羅吉慶， 曾田勝

(廣東高恩高速公路有限公司， 廣東 廣州 510600)

1 工程背景

高恩高速公路起于廣東省佛山市高明區(qū)更合鎮(zhèn),路線在里程K18+110(中心樁號)處跨越一處山坳，該處有一條寬約5 m村道，地方要求該處必須滿足車輛雙向通行的要求，而普通鋼筋混凝土蓋板涵跨徑一般不能超過6 m，設(shè)置普通涵洞不能滿足雙向通行要求。因此，原設(shè)計(jì)在該處設(shè)置有1×25 m的單跨簡支梁橋?？紤]到超高性能混凝土能提供較高的抗拉性能，故提出了一種8 m跨徑的超高性能混凝土(UHPC)-普通混凝土組合式蓋板涵，與橋梁跨越形式相比，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯，經(jīng)過研究，將原設(shè)計(jì)25 m的簡支梁橋變更為新型1-8×4.5 m組合式蓋板涵。

高恩高速公路為雙向六車道，設(shè)計(jì)速度為100/120 km/h，汽車荷載為公路-Ⅰ級，設(shè)計(jì)洪水頻率涵洞為1/100，地震動峰值加速度為0.05g，K18+110位置平均填土高度為1.3～1.7 m。

2 方案介紹

8 m超高性能混凝土(UHPC)-普通混凝土新型組合式蓋板涵(圖1)，基礎(chǔ)與墻身和普通涵洞一樣，主要的區(qū)別是上部蓋板，新型蓋板充分利用了超高性能混凝土(UHPC)優(yōu)異的抗拉性能，在蓋板底部設(shè)置倒“π”形超高性能混凝土(UHPC)承受拉力，上部澆筑普通混凝土，提高了涵洞的跨越能力。

圖1 蓋板涵截面示意圖

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1) 基礎(chǔ)、墻身與八字口設(shè)計(jì)

該新型組合式蓋板基礎(chǔ)、墻身及八字口與普通混凝土蓋板涵一樣(圖2、3)，無特殊要求。墻身每隔4～6 m設(shè)置一道沉降縫，墻身無需配筋；基礎(chǔ)地基承載力達(dá)到150 MPa即可，配筋方式與普通混凝土蓋板涵相同。

圖2 蓋板涵斷面圖(單位：cm)

(2) 蓋板設(shè)計(jì)

超高性能混凝土(UHPC)-普通混凝土新型組合式蓋板涵與普通混凝土蓋板涵主要區(qū)別在蓋板設(shè)計(jì)，即蓋板由超高性能混凝土與普通混凝土兩個(gè)結(jié)構(gòu)層組成，超高性能混凝土(配普通鋼筋)設(shè)置成帶肋的倒“π”或者倒“T”形式位于蓋板底部作為主要受拉構(gòu)件，其上澆筑C40普通混凝土，充分利用超高性能混凝土(UHPC)優(yōu)異的抗拉性能來提高涵洞的跨越能力。預(yù)制超高性能混凝土(UHPC)板，底板厚度10 cm，肋板高50 cm、厚10 cm，倒“π”形板寬1.99 m，倒“T”形板寬1 m。為與墻身沉降縫相適應(yīng)，將預(yù)制UHPC板分為A、B兩種類型，A形蓋板(圖4)由2片“π”形板和上澆筑C40普通混凝土組成；B形蓋板(圖5)由2片“π”形板與一片倒“T”形板(放置中間)及其上澆筑C40普通混凝土組成，蓋板長度為8.56 m。為解決普通混凝土底部拉應(yīng)力超限問題，在UHPC預(yù)制板底板配置鋼筋網(wǎng)片(圖6中①與②筋)；為解決超高性能混凝土與普通混凝土界面抗剪問題，設(shè)置抗剪鋼筋(圖6中4筋,縱、橫向間距30 cm，呈梅花形布置)；為提高組合式蓋板的整體性，蓋板頂部設(shè)置鋼筋網(wǎng)片并與預(yù)制UHPC板預(yù)埋鋼筋連接(圖7中⑤、⑥、⑦筋)。

圖3 蓋板涵立面圖(單位：cm)

圖4 A形蓋板立面圖(單位：cm)

圖5 B形蓋板立面圖(單位：cm)

圖6 UHPC預(yù)制蓋板配筋圖(單位：cm)

圖7 蓋板普通混凝土配筋圖(單位：cm)

2.2 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

利用Midas/Civil建立UHPC和C35混凝土的聯(lián)合截面，建立簡支梁模型，計(jì)算跨徑8.3 m，板寬2.0 m，共17個(gè)節(jié)點(diǎn)，16個(gè)單元，填土按80 kN/m，活載按25 kN/m施加均布荷載。

