王代，王勇智

(1.中州大學(xué)，河南鄭州450000;2.鄭州大學(xué)新型建材與結(jié)構(gòu)研究中心，河南鄭州450002)

隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)、交通量的不斷增長(zhǎng)、車(chē)載重量的增加，高速公路在營(yíng)運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)了不少問(wèn)題，橋頭跳車(chē)就是最為普遍的問(wèn)題之一。橋頭跳車(chē)的形成原因是多方面的，包括設(shè)計(jì)、施工、地基條件、臺(tái)后填料等。橋頭跳車(chē)不僅影響車(chē)速和行車(chē)安全，而且加大了公路的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用、降低了高速公路的使用效益。隨著當(dāng)前以人為本的設(shè)計(jì)新理念的普及，人們對(duì)公路營(yíng)運(yùn)的安全性、舒適性提出了更高的要求，橋頭跳車(chē)現(xiàn)象越來(lái)越受到關(guān)注。

大量的實(shí)踐證明，設(shè)置搭板、加強(qiáng)地基是防治橋頭跳車(chē)較為有效而又經(jīng)濟(jì)的方法，然而目前的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范涉及的較少，搭板在設(shè)計(jì)中沒(méi)有專項(xiàng)設(shè)計(jì)，均簡(jiǎn)化計(jì)算(按簡(jiǎn)支板計(jì)算)，其尺寸和配筋也大都是經(jīng)驗(yàn)性的。因此，搭板在車(chē)輛荷載作用下的實(shí)際受力性能特別是變形性能的確定就顯得尤為重要。

1 試驗(yàn)概況

搭板的現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)在扶項(xiàng)高速公路No.13標(biāo)段的兩座具有代表性的橋梁上進(jìn)行，橋梁名稱分別為K1+218駙馬溝中橋和K2+969(上行)漯阜鐵路分離式立交橋。兩座橋均位于周口東項(xiàng)城縣的駙馬溝與黃寨鎮(zhèn)之間，橋臺(tái)兩端搭板設(shè)計(jì)資料如表1所示。

2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

搭板底層縱向每排鋼筋上均勻布置5個(gè)應(yīng)變片，根據(jù)加載情況共布置了6排，如圖1所示。編號(hào)原則是：距板邊1.0 m為第一排，編號(hào)Ⅰ，接著依次是Ⅱ～Ⅵ;縱向編號(hào)是緊靠橋跨部分的為1，向遠(yuǎn)依次是2～5;故每個(gè)應(yīng)變片(也即每根引出的屏蔽線)編號(hào)為Ⅰ—1、Ⅰ—2，…，Ⅵ—5。搭板豎向位移測(cè)量布點(diǎn)情況如圖2所示，每塊搭板20個(gè)位移測(cè)點(diǎn)。

表1 橋臺(tái)搭板設(shè)計(jì)資料

圖1 搭板底鋼筋應(yīng)變量測(cè)位置示意圖/m

圖2 搭板豎向位移測(cè)量位置示意圖/m

2.2 荷載工況設(shè)計(jì)

每塊搭板在試驗(yàn)中分別按兩種工況進(jìn)行加載，工況一及工況二加載、卸載情況如圖3、圖4所示。

本次試驗(yàn)所用加載設(shè)備為3輛重約為30 t后雙軸重車(chē)，車(chē)輪橫向間距1.8 m。

圖3 搭板試驗(yàn)荷載工況一加載與卸載示意圖/m

圖4 搭板試驗(yàn)荷載工況二加載與卸載示意圖/m

3 試驗(yàn)方法及步驟

3.1 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備

先在搭板底層縱向鋼筋上埋設(shè)應(yīng)變片，待應(yīng)變片埋設(shè)好、環(huán)氧樹(shù)脂凝固之后，即可進(jìn)行搭板混凝土的澆筑，注意振搗過(guò)程中，盡量避免損壞到應(yīng)變片及屏蔽線?；炷翝仓Y(jié)束，在自然條件下進(jìn)行濕養(yǎng)護(hù)28 d。

