袁 瑞，郭慶超

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

目前樁板式道路已成功開發(fā)并應(yīng)用于省內(nèi)德州至上饒高速公路合肥至樅陽段等新建高等級公路工程中。實(shí)踐表明，樁板式道路在減少占壓永久基本農(nóng)田、合理控制平原區(qū)高速公路填挖平衡、降低造價(jià)、控制工期及保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面優(yōu)勢明顯。[1-3]

樁板式道路作為新型道路結(jié)構(gòu)體系，施工工藝具有典型工業(yè)化建造特性，要求精細(xì)化施工組織、精準(zhǔn)化施工控制，但目前施工及過程監(jiān)控經(jīng)驗(yàn)較少。實(shí)際施工過程中，區(qū)域地質(zhì)情況、施工方案及施工環(huán)境等對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形存在隨機(jī)影響，特別是PRC管樁偏位及沉降、板梁安裝誤差、混凝土結(jié)構(gòu)收縮徐變、施工臨時(shí)荷載、溫度氣候等因素，將不同程度影響施工過程精度及質(zhì)量控制。因此，針對樁板式道路這種新結(jié)構(gòu)體系，探索一套安全適用的施工監(jiān)控方案十分必要。[4-7]

1 樁板式道路設(shè)計(jì)方案

德州至上饒高速公路合肥至樅陽段為交通部工業(yè)化建造示范項(xiàng)目，樁板式道路為德州至上饒高速公路合肥至樅陽段新建工程中的重要組成部分。

樁板式路基由上部板式結(jié)構(gòu)與下部樁基結(jié)構(gòu)組成，上下部結(jié)構(gòu)采用預(yù)埋鋼筋灌漿固結(jié)方式連接。樁板式路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(單位：cm)

上部板式結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)跨徑為6 m，按多孔連續(xù)方式布置，最多孔數(shù)控制為15，最大聯(lián)長為90 m。預(yù)制面板按縱向劃分，分為A、B、C三類, 板厚26～50 cm，以適應(yīng)邊跨及中跨現(xiàn)場裝配。預(yù)制面板之間采用現(xiàn)澆濕接縫進(jìn)行連接，濕接縫寬度0.3 m。

樁板式路基下部結(jié)構(gòu)采用PRC(500型)管樁基礎(chǔ)[8-9]，與傳統(tǒng)鉆孔灌注樁相比，具有采用工業(yè)化定制、現(xiàn)場靜壓法施工速度快、經(jīng)濟(jì)效益顯著等特點(diǎn)。

2 樁板式道路施工方案

樁板式道路施工工藝具有典型工業(yè)化建造特性，要求精細(xì)化施工組織、精準(zhǔn)化施工控制，施工過程中主要工序及相應(yīng)措施如下：

(1) 首先整理好場地，施工下部結(jié)構(gòu)PRC(500型)管樁，結(jié)合施工監(jiān)控采用全站儀對PRC(500型)管樁空間位置進(jìn)行精確定位，然后按設(shè)計(jì)圖紙實(shí)施樁基頂部連接鋼筋，依次澆筑樁基頂部連接部C50補(bǔ)償收縮混凝土、定位并安放高彈性聚合物墊片。

(2) 對于中跨，按設(shè)計(jì)圖紙分別先吊裝A板后吊裝B板，吊裝過程需要結(jié)合施工監(jiān)控合理調(diào)整A板空間位置，使PRC(500型)管樁準(zhǔn)確對接板預(yù)留孔，校核定位完成后，灌注混凝土形成固結(jié)體系。然后吊裝B板，以A板為參照結(jié)合施工監(jiān)控合理調(diào)整B板空間位置，校核定位完成后，現(xiàn)澆濕接縫形成固結(jié)體系。

(3) 結(jié)合施工監(jiān)控校核空間位置后，現(xiàn)澆板間濕接縫混凝土。

(4) 待濕接縫現(xiàn)澆混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，同時(shí)施工監(jiān)控復(fù)核各板空間位置無誤后，參考第2、3步安裝實(shí)施邊跨預(yù)制A板、B板及C板安裝。

