李 偉

(山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600)

1 裝配式箱涵方案比選

本項目涵洞接長共設(shè)計4種規(guī)格的裝配式箱涵，即：3 m×2.5 m，3 m×3.5 m，4 m×3.5 m和4 m×4.5 m。根據(jù)本項目的吊裝、運輸?shù)仁┕ひ螅?jīng)過研究和分析，我們提出的門形裝配式箱涵，箱涵底板在受力較小位置處斷開，箱涵由預(yù)制門式構(gòu)件和現(xiàn)澆底板兩部分組成。此方案箱涵較大程度地減小了預(yù)制構(gòu)件的重量，且箱涵整體性較好，底板現(xiàn)澆對地基的平整度要求也較小，獲得了建設(shè)方和施工方的一致認可，因此我們最終確定采用門形裝配式箱涵為本項目的箱涵接長設(shè)計方案。

2 裝配式箱涵設(shè)計計算

箱涵的設(shè)計計算包括內(nèi)力計算和配筋設(shè)計計算兩大部分，傳統(tǒng)箱涵均是參照國內(nèi)規(guī)范、按照現(xiàn)澆力-式進行設(shè)計計算的，尺寸較大、配筋較多，工程反饋涵洞設(shè)計偏于保守。對于裝配式箱涵，綜合考慮工廠預(yù)制、運輸和吊裝等因素，不適宜按照現(xiàn)澆模式來設(shè)計計算，因此我們考慮采用美國軟件ETCulvert進行某高速改擴建項目裝配式箱涵的設(shè)計計算。ETCulvert是一款既可用于現(xiàn)澆箱涵計算，也可用于裝配式箱涵計算的多功能軟件。

ETCulvert軟件分為設(shè)計和驗算兩種模式，本項目裝配式箱涵計算先按設(shè)計模式進行，然后根據(jù)國內(nèi)施工的習慣、要求和工程經(jīng)驗對計算得到的箱涵尺寸和配筋進行局部調(diào)整，再通過ETCulvert軟件中的驗算模式進行驗算，最終確定箱涵尺寸和配筋。計算時，活載采用國內(nèi)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTUD60-2004)中定義的汽車荷載。

3 裝配式箱涵試驗研究

3.1 箱涵周圍土壓力監(jiān)測

箱涵現(xiàn)場試驗時，受現(xiàn)場試驗條件的限制，汽車荷載的作用采用等效土壓力加載的方式進行模擬，箱涵頂部填土至一定高度后，為保證填土的壓實度和作用，采用砂袋灌土的方式繼續(xù)堆載至設(shè)計填土高度。

土壓力監(jiān)測采用土壓力盒和數(shù)字式頻率儀進行。土壓力的測點主要設(shè)置在中間一節(jié)箱涵的中斷面上，共布設(shè)35個測點，土壓力監(jiān)測主要測量箱涵周圍土壓力隨填土和汽車荷載作用的變化，以了解箱涵周圍土體的壓實情況。

試驗得到箱涵兩側(cè)填土土壓力基本一致，且均隨著填土高度的增大均勻增大，說明箱涵兩側(cè)填土是對稱的，且壓實度較好，由于靠近箱涵附近只能采用小型壓實機具和人工壓實方式壓實，因而外側(cè)-排測點的土壓力均比內(nèi)側(cè)測點大一些。箱涵頂板兩端外側(cè)處土壓力存在局部跳躍現(xiàn)象，主要由于箱涵頂部拐角處壓實較難控制所致，隨著頂部填土的增加，跳躍處的土壓力逐漸恢復(fù)正常。

3.2 箱涵應(yīng)力監(jiān)測

箱涵應(yīng)力監(jiān)測選擇中間一節(jié)箱涵的中部截面作為監(jiān)測斷面，沿箱涵外表面和內(nèi)表面共布置31個測點，箱涵內(nèi)側(cè)每個測點處分別沿軸向和環(huán)向兩個方向粘貼應(yīng)變片，箱涵外側(cè)采用預(yù)埋鋼弦式應(yīng)變計進行測量。

箱涵應(yīng)力監(jiān)測根據(jù)施工過程分為兩個階段：回填壓實階段和汽車荷載作用階段。通過對各個監(jiān)測點應(yīng)力數(shù)據(jù)的分析，得到箱涵頂板、側(cè)墻和底板各部分的內(nèi)力分布、控制應(yīng)力及其所在位置。