2.2.1 設(shè)計(jì)荷載

(1) 永久作用

結(jié)構(gòu)重力：

一期恒載：按構(gòu)件實(shí)際截面計(jì)入。

C35混凝土重度γ=25 kN/m3；UHPC重度γ=27 kN/m3。

二期恒載：包括蓋板涵上部填土，按80 kN/m的均布荷載施加(2 m板寬)。

(2) 基本可變作用

汽車荷載：按局部加載施加，因?yàn)? m填土作用輪載按30°擴(kuò)散至組合結(jié)構(gòu)上部，q=25 kN/m。

2.2.2 作用組合

(1) 承載能力極限狀態(tài)

基本組合：組合1：1.2×結(jié)構(gòu)重力+1.2×填土荷載+1.4×汽車(含汽車沖擊力)

(2) 正常使用極限狀態(tài)

① 準(zhǔn)永久組合

組合2：1.0結(jié)構(gòu)重力+1.0×填土荷載+0.4×活載

② 頻遇組合

組合3：1.0×結(jié)構(gòu)重力+1.0×填土荷載+0.7×活載

2.2.3 計(jì)算結(jié)果

驗(yàn)算結(jié)果見表1。

表1 組合式蓋板結(jié)構(gòu)驗(yàn)算數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

3 施工技術(shù)

3.1 施工流程

超高性能混凝土(UHPC)-普通混凝土組合式蓋板涵基礎(chǔ)與墻身施工與普通涵洞無區(qū)別，不再描述，這里重點(diǎn)介紹蓋板的施工流程，UHPC蓋板先在工廠預(yù)制養(yǎng)生完成，再運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行吊裝。主要施工流程：安裝UHPC預(yù)制蓋板→綁扎蓋板頂部鋼筋→每隔1 m現(xiàn)澆C40普通混凝土至UHPC肋板上表面→第二次澆筑C40混凝土至65 cm全高→蓋板上回填土和路面鋪裝→成橋狀態(tài)。具體流程見圖8。

圖8 組合式蓋板涵蓋板施工流程(單位：cm)

3.2 關(guān)鍵質(zhì)量控制

組合式蓋板的質(zhì)量控制關(guān)鍵是UHPC預(yù)制蓋板的質(zhì)量控制，關(guān)鍵控制要點(diǎn)如下：

(1) 超高性能混凝土(UHPC)拌制

超高性能混凝土(UHPC)需嚴(yán)格按照配合比下料，并嚴(yán)格按照工序下料，控制好UHPC拌和時(shí)間，塌落度拓展度控制在50～55 cm，保證超高性能混凝土(UHPC)的流動性。下料攪拌工序：水泥、核心料、石英砂同時(shí)加入攪拌缸進(jìn)行干混攪拌→邊攪拌邊將鋼纖維均勻篩入攪拌缸進(jìn)行攪拌直到攪拌均勻→然后加水?dāng)嚢璩缮皾{。

(2) 超高性能混凝土(UHPC)澆筑

UHPC澆筑使用料斗，每塊板分兩個(gè)澆筑點(diǎn)集中下料澆筑，拌和料下落速度不能太快，采用插入式振動器振搗，每個(gè)點(diǎn)振動時(shí)間以3～4 s為宜。

(3) 超高性能混凝土(UHPC)養(yǎng)生

為保證超高性能混凝土(UHPC)性能達(dá)到預(yù)期效果，采用蒸氣高溫養(yǎng)生方式，養(yǎng)護(hù)溫度恒定為80～90 ℃時(shí)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于72 h；養(yǎng)護(hù)溫度恒定為90 ℃以上時(shí)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于48 h。養(yǎng)護(hù)過程蒸氣養(yǎng)護(hù)棚內(nèi)相對濕度不低于95%。為防止養(yǎng)護(hù)過程中開裂，養(yǎng)護(hù)升溫階段，升溫速度不大于12 ℃/h；降溫階段，降溫速度不大于15 ℃/h。

4 結(jié)語

超高性能混凝土(UHPC)-普通混凝土新型組合式蓋板涵利用UHPC的高抗拉強(qiáng)度(彎拉強(qiáng)度、軸拉強(qiáng)度)，將其設(shè)置在蓋板涵受拉區(qū)，受壓區(qū)則完全采用蓋板涵常用的C40普通混凝土，結(jié)構(gòu)兩種不同材料各司其職，達(dá)到了提高涵洞的跨越能力(普通混凝土蓋板涵跨徑一般不超過6 m)，通過設(shè)計(jì)可使其跨徑達(dá)到8 m及以上，與橋梁跨越形式相比，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢明顯。該文詳細(xì)介紹了新型組合式蓋板涵的設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)，可為山區(qū)公路通道涵的設(shè)置提供參考。