(5) 整聯(lián)上下部結(jié)構(gòu)安裝完成后，依次現(xiàn)澆橋面鋪裝及其他附屬設(shè)施[6]。

3 施工監(jiān)控方案

3.1 施工監(jiān)控目的

樁板式路基施工監(jiān)控的目的，主要是結(jié)合體系結(jié)構(gòu)特性，根據(jù)各構(gòu)件施工安裝工序，以及現(xiàn)場地質(zhì)條件等，對施工安裝全過程進(jìn)行監(jiān)測和監(jiān)控，并根據(jù)設(shè)計(jì)文件、監(jiān)控過程數(shù)據(jù)和參數(shù)等，對各構(gòu)件進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真分析和結(jié)構(gòu)驗(yàn)算；根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果分析，采用應(yīng)力和變位預(yù)警體系對施工狀態(tài)進(jìn)行安全評估、過程糾偏及風(fēng)險(xiǎn)控制，保證體系在施工安裝過程中受力和變形始終處于安全范圍內(nèi)，確保形成體系后的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及線形符合設(shè)計(jì)要求。[10]

3.2 線形監(jiān)控

樁板式道路作為多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，體系線形控制對體系內(nèi)力影響較大。因此，變形控制在各構(gòu)件施工安裝過程中十分重要。變形監(jiān)測主要包括對PRC管樁偏位及沉降、PRC管樁及板梁線形等進(jìn)行監(jiān)測。

3.2.1 PRC管樁偏位及沉降監(jiān)控

根據(jù)總體施工安裝工序，首先進(jìn)行PRC管樁施工，現(xiàn)場根據(jù)地質(zhì)條件采用靜壓法、錘擊法及植入法。然后依次安裝PRC管樁頂部連接鋼筋、現(xiàn)澆孔內(nèi)C50混凝土等，整個(gè)階段需進(jìn)行PRC管樁偏位及沉降監(jiān)控，以保證PRC管樁精確定位。由于PRC管樁為預(yù)制樁，可在距頂面20 cm處進(jìn)行標(biāo)記，全過程采用全站儀進(jìn)行關(guān)鍵工序監(jiān)測。PRC管樁樁頂標(biāo)記布設(shè)如圖2所示。

圖2 PRC管樁樁頂標(biāo)記布置(單位：mm)

3.2.2 板梁線形監(jiān)控

PRC管樁及其附屬構(gòu)件施工完成后，進(jìn)行板梁安裝，依次吊裝板梁、調(diào)整板梁位置，結(jié)合施工監(jiān)控校核空間位置后現(xiàn)澆板間的濕接縫混凝土。整聯(lián)上下部結(jié)構(gòu)安裝完成后，依次現(xiàn)澆橋面鋪裝及其他附屬設(shè)施。整個(gè)階段需進(jìn)行板梁各控制階段關(guān)鍵部位及截面空間位置監(jiān)測，以保證成體系線形控制的準(zhǔn)確性及各構(gòu)件安裝精度。

主要測點(diǎn)布置于板梁頂面。其中標(biāo)準(zhǔn)板頂面橫向布置兩處，采用標(biāo)記鋼筋進(jìn)行預(yù)埋安裝，鋼筋頭通常距頂板面約5 cm處。橋面板測點(diǎn)鋼筋及安裝大樣如圖3及圖4所示。

圖3 橋面板測點(diǎn)鋼筋安裝示意圖(單位：mm)

圖4 鋼筋頭安裝大樣(單位：mm)

3.2.3 線形監(jiān)控精度

預(yù)制管樁施工控制精度為：平面中心誤差≤1.5 cm，豎向沉降≤2 cm。

體系梁板及臺帽安裝過程中施工控制精度為：平面中心誤差≤1.5 cm

結(jié)構(gòu)變形測量精度：±2 mm。

3.3 應(yīng)力監(jiān)控

結(jié)構(gòu)關(guān)鍵截面應(yīng)力監(jiān)測是樁板式道路施工監(jiān)測的重要內(nèi)容之一，樁板式路基體系本身為多次超靜定結(jié)構(gòu)。PRC管樁樁頂部位及體系梁板等構(gòu)件，在不同施工階段應(yīng)力發(fā)生變化，因此通過應(yīng)力監(jiān)測可以對各構(gòu)件關(guān)鍵截面進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測及風(fēng)險(xiǎn)控制。