試驗結(jié)果表明：箱涵頂板外側(cè)全部受壓、內(nèi)側(cè)全部受拉，跨中拉應(yīng)力最大為4.832 MPa；填土較低時，箱涵側(cè)墻表現(xiàn)為外側(cè)受拉、內(nèi)側(cè)受壓，隨著填土的增加，側(cè)墻中部外側(cè)的拉應(yīng)力逐漸減小，最終轉(zhuǎn)換為內(nèi)側(cè)受拉，最大拉應(yīng)力為1.516 MPa；箱涵底板表現(xiàn)為內(nèi)側(cè)受拉，由于底板有一部分為后澆，且底下地基土并非理想的彈性均質(zhì)地基，實測底板的最大拉應(yīng)力不在跨中位置，而在底板端部內(nèi)側(cè)的倒角處，最大為1.902 MPa。由箱涵各部位控制應(yīng)力可知，局部位置應(yīng)力超過了箱涵結(jié)構(gòu)混凝土的抗拉強度，箱涵局部出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，但根據(jù)試驗現(xiàn)場的觀測，未能檢測出肉眼可見的裂縫，說明裂縫寬度還非常小，不影響結(jié)構(gòu)的正常使用。

3.3 箱涵變形和沉降監(jiān)測

箱涵變形監(jiān)測主要選擇中間預(yù)制節(jié)段布置測點，在頂板和側(cè)墻上共布置6個測點，監(jiān)測箱涵的水平和豎向變形。箱涵沉降測點布置在各箱涵預(yù)制節(jié)段底板內(nèi)側(cè)，一共選擇5個斷面監(jiān)測，每個斷面設(shè)置3個測點。根據(jù)試驗監(jiān)測結(jié)果，箱涵頂板的豎向變形最大，變形值為2.14 mm，箱涵側(cè)墻的最大水平變形值為1.03 mm，由此可知，所設(shè)計的箱涵在涵頂5 m高填土荷載和汽車荷載作用下的變形值很小。箱涵各沉降測點的位移值均比較接近，平均12.2 mm，說明箱涵基礎(chǔ)處理后較為穩(wěn)固，也比較均勻，可保障箱涵不會因沉降不均勻而發(fā)生破壞。

4 裝配式箱涵施工

4.1 工廠預(yù)制

鋼筋骨架制作。構(gòu)件屬于規(guī)格結(jié)構(gòu)，鋼筋綁扎選擇的是自制定位胎架，從胎架中建立卡槽與定位管，以實現(xiàn)鋼筋骨架間隔距離的有效控制。

模板設(shè)計及制作。選擇8 mm定型的復(fù)合鋼模板進行構(gòu)件預(yù)制，必須確保模板剛度、強度與精度符合規(guī)范要求，同時模板設(shè)計采用側(cè)移式與鉸接式，重視模板合龍與構(gòu)件脫模等操作的便捷性。

構(gòu)建保護層。墊塊數(shù)量應(yīng)確?！?個/m2，以梅花型進行布設(shè)，結(jié)合具體狀況實施加密，以免墊塊數(shù)量不足，從而造成鋼筋下沉或是墊塊壓碎變形。

鋼筋骨架吊裝。選用吊裝模具以多點吊裝方式進行鋼筋骨架安裝，以免吊裝施工階段骨架出現(xiàn)變形，從而對構(gòu)件的性能指標造成不利影響。

4.2 構(gòu)件運輸及拼裝

構(gòu)件運輸。主要采用平板車完成構(gòu)件的安全運輸，但是需要提前根據(jù)實際情況與運輸要求等做好相關(guān)組織工作。

構(gòu)件拼裝準備。在正式進行構(gòu)件拼裝施工之前，需要對墊層的平整度實施嚴格檢查，確保平整度誤差低于3 m。同時構(gòu)件運輸之前，也要對運輸路線進行全面檢查，以保證構(gòu)件運輸?shù)捻樌ㄐ?。采用的?gòu)件運輸設(shè)備主要是大型平板車，通過倒鏈將構(gòu)件固定，然后合理支墊橡膠墊，以保證構(gòu)件運輸階段不會出現(xiàn)破損現(xiàn)象。

構(gòu)件拼裝。按照構(gòu)件的最大重量與安裝施工等要求，需要配置一臺履帶吊車(重量級別是80 t)。在節(jié)段安裝過程中需要嚴格貫徹由低處至高處的逐節(jié)安裝基本原則，首先進行側(cè)墻拼裝，然后進行蓋板拼裝。但是蓋板吊裝就位之前，需要從側(cè)墻凹槽涂抹高強水泥砂漿(級別是M30)，在蓋板就位后實現(xiàn)鉸縫的自行填塞。

5 總 結(jié)

本文首先對高速公路裝配式箱涵設(shè)計進行了分析，主要包含了涵洞結(jié)構(gòu)選擇、跨徑對比以及結(jié)構(gòu)防水設(shè)計等，并重點研究了裝配式箱涵施工過程，分析了裝配式箱涵與傳統(tǒng)涵洞施工對比。研究表明，裝配式箱涵施工規(guī)范、精細，需要的施工工時較短，顯著控制了施工成本，而且使用范圍比較廣。