的型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量等符合設(shè)計(jì)要求。安裝施工前，應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量放線、設(shè)置構(gòu)件安裝定位標(biāo)識(shí)，檢查復(fù)核吊裝設(shè)備及吊取裝置處于安全操作狀態(tài)。施工前宜選擇有代表性的單元進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件試安裝，并應(yīng)根據(jù)試安裝結(jié)果及時(shí)調(diào)整完善施工方案和施工工藝。

正式吊裝前對(duì)預(yù)制蓋梁安設(shè)標(biāo)高進(jìn)行整體復(fù)測(cè)，測(cè)量位置為對(duì)應(yīng)的每一片π梁的板肋位置。若標(biāo)高出現(xiàn)較高偏差，高出部分應(yīng)采用風(fēng)鎬對(duì)蓋梁頂面進(jìn)行鑿毛處理，在π梁安裝前采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行調(diào)平處理。若出現(xiàn)蓋梁標(biāo)高不足現(xiàn)象，應(yīng)采用不銹鋼板進(jìn)行支墊，并在鋼板與π梁之間的間隙內(nèi)，用環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)灌縫料填塞密實(shí)，以保證π梁橫坡滿足要求。

預(yù)制π梁安裝采用吊孔穿束兜梁底的吊裝方法，架設(shè)完成后，采用M7.5砂漿封堵吊裝孔，機(jī)械采用汽車(chē)起重機(jī)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地布置，π梁的架設(shè)應(yīng)橫橋向從左往右或者從右往左依次架設(shè)，安裝現(xiàn)場(chǎng)如圖5所示。

吊裝所用吊取裝置采用型鋼加工制作而成，其剛度和強(qiáng)度均應(yīng)滿足吊裝需求。現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制梁板進(jìn)場(chǎng)后，采用吊取裝置對(duì)梁板進(jìn)行兜底起吊。起吊時(shí)，π梁先離車(chē)或離地10 cm左右懸停，觀察吊取裝置及地基變化情況，懸停5～10 min，確認(rèn)安全后，再進(jìn)行起重安裝。放置穩(wěn)定后，不應(yīng)直接松鉤，應(yīng)先對(duì)梁板位置、標(biāo)高、支承脫空情況進(jìn)行核查，確認(rèn)無(wú)誤后，再松鉤，并解開(kāi)吊取裝置，進(jìn)行下一片梁板架設(shè)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合大跨度樁板式道路結(jié)構(gòu)建造的要求，以合樅高速公路為依托對(duì)12～16 m跨度的樁板式道路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行了研究，形成了適合跨路施工的樁板式道路結(jié)構(gòu)。

大跨度樁板式道路結(jié)構(gòu)可以采用多肋式斷面，以π型斷面形式進(jìn)行預(yù)制。蓋梁可采用預(yù)制方式，安裝后通過(guò)套筒與預(yù)制管柱連接，預(yù)制板之間通過(guò)回轉(zhuǎn)式鋼筋濕接縫進(jìn)行聯(lián)系，形成了適合預(yù)制安裝施工的大跨度樁板式道路結(jié)構(gòu)。

本文對(duì)大跨度樁板式道路結(jié)構(gòu)的主要施工工藝進(jìn)行了研究與總結(jié)，形成了涵蓋預(yù)制、安裝的樁板式道路結(jié)構(gòu)施工工藝，可為樁板式道路結(jié)構(gòu)施工提供參考。

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