根據(jù)樁板式道路結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，樁板式道路上部結(jié)構(gòu)選取每聯(lián)第一、二跨板梁中間為應(yīng)力監(jiān)測關(guān)鍵截面。板梁應(yīng)力測點(diǎn)布置如圖5所示。

圖5 板梁應(yīng)力監(jiān)測布置示意圖(單位：mm)

PRC管樁在每聯(lián)梁端墩柱，中間墩柱間隔布置PRC管樁應(yīng)力測點(diǎn)。主要監(jiān)測施工過程中，溫度、管樁沉降等作用影響產(chǎn)生的管樁內(nèi)力變化。PRC管樁應(yīng)力測點(diǎn)布置如圖6所示。

圖6 PRC管樁應(yīng)力測點(diǎn)布置圖(單位：mm)

3.4 溫度監(jiān)測

由于樁板式道路整聯(lián)為多跨超靜定結(jié)構(gòu)，對于溫度影響相對敏感，施工過程中溫度是線形及結(jié)構(gòu)體系內(nèi)力控制的關(guān)鍵因素，在施工監(jiān)控過程中應(yīng)重點(diǎn)考慮。本項(xiàng)目采用的溫度傳感器耦合在應(yīng)力監(jiān)測在應(yīng)變計(jì)中，可以作為采集溫度數(shù)據(jù)的測量元件，斷面測點(diǎn)布置可以與應(yīng)力監(jiān)測相同，供全程采集、分析溫度場對施工精度、結(jié)構(gòu)線形和結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響，分析應(yīng)力隨溫度的變化規(guī)律，提出應(yīng)對措施。

4 施工全過程的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

4.1 施工監(jiān)控結(jié)構(gòu)計(jì)算分析內(nèi)容

樁板式道路施工監(jiān)控的結(jié)構(gòu)技術(shù)分析主要包括：與設(shè)計(jì)計(jì)算成果進(jìn)行校核及對比；結(jié)合結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，優(yōu)選施工方案并建議各施工階段理想狀態(tài)線形及內(nèi)力數(shù)據(jù)；通過各階段實(shí)測值與理論值對比分析，對成體系狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測與反饋控制分析。

施工階段計(jì)算是按照施工順序和工藝、施工臨時(shí)載荷，對每一階段施工過程進(jìn)行計(jì)算。樁板式道路結(jié)構(gòu)監(jiān)控計(jì)算主要采用MIDAS及橋梁博士等軟件對各施工階段的進(jìn)行分析。其目的是使計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可信。

施工監(jiān)控計(jì)算考慮的因素主要有以下幾點(diǎn)。

4.1.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸

樁板式道路施工過程結(jié)構(gòu)截面尺寸差異，主要包括預(yù)制結(jié)構(gòu)定制誤差、結(jié)構(gòu)安裝誤差等。因此，整個(gè)施工階段需進(jìn)行各控制階段關(guān)鍵部位及截面空間位置監(jiān)測，以保證成體系線形控制的準(zhǔn)確性及各構(gòu)件安裝精度。

4.1.2 結(jié)構(gòu)材料彈性模量

樁板式道路施工過程中應(yīng)特別注意混凝土彈性模量的波動。樁板式道路體系各結(jié)構(gòu)的彈性模量直接影響到結(jié)構(gòu)變形，實(shí)際上結(jié)構(gòu)材料的彈性模量與設(shè)計(jì)的材料彈性模量有一定的差別，因此，在施工過程中，將結(jié)合仿真計(jì)算，隨機(jī)抽取結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行試驗(yàn)對比，測試其彈性模量，便于對理論模型進(jìn)行修改，使計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)構(gòu)相符合。

4.1.3 材料容重

樁板式道路采用多種強(qiáng)度及工藝的鋼筋混凝土材料構(gòu)件，各構(gòu)件的容重差異化明顯，不同構(gòu)件實(shí)際容重與設(shè)計(jì)值間也存在偏差。因此，樁板式道路各構(gòu)件建議結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)行容重修正。