3.2 試驗(yàn)步驟與方法

(1)現(xiàn)場(chǎng)荷載作用點(diǎn)及位移測(cè)點(diǎn)的定位

根據(jù)圖2、圖3、圖4進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定位(在未鋪筑瀝青層的搭板表面分別用紅黃十字漆線標(biāo)記出工況一及工況二車(chē)輛的加載位置，用帶圈交叉線標(biāo)記出位移測(cè)點(diǎn))。

(2)儀器的安置與調(diào)整

根據(jù)視距及測(cè)點(diǎn)位置情況，選擇好水準(zhǔn)儀的安置位置。

把埋入邊坡中的寫(xiě)有編號(hào)的屏蔽線連同補(bǔ)償片引線分別整理好，按編號(hào)順序?qū)⑵帘尉€連到應(yīng)變儀上。

(3)加載、卸載與數(shù)據(jù)采集

先讓車(chē)輛停在離搭板邊約5 m處，各儀器調(diào)零后先進(jìn)行無(wú)載測(cè)量，位移和應(yīng)變同步進(jìn)行。待準(zhǔn)備完畢，緩慢地開(kāi)上車(chē)輛一，并使后輪停在預(yù)先標(biāo)記好的線上，每次加載及卸載均為車(chē)輛朝著橋跨方向;每次加載、卸載后均需靜等一段時(shí)間(不小于30 min［1］)，以使結(jié)構(gòu)恢復(fù)變形。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 變形觀測(cè)結(jié)果與分析

試驗(yàn)搭板的位置及平面形狀如圖5所示。

圖5 搭板平面位置示意圖

4.1.1南北端搭板在相同工況下的位移情況

駙馬溝中橋橋頭搭板在工況一(三級(jí)加載)和工況二(三級(jí)加載)情況下的豎向位移曲線如圖6、圖7所示(繪制中以每排1點(diǎn)為橫向坐標(biāo)軸原點(diǎn))。

圖6 駙馬溝中橋南北端搭板工況一(三級(jí)加載)豎向位移曲線

圖7 駙馬溝橋南北端搭板工況二(三級(jí)加載)豎向位移曲線

從圖7中看出，北端搭板變形基本上均小于南端;南北端變形中最大變形量均發(fā)生在中間的3處，這是因?yàn)楣r一荷載幾乎加在每排的中間，而北端整塊搭板下都進(jìn)行了地基加固(無(wú)砂小樁的處理)，所以變形明顯小。同時(shí)從板橫向看，Ⅰ排、Ⅱ排、Ⅳ排均表現(xiàn)為在橋臺(tái)與路基相接處的位置，南端比北端變形急劇的多，大約是相對(duì)應(yīng)每排的2點(diǎn)處。而Ⅲ排的變化南北端表現(xiàn)得差距不大，這其中半幅橋的整板橫向?qū)捠?2.5 m，而Ⅲ排基本上是板橫向的跨中，受邊緣邊界影響較小，故出現(xiàn)4排位移點(diǎn)如此變化的情況。除此之外，由于工況二的加載是在搭板邊，也即南端搭板枕梁的地方，由于枕梁下有2～3排小樁支撐，所以南端搭板的變形曲線過(guò)多是向上的變形，不像工況一情況下具有明顯的區(qū)別。

4.1.2 搭板上相同位置在不同工況下的位移變化

選擇了其中四排測(cè)點(diǎn)，每一排的變形曲線，如圖8、圖9所示。從圖8中可知，每一排基本上保持著相同的變化趨勢(shì)，隨著荷載的增加，變形加大，三級(jí)加載下達(dá)到最大，隨著卸載變形又減小(個(gè)別除外，也許是受整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中可能產(chǎn)生測(cè)量誤差的各種因素的影響)。由于搭板是整體式板且具有斜度，在受力過(guò)程中會(huì)有橫向的影響。搭板上縱向每排測(cè)點(diǎn)最大位移分別為-3.54㎜、-3.52㎜、-3.59㎜、-2.95㎜，相差不大，較多(包括最大值)發(fā)生在工況一(3)情況，這是符合常規(guī)的。

