張世華，熊曉亮，周甘霖

（1. 浙江浙文工程檢測(cè)技術(shù)有限公司，浙江 溫州 325011；2. 杭州市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310021；3. 浙江創(chuàng)新工程檢測(cè)有限公司，浙江 杭州 310012）

0 引 言

近些年來隨著人們對(duì)精神、文化、娛樂多元化需求越來越旺盛，各種新鮮的、刺激的旅游項(xiàng)目逐漸取代傳統(tǒng)旅游項(xiàng)目，這些旅游項(xiàng)目包括玻璃吊橋、玻璃棧道、高空觀景平臺(tái)等[1]。由于棧道大多數(shù)建于懸崖峭壁、地形復(fù)雜的部位，棧道的結(jié)構(gòu)形式需要與地形完美融合，因此實(shí)際工程中沒有完全相同的棧道。棧道的結(jié)構(gòu)形式主要有立柱式、懸挑式、斜柱式或者多種形式組合等[2]。

然而很多棧道由當(dāng)?shù)卮逦蚵糜未ü窘M織開發(fā)，由于前期匆忙施工從而缺少完整的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理資料，因此存在巨大的安全隱患，此類棧道一旦出現(xiàn)事故就會(huì)造成人員傷亡等災(zāi)難性的后果[2]。為順應(yīng)需求、方便管理，河北省發(fā)布了關(guān)于玻璃天橋和玻璃棧道的規(guī)范《景區(qū)人行玻璃懸索橋與玻璃棧道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（DB13(J)/T 264—2018）[3]，中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)編制了專門針對(duì)玻璃棧道的《玻璃棧道工程技術(shù)規(guī)程》（T/CECS 896—2021）[4]。近些年也有一些學(xué)者對(duì)玻璃棧道進(jìn)行了初步的研究，如褚騰峰[5]采用SAP2000有限元軟件進(jìn)行不同工況人行荷載下的玻璃棧道舒適度的數(shù)值模擬，趙璐[6]將層次分析法引進(jìn)玻璃棧道安全評(píng)估中建立其遞階層次分析模型，進(jìn)而確立評(píng)估指標(biāo)體系，郝鵬[7]對(duì)“三無”旅游棧道進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)探索并討論了檢驗(yàn)此類棧道的承載能力及安全性能的方法。

但針對(duì)已建并運(yùn)營(yíng)多年的玻璃棧道承載能力驗(yàn)算及荷載試驗(yàn)的研究相對(duì)較少，本文針對(duì)象山某玻璃棧道進(jìn)行承載力驗(yàn)算并對(duì)未通過驗(yàn)算的項(xiàng)目進(jìn)行加固處理，加固處理后通過荷載試驗(yàn)驗(yàn)證加固的有效性，為后續(xù)已建棧道的承載力驗(yàn)算及處理提供相關(guān)借鑒。

1 工程概況

象山某玻璃棧道海拔高度約180 m，玻璃棧道位于峭壁、依山勢(shì)而造，棧道寬約 1.5 m、全長(zhǎng)約160 m。棧道東西兩側(cè)共設(shè)置兩個(gè)觀光平臺(tái)，東側(cè)依地勢(shì)設(shè)置回字型觀光平臺(tái)，西側(cè)設(shè)置方型觀光平臺(tái)（實(shí)景圖見圖1、平面圖見圖2）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形地貌玻璃棧道豎向采用雙立柱、單立柱承重，立柱均采用直徑約230 mm的圓柱，立柱下方采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)（實(shí)景圖見圖3、剖面圖見圖4）。雙立柱上方與鋼筋混凝土框架梁兩端剛接；單立柱與上方鋼筋混凝土梁剛接，靠山一端擱置在混凝土縱梁上或采用錨筋與基巖連接；棧道局部采用懸挑梁承重，懸挑梁根部與基巖采用錨筋連接（見圖5）。棧道行人面板采用8 mm+1.52 mm PVB+8 mm+1.52鋼化夾膠玻璃，行人面板與鋼筋混凝土梁采用結(jié)構(gòu)膠連接。外側(cè)欄桿采用不銹鋼立柱作為主要豎向承重構(gòu)件，立柱根部采用連接件與棧道外側(cè)混凝土梁連接，欄板采用8 mm+1.52 mm PVB+8 mm鋼化夾膠玻璃，欄板與不銹鋼立柱采用連接件連接（見圖6）。