4.1.4 施工方案與施工荷載

由于施工方案往往與理想設(shè)計(jì)方案差異明顯，施工監(jiān)控計(jì)算應(yīng)嚴(yán)格模擬施工方案，同時(shí)需深入施工現(xiàn)場，與施工單位共同協(xié)作，精確標(biāo)定各階段施工荷載。

施工荷載主要包括：施工機(jī)具、施工臨時(shí)荷載、工作平臺等。

4.1.5 混凝土收縮徐變

施工期間應(yīng)考慮混凝土收縮徐變的影響，成體系階段應(yīng)該考慮成體系后運(yùn)營期混凝土收縮徐變。

4.1.6 溫度變化

由于樁板式道路整聯(lián)為多跨超靜定結(jié)構(gòu)，對于溫度影響相對敏感，施工過程中溫度是線形及結(jié)構(gòu)體系內(nèi)力控制的關(guān)鍵因素。施工監(jiān)控計(jì)算過程各工況溫度模擬應(yīng)與實(shí)際實(shí)施溫度狀態(tài)相符，特別要考慮季節(jié)性及晝夜溫度差異。

4.1.7 恒載

(1) 各構(gòu)件自重。

(2) 二期恒載(橋面鋪裝，護(hù)欄等)。二恒載主要考慮板面鋪裝、護(hù)欄等附屬構(gòu)件的重力荷載，其中防撞護(hù)欄(混凝土墻式護(hù)欄)取10 kN/m(單側(cè))，瀝青混凝土鋪裝層厚10 cm，重力密度取24 kN/m3。

4.1.8 活載

荷載由車輛荷載和車道荷載組成，樁板結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算分別采用車道荷載和車輛荷載進(jìn)行計(jì)算。

為了準(zhǔn)確計(jì)算汽車偏載效應(yīng)，計(jì)算模型中汽車荷載分別按照最少1個(gè)車道，最多3個(gè)車道布載，橫向車道布載系數(shù)分別為1.2(1車道)、1.0(2車道)、0.78(3車道)。計(jì)算結(jié)果包絡(luò)了車道荷載的對稱布置與偏載兩種工況。

車輛荷載按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60—2015)第4.3.1條規(guī)定執(zhí)行。應(yīng)分別考慮車輛荷載的對稱布置與偏載兩種工況。考慮三列55 t車輛荷載作用。

施工過程中的預(yù)拱度的設(shè)置應(yīng)該考慮到成體系后活載的影響，其取值應(yīng)該與設(shè)計(jì)相同，同時(shí)也應(yīng)該考慮樁板式道路的實(shí)際車流量。

以上八點(diǎn)，如果實(shí)際參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)不一致，應(yīng)及時(shí)對理論模型進(jìn)行修正。施工過程中應(yīng)特別注意預(yù)加應(yīng)力、混凝土容量、混凝土彈性模量及截面尺寸等參數(shù)。

4.2 計(jì)算模型

計(jì)算模型安裝設(shè)計(jì)圖紙采用MIDAS進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析。其中上部結(jié)構(gòu)橋面板采用板單元模擬；PRC管樁采用梁單元模擬。仿真計(jì)算模型總圖及數(shù)值分析樁板連接如圖7及圖8所示。

圖7 仿真計(jì)算模型總圖

圖8 數(shù)值分析中的樁板連接

為了較準(zhǔn)確模擬現(xiàn)場地質(zhì)情況對PRC管樁樁基地下部分的作用，通過現(xiàn)場復(fù)核地質(zhì)情況后，采用“土彈簧”模擬樁基與現(xiàn)場土體的連接，采用縱橫向支撐連接模擬實(shí)際約束剛度。[11]

5 結(jié)束語

本文針對樁板式道路典型工業(yè)化建造特點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)例，在總結(jié)設(shè)計(jì)及施工關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，探索性地提出了針對性的施工監(jiān)控方案，以建立應(yīng)力和變形預(yù)警體系對施工狀態(tài)進(jìn)行安全評估、過程糾偏及風(fēng)險(xiǎn)控制，為今后類似樁板式道路體系全過程精細(xì)化施工提供了監(jiān)控思路。