橋頭搭板的室外試驗研究*

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)

隨著使用時間的延長、交通量的不斷增長、車載重量的增加，高速公路在營運過程中出現(xiàn)了不少問題，橋頭跳車就是最為普遍的問題之一。橋頭跳車的形成原因是多方面的，包括設(shè)計、施工、地基條件、臺后填料等。橋頭跳車不僅影響車速和行車安全，而且加大了公路的養(yǎng)護(hù)費用、降低了高速公路的使用效益。隨著當(dāng)前以人為本的設(shè)計新理念的普及，人們對公路營運的安全性、舒適性提出了更高的要求，橋頭跳車現(xiàn)象越來越受到關(guān)注。

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

1 試驗概況

搭板的現(xiàn)場靜載試驗在扶項高速公路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城縣的駙馬溝與黃寨鎮(zhèn)之間，橋臺兩端搭板設(shè)計資料如表1所示。

2 試驗方案設(shè)計

2.1 測點布置

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

表1 橋臺搭板設(shè)計資料

圖1 搭板底鋼筋應(yīng)變量測位置示意圖/m

圖2 搭板豎向位移測量位置示意圖/m

2.2 荷載工況設(shè)計

每塊搭板在試驗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。

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

圖3 搭板試驗荷載工況一加載與卸載示意圖/m

圖4 搭板試驗荷載工況二加載與卸載示意圖/m

3 試驗方法及步驟

3.1 試驗前的準(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)氧樹脂凝固之后，即可進(jìn)行搭板混凝土的澆筑，注意振搗過程中，盡量避免損壞到應(yīng)變片及屏蔽線。混凝土澆筑結(jié)束，在自然條件下進(jìn)行濕養(yǎng)護(hù)28 d。

3.2 試驗步驟與方法

(1)現(xiàn)場荷載作用點及位移測點的定位

根據(jù)圖2、圖3、圖4進(jìn)行現(xiàn)場定位(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輛的加載位置，用帶圈交叉線標(biāo)記出位移測點)。

(2)儀器的安置與調(diào)整

根據(jù)視距及測點位置情況，選擇好水準(zhǔn)儀的安置位置。

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

(3)加載、卸載與數(shù)據(jù)采集

先讓車輛停在離搭板邊約5 m處，各儀器調(diào)零后先進(jìn)行無載測量，位移和應(yīng)變同步進(jìn)行。待準(zhǔn)備完畢，緩慢地開上車輛一，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輛朝著橋跨方向;每次加載、卸載后均需靜等一段時間(不小于30 min［1］)，以使結(jié)構(gòu)恢復(fù)變形。

4 試驗結(jié)果與分析

4.1 變形觀測結(jié)果與分析

試驗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(三級加載)和工況二(三級加載)情況下的豎向位移曲線如圖6、圖7所示(繪制中以每排1點為橫向坐標(biāo)軸原點)。

圖6 駙馬溝中橋南北端搭板工況一(三級加載)豎向位移曲線

圖7 駙馬溝橋南北端搭板工況二(三級加載)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，這是因為工況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(無砂小樁的處理)，所以變形明顯小。同時從板橫向看，Ⅰ排、Ⅱ排、Ⅳ排均表現(xiàn)為在橋臺與路基相接處的位置，南端比北端變形急劇的多，大約是相對應(yīng)每排的2點處。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

選擇了其中四排測點，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，隨著荷載的增加，變形加大，三級加載下達(dá)到最大，隨著卸載變形又減小(個別除外，也許是受整個試驗過程當(dāng)中可能產(chǎn)生測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，在受力過程中會有橫向的影響。搭板上縱向每排測點最大位移分別為-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分別對應(yīng)試驗中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)變且值相對來說較大，而拉應(yīng)變較小，這樣的分布對結(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，這也是該地方會出現(xiàn)板底脫空現(xiàn)象的原因。

在工況二作用下(即車輛停在板邊，枕梁處)，從圖10b看出，兩種地基處理方式下即無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，這可能因為北端板下較大的地基剛度，這說明當(dāng)車輛由路面駛?cè)霕蚺_搭板時，這時搭板的受力也是極為不利的，板底鋼筋會上翹，且板跨中會達(dá)到70微應(yīng)變，但這樣的應(yīng)變值并不會使搭板出現(xiàn)裂縫或造成開裂。同樣在近臺板端也出現(xiàn)相對不小的應(yīng)變，故做好板與橋臺背墻間的連接構(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)動位移，同時做好密封防水處理，避免對該處地基的浸蝕。

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，即整塊搭板下有無砂小樁的形式對結(jié)構(gòu)最有利;僅枕梁下布置小樁的效果也是顯著的(相對于常規(guī)搭板設(shè)計)，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)臺后填土越高，搭板底置入無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，同時對于軟土地基有更為突出的效果。

(3)對于近臺端變形較大的情況，應(yīng)該使樁體最長，后面依次減短，這樣既節(jié)省費用，也會減少板底的上翹，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)性能測試［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1997：.

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