圖1 玻璃棧道衛(wèi)星圖及實(shí)景Fig. 1 Satellite view and live photo of glass skywalk

圖2 玻璃棧道總平面圖Fig. 2 General plan of glass skywalk

圖3 立柱及立柱基礎(chǔ)圖Fig. 3 Column and column foundation

圖4 構(gòu)件單元剖面圖Fig. 4 Section view of component unit

圖5 懸挑梁根部與基巖連接圖Fig. 5 Connection between root of overhanging beam and bedrock

圖6 棧道外側(cè)欄桿實(shí)景Fig. 6 Outer railings of the boardwalk

通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘結(jié)合鉆孔取芯對(duì)巖體完整性、堅(jiān)硬程度、風(fēng)化程度及軟化系數(shù)進(jìn)行分析判斷，經(jīng)綜合判斷場(chǎng)地巖體為不軟化、微風(fēng)化的堅(jiān)硬巖，巖樣照片詳見圖7。

圖7 巖體芯樣照片F(xiàn)ig. 7 Rock samples

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)：局部玻璃棧道行人面板被風(fēng)掀翻，欄桿扶手外推時(shí)晃動(dòng)明顯；同時(shí)棧道主體結(jié)構(gòu)缺少設(shè)計(jì)資料及驗(yàn)收資料。

2 玻璃棧道驗(yàn)算原則及項(xiàng)目

（1）鑒于該玻璃棧道整體位于海拔高度約180 m的山谷（風(fēng)荷載較大），現(xiàn)場(chǎng)查勘發(fā)現(xiàn)局部行人玻璃面板被風(fēng)吸力掀翻，因此本次需要對(duì)棧道行人玻璃面板抵抗風(fēng)吸力的情況進(jìn)行驗(yàn)算。

（2）鑒于該玻璃棧道有很長(zhǎng)一段采用懸臂梁嵌入基巖的型式建造，懸臂梁比雙立柱支撐梁受力不利，因此本次限于篇幅僅選取懸挑長(zhǎng)度較長(zhǎng)、面板間距較大的懸挑梁進(jìn)行驗(yàn)算。

（3）鑒于該玻璃棧道欄桿主要受力桿件（不銹鋼立柱）截面尺寸偏小，且根部連接較為薄弱，現(xiàn)場(chǎng)外推時(shí)晃動(dòng)感明顯，因此本次選取其中受荷面積較大的欄桿豎向桿件進(jìn)行驗(yàn)算。

其余如立柱抗壓驗(yàn)算、立柱穩(wěn)定性驗(yàn)算限于篇幅本文不作討論。

3 玻璃棧道風(fēng)荷載驗(yàn)算

3.1 風(fēng)荷載最大位置（谷口）驗(yàn)算

玻璃棧道行人面板風(fēng)荷載驗(yàn)算選擇在風(fēng)力較大的谷口、山口，并且位于懸挑部位，即類似于檐口、雨篷的部位進(jìn)行。驗(yàn)算取50年一遇的基本風(fēng)壓進(jìn)行驗(yàn)算。

（1）根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）[8]第 8.2.1條、第 8.2.2條、第 8.2.3條：μz=1.536。

（2）根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）第8.3.3條第2款，取μs1=-2.0。

（3）根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）第8.6.1條，陣風(fēng)系數(shù)取值為βgz=1.6。

（4）根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）附錄E續(xù)表E.5，象山縣石浦50年一遇基本風(fēng)壓取ω0=1.2 kN/m2。

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）第8.1.1條：

經(jīng)風(fēng)荷載驗(yàn)算表明：玻璃棧道行人面板風(fēng)荷載作用效應(yīng)大于抗力效應(yīng)，不滿足要求。

以上驗(yàn)算不考慮結(jié)構(gòu)膠連接的有利因素，僅考慮面板自身重力抵抗風(fēng)荷載。

3.2 一般部位風(fēng)荷載驗(yàn)算

玻璃棧道行人面板風(fēng)荷載驗(yàn)算選擇在一般地段。驗(yàn)算取50年一遇的基本風(fēng)壓進(jìn)行驗(yàn)算。

（1）根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）第 8.2.1 條：μz=0.82。

（2）根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）第8.3.1條，取μs1=-1.3。

（3）根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）第8.4.3條，陣風(fēng)系數(shù)取值為βg=1.0。