圖8 駙馬溝中橋南端搭板Ⅲ、Ⅳ排豎向位移曲線

圖9 漯阜鐵路立交橋北端搭板Ⅰ、Ⅱ豎向位移曲線

4.2 應(yīng)變觀測(cè)結(jié)果與分析

不同工況下搭板底應(yīng)變總體變化圖如圖10所示，圖中橫坐標(biāo)軸中1～6分別對(duì)應(yīng)試驗(yàn)中Ⅰ～Ⅵ排。

在工況一作用下(即力作用于縱向搭板的中央)，從圖10a可以發(fā)現(xiàn)，由于駙馬溝橋北端搭板下均有小樁，所以有壓應(yīng)變且值相對(duì)來(lái)說(shuō)較大，而拉應(yīng)變較小，這樣的分布對(duì)結(jié)構(gòu)的受力較為有利。而跨鐵路橋南端搭板僅在枕梁下布置了小樁，拉應(yīng)變較大，尤其是板中達(dá)到-74微應(yīng)變。當(dāng)然在橋中與板相接的第一排無(wú)論拉壓均出現(xiàn)較大值，符合常規(guī)結(jié)構(gòu)變形特性，這也是該地方會(huì)出現(xiàn)板底脫空現(xiàn)象的原因。

在工況二作用下(即車(chē)輛停在板邊，枕梁處)，從圖10b看出，兩種地基處理方式下即無(wú)論北端還是南端均出現(xiàn)較大壓應(yīng)變，而且基本上北端略大于南端，這可能因?yàn)楸倍税逑螺^大的地基剛度，這說(shuō)明當(dāng)車(chē)輛由路面駛?cè)霕蚺_(tái)搭板時(shí)，這時(shí)搭板的受力也是極為不利的，板底鋼筋會(huì)上翹，且板跨中會(huì)達(dá)到70微應(yīng)變，但這樣的應(yīng)變值并不會(huì)使搭板出現(xiàn)裂縫或造成開(kāi)裂。同樣在近臺(tái)板端也出現(xiàn)相對(duì)不小的應(yīng)變，故做好板與橋臺(tái)背墻間的連接構(gòu)造至關(guān)重要，不但要有適宜的縱向伸縮，而且允許其有一定的在豎向的轉(zhuǎn)動(dòng)位移，同時(shí)做好密封防水處理，避免對(duì)該處地基的浸蝕。

圖10 工況一(3)及工況二(3)情況下搭板底層每排最大應(yīng)變直方圖

5 結(jié)論

(1)北端搭板比南端搭板處理效果好，即整塊搭板下有無(wú)砂小樁的形式對(duì)結(jié)構(gòu)最有利;僅枕梁下布置小樁的效果也是顯著的(相對(duì)于常規(guī)搭板設(shè)計(jì))，在經(jīng)濟(jì)條件容許的情況下，應(yīng)該合理加大樁體的用量。

(2)臺(tái)后填土越高，搭板底置入無(wú)砂小樁的這種削減因路基沉降導(dǎo)致路面下沉的作用越明顯，同時(shí)對(duì)于軟土地基有更為突出的效果。

(3)對(duì)于近臺(tái)端變形較大的情況，應(yīng)該使樁體最長(zhǎng)，后面依次減短，這樣既節(jié)省費(fèi)用，也會(huì)減少板底的上翹，使變形順滑平緩。

［1］余天慶.工程材料與橋梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能測(cè)試［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1997：.

［2］姚謙峰，陳平.土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

［3］方緒華，鄭振.鋼管混凝土肋拱橋靜載試驗(yàn)撓度觀測(cè)方法［J］.福州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1999，27(3)：107-111.

［4］龔曉南，俞建霖.地基處理理論與實(shí)踐(一)［C］∥第七屆全國(guó)地基處理學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集.

［5］張宏光.楔形柔性搭板模型試驗(yàn)［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，25(3)：54-57.

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