山區(qū)公路曲線(xiàn)預(yù)制小箱梁橋面橫坡的調(diào)整方法

文/劉志才 狄云鵬

預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)受力明確、造價(jià)低、施工工藝成熟、工期短，適合批量化生產(chǎn)，應(yīng)用在中小跨徑橋梁中具有較大優(yōu)勢(shì)。為了減少預(yù)制所需要的模板種類(lèi)、有利于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，交通運(yùn)輸部頒布的通用圖中預(yù)制小箱梁的底板水平設(shè)置，頂板橫坡為標(biāo)準(zhǔn)橫坡2%；但公路橋梁尤其是山區(qū)公路橋梁，受到平面線(xiàn)形指標(biāo)限制，橋面橫坡既有雙向2%的標(biāo)準(zhǔn)橫坡段，也有大量超高段、超高漸變段且在超高漸變段內(nèi)必然有一跨橋兩端出現(xiàn)反向橫坡；預(yù)制小箱梁如何適用山區(qū)公路橋梁不斷變化的橫坡是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一個(gè)重點(diǎn)[1～5]。

本文以G341 膠南—海晏公路加定（青甘界）—海晏（西海）段工程JX-1標(biāo)段預(yù)制小箱梁橋工程為背景，闡述了預(yù)制小箱梁橋面橫坡的幾種調(diào)整方法及其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。

1 工程概況

G341 膠南—海晏公路加定（青甘界）—海晏（西海）段工程為一級(jí)公路，設(shè)計(jì)車(chē)速80 km/h，橋?qū)?5.5 m，分為左右兩幅，單幅橋?qū)?2.5 m，中央分隔帶凈距為0.5 m。JX-1 標(biāo)段含有預(yù)制小箱梁的橋梁共25 座，跨徑以20、30 m 為主，位于超高段及超高漸變段的橋梁眾多，橋面設(shè)計(jì)橫坡i%的范圍為-4%～4%。

2 預(yù)制小箱梁橋面橫坡調(diào)整的常用方法

為了論述方便，特約定以下3個(gè)不同的橫坡概念。

1）橋面設(shè)計(jì)橫坡i%，指橋梁某樁號(hào)處橋面鋪裝頂部的設(shè)計(jì)橫坡值。公路橋梁橋面設(shè)計(jì)橫坡i%的標(biāo)準(zhǔn)值為±2%。

2）小箱梁頂板預(yù)制橫坡j%，指橋梁中某片預(yù)制小箱梁在預(yù)制梁廠(chǎng)時(shí)設(shè)定的頂板預(yù)制橫坡值。

3）小箱梁安裝后頂板橫坡k%，指橋梁中某片預(yù)制小箱梁吊裝到蓋梁上后其頂板的橫坡值。如果小箱梁安裝時(shí)不整體旋轉(zhuǎn)，則k%=j%；如果小箱梁安裝時(shí)整體旋轉(zhuǎn)，則k%≠j%。

在設(shè)計(jì)文件中一般面向大樁號(hào)，單幅橋的橋面右側(cè)高左側(cè)低時(shí)，i%、j%、k%為“+”，右側(cè)低左側(cè)高時(shí)，i%、j%、k%為“-”。

預(yù)制小箱梁橋面橫坡的調(diào)整方法較多，歸納起來(lái)主要有3 種：頂板模板調(diào)整法、整體旋轉(zhuǎn)法、橋面鋪裝調(diào)整法。

2.1 頂板模板調(diào)整法

在非標(biāo)準(zhǔn)橫坡段（即超高段或超高漸變段），通過(guò)調(diào)整小箱梁頂板預(yù)制時(shí)的模板坡度適應(yīng)橋面橫坡變化；以跨為單位進(jìn)行，單跨橋的j%一般取為本跨的平均橋面設(shè)計(jì)橫坡；預(yù)制小箱梁安裝過(guò)程中不整體旋轉(zhuǎn)，k%=j%。

假定某預(yù)制小箱梁橋?qū)?2.5 m，跨徑布置為3×30 m，墩號(hào)為0#～3#，橋面鋪裝為10 cm厚C40防水混凝土；橋面設(shè)計(jì)橫坡依次為0#墩2%、1#墩3%、2#墩4%、3#墩4%；采用頂板模板調(diào)整法，則此聯(lián)橋每跨小箱梁的頂板預(yù)制橫坡j%依次為0#～1#跨2.5%、1#～2#跨3.5%、2#～3#跨4%。見(jiàn)圖1。

圖1 2#墩小樁號(hào)側(cè)的橫斷面布置

從圖1可以看出：每個(gè)墩位處蓋梁頂、底的橫坡均取為與橋面設(shè)計(jì)橫坡一致；在超高漸變段，每跨橋的小箱梁頂板預(yù)制橫坡j%為此跨橋面橫坡的平均值，具體到某個(gè)樁號(hào)，則小箱梁頂板預(yù)制橫坡j%與橋面設(shè)計(jì)橫坡i%并不相等，導(dǎo)致混凝土橋面鋪裝層在橋面板濕接縫兩側(cè)存在厚度差，具體到2#墩位置混凝土鋪裝層的厚度差為±0.6 cm。

同一聯(lián)橋相鄰兩跨的小箱梁頂板預(yù)制橫坡j%及小箱梁安裝后頂板橫坡k%不一致，小箱梁外輪廓及負(fù)彎矩區(qū)鋼束孔道均將產(chǎn)生豎向偏差，見(jiàn)圖2。

圖2 相鄰兩跨豎向偏差

1#～2#跨的小箱梁頂板預(yù)制橫坡j%比0#～1#跨的大1%，小箱梁中梁外輪廓的最大豎向偏差d1=1%×120=1.2（cm），負(fù)彎矩區(qū)鋼束孔道最大豎向偏差d2