（4）根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）附錄E續(xù)表E.5，象山縣石浦50年一遇基本風(fēng)壓取ω0=1.2 kN/m2。

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）第8.1.1條：

經(jīng)風(fēng)荷載驗(yàn)算表明：玻璃棧道行人面板風(fēng)荷載作用效應(yīng)大于抗力效應(yīng)，不滿足要求。

以上驗(yàn)算不考慮結(jié)構(gòu)膠連接的有利因素，僅考慮面板自身重力抵抗風(fēng)荷載。

4 玻璃棧道懸臂梁驗(yàn)算

本次驗(yàn)算擬選擇懸臂長(zhǎng)度最長(zhǎng)、跨度最大的（9/N-W）軸懸臂梁進(jìn)行，具體驗(yàn)算位置詳見圖8。

圖8 玻璃棧道驗(yàn)算梁位置圖Fig. 8 Glass skywalk check beam position diagram

4.1 荷載取值及荷載簡(jiǎn)圖

（1）恒荷載取值

a）棧道行人面板特種玻璃自重取為 80 kg/m2（即0.8 kN/m2）。

b）棧道鋼筋混凝土梁、柱自重取為25 kN/m3。

c）綜合考慮玻璃欄板、鋼欄桿、不銹鋼扶手后按0.8 kN/m取值。

（2）活荷載取值

a）基本風(fēng)壓取1.2 kN/m2。

b）本次驗(yàn)算考慮適當(dāng)限流措施，故人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值按4.0 kN/m2進(jìn)行驗(yàn)算。

（3）荷載簡(jiǎn)圖

欄桿作用在梁端集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值為1.28 kN；混凝土梁自重荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.4 kN/m；玻璃行人面板自重標(biāo)準(zhǔn)值為1.28 kN/m；人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值為6.4 kN/m。恒荷載、活荷載分項(xiàng)系數(shù)分別取1.3、1.5。作用在（9/N-W）軸懸臂梁上的荷載設(shè)計(jì)值詳見圖9。

圖9 （9/N-W）軸懸臂梁荷載簡(jiǎn)圖Fig. 9 Load diagram of (9/N-W) axis cantilever beam

4.2 材料強(qiáng)度取值情況

驗(yàn)算梁長(zhǎng)度按 1.6 m取值，根部截面尺寸為240 mm×400 mm，頂部配筋為3根直徑為16 mm的帶肋鋼筋（驗(yàn)算偏保守考慮為HRB335級(jí)鋼），本次驗(yàn)算偏保守考慮取混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20。

4.3 抗彎承載力驗(yàn)算

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010，2015版）[9]本項(xiàng)目環(huán)境類別為海風(fēng)環(huán)境（三a類），梁保護(hù)層厚度取為40 mm，根據(jù)《玻璃棧道工程技術(shù)規(guī)程》（T/CECS 896—2021）[4]重要性系數(shù)取為1.1，不考慮梁底受壓鋼筋的有利作用，不考慮風(fēng)吸力的有利作用?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010，2015版）第6.2.10條、6.2.14條：

（1）最大抗彎承載力：

（2）最大彎矩設(shè)計(jì)值：

（3）抗彎承載力極限狀態(tài)計(jì)算：

經(jīng)抗彎承載力驗(yàn)算表明：擬驗(yàn)算的梁抗彎承載力滿足要求。

4.4 抗剪承載力驗(yàn)算

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010，2015版）第6.3節(jié)進(jìn)行抗剪承載力驗(yàn)算。

（1）剪力設(shè)計(jì)值：

（2）截面限制條件驗(yàn)算：

（3）按不配置箍筋考慮抗剪驗(yàn)算：

經(jīng)抗剪承載力驗(yàn)算表明：驗(yàn)算的梁抗剪承載力滿足要求。

4.5 撓度驗(yàn)算

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010，2015版）第3.4.3條鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的最大撓度應(yīng)按荷載的準(zhǔn)永久組合，并考慮荷載長(zhǎng)期作用影響進(jìn)行計(jì)算。

（1）撓度限值

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010，2015版）表3.4.3及注1、2的規(guī)定（使用上對(duì)撓度要求較高考慮）：[νu]=3 200/250=12.8 mm。

（2）撓度計(jì)算

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010，2015版）第7.2.1條：

故：f=0.74 mm＜12.8 mm

經(jīng)撓度驗(yàn)算表明：擬驗(yàn)算的梁撓度滿足要求。

4.6 裂縫驗(yàn)算

（1）裂縫寬度限值

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010，2015版）表3.4.5的規(guī)定（本項(xiàng)目為三a類環(huán)境）：wlim=0.2 mm。

（2）裂縫寬度理論計(jì)算值

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010，2015版）第7.1.4條：

第7.1.2條：

經(jīng)裂縫驗(yàn)算表明：擬驗(yàn)算的梁裂縫寬度未超出規(guī)范要求。

5 玻璃棧道欄桿水平位移驗(yàn)算

根據(jù)《玻璃棧道工程技術(shù)規(guī)程》（T/CECS 896—2021）[4]第3.3.7條第7款：作用在欄桿扶手上水平荷載應(yīng)不小于 2.0 kN/m。本次驗(yàn)算欄桿高度取1.1 m，欄桿水平間距取為1.5 m。

根據(jù)《建筑用玻璃與金屬護(hù)欄》（JG/T 342—2012）[10]第6.3.1條：護(hù)欄最大的相對(duì)水平位移值不應(yīng)大于30 mm。

經(jīng)欄桿水平位移驗(yàn)算表明：欄桿水平位移超出規(guī)范限值要求。

6 玻璃棧道加固后荷載試驗(yàn)

玻璃棧道懸臂梁（共計(jì)67根：長(zhǎng)度介于1.4～1.6 m之間）錨入巖體中的具體深度無法明確。因懸臂梁是工程關(guān)鍵受力構(gòu)件，也是風(fēng)險(xiǎn)管控最重要的構(gòu)件，為安全起見現(xiàn)場(chǎng)對(duì)懸臂梁采用間隔加筋加腋加固。為了增加欄桿體系整體穩(wěn)定性，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)半數(shù)欄桿預(yù)埋件底部加焊鍍鋅鋼板，同時(shí)鋼板通過化學(xué)錨栓錨進(jìn)梁體中進(jìn)行加固。加固后選取長(zhǎng)度較長(zhǎng)、受荷面積較大的懸臂梁進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)；加固后選取欄桿進(jìn)行水平推力試驗(yàn)，驗(yàn)證以上加固措施的有效性。

6.1 懸臂梁靜載荷試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)懸臂梁加固后施工質(zhì)量以及受力性能和承載能力，選取15/W-N懸臂梁作為靜載試驗(yàn)對(duì)象，對(duì)其撓度進(jìn)行測(cè)試（詳見圖10）?，F(xiàn)場(chǎng)采用水袋分級(jí)加載，選擇實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下：受力區(qū)域?yàn)?.5×1.4=2.1 m2，根據(jù)《玻璃棧道工程技術(shù)規(guī)程》（T/CECS 896—2021）[4]考慮棧道開放期間將采取適當(dāng)限流措施，故取人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值4.0 kN/m2，所以總加載力取8.2 kN?，F(xiàn)場(chǎng)采用水袋法進(jìn)行五級(jí)加載，三級(jí)卸載。

圖10 懸臂梁現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)Fig. 10 Field static loading test of cantilever beam

加載前在懸臂梁端部粘緊十字反光貼；加載過程中，采用高精度全站儀對(duì)懸臂梁端部撓度值進(jìn)行觀測(cè)和記錄。每級(jí)加載后利用靜止時(shí)間檢查結(jié)構(gòu)構(gòu)件，未發(fā)現(xiàn)明顯開裂、屈服、屈曲的跡象。達(dá)到滿級(jí)荷載8.2 kN后，每隔15 min測(cè)取一次變形值，持荷1 h，各級(jí)荷載等級(jí)下實(shí)測(cè)撓度詳見表1。

表1 靜載試驗(yàn)結(jié)果匯總表Table 1 Results of static loading tests

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，實(shí)測(cè)撓度值小于結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度的1/250，滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010，2015版）[9]第3.4.3條對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)懸臂端撓度限值的規(guī)定。

6.2 欄桿水平推力試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)棧道欄桿的施工質(zhì)量和承載能力，選取14-16/W軸水平欄桿作為試驗(yàn)對(duì)象，對(duì)其水平位移進(jìn)行測(cè)試（詳見圖11）。現(xiàn)場(chǎng)采用均布荷載進(jìn)行分級(jí)加載，加載相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：現(xiàn)場(chǎng)選取剛度大、平整順直的木條作為荷載傳遞介質(zhì)，木條寬20 cm，長(zhǎng)度194 cm，厚度5 cm。欄桿水平推力取2.0 kN/m，選擇總加載力為3.88 kN?，F(xiàn)場(chǎng)采用加載量程為10 kN的千斤頂進(jìn)行五級(jí)加載，三級(jí)卸載，分級(jí)加/卸載值取總加載值算術(shù)平均值。

圖11 欄桿水平推力現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)Fig.11 Horizontal thrust field test on railing

加載前在水平欄桿頂部粘緊十字反光貼。加載過程中，采用高精度全站儀對(duì)十字絲位移值進(jìn)行觀測(cè)和記錄。每級(jí)加載完畢后保持15 min，未發(fā)現(xiàn)明顯屈服、屈曲的跡象。達(dá)到滿級(jí)荷載3.88 kN后，每隔15 min測(cè)取一次變形值，持荷1 h，各級(jí)荷載等級(jí)下實(shí)測(cè)位移詳見表2。

表2 水平推力試驗(yàn)結(jié)果匯總表Table 2 Results of horizontal thrust test

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，欄桿水平位移最大值為10.14 mm，滿足《建筑用玻璃與金屬護(hù)欄》（JG/T 342—2012）[10]第6.3.1條：護(hù)欄最大的相對(duì)水平位移值不應(yīng)大于30 mm。

6.3 玻璃棧道行人面板加固

玻璃棧道玻璃行人面板位于谷口時(shí)，風(fēng)荷載作用效應(yīng)大于抗力效應(yīng)，不滿足要求，后續(xù)根據(jù)加固設(shè)計(jì)單位的意見將谷口附近玻璃行人面板均更換為現(xiàn)澆混凝土板，確保安全；加強(qiáng)對(duì)一般部位玻璃行人面板與鋼筋混凝土梁連接處結(jié)構(gòu)膠的檢查，確保連接的有效性。

7 結(jié) 論

（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行懸臂梁抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、撓度及裂縫寬度驗(yàn)算結(jié)果，表明以上項(xiàng)目均滿足要求。

（2）根據(jù)玻璃棧道行人面板在谷口位置及一般位置風(fēng)荷載驗(yàn)算結(jié)果，表明在不考慮結(jié)構(gòu)膠有利作用效應(yīng)的情況下谷口位置風(fēng)荷載作用效應(yīng)遠(yuǎn)大于抗力效應(yīng)，一般位置風(fēng)荷載作用效應(yīng)略大于抗力效應(yīng)。以上驗(yàn)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)玻璃行人面板在谷口位置被掀起、一般位置未被掀起的情況吻合。

（3）棧道欄桿水平位移驗(yàn)算結(jié)果表明其水平位移超限，即水平抗推剛度不滿足要求。以上驗(yàn)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)欄桿受人群水平推力后晃動(dòng)的實(shí)際情況吻合。

（4）懸臂梁錨固端及欄桿根部加固處理后的荷載試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)加固處理懸臂梁的撓度及欄桿的水平位移都滿足要求，表明加固處理的效果顯著。

（5）本文的驗(yàn)算方法及荷載試驗(yàn)合理、有效，可為類似未批先建的棧道驗(yàn)算、加固提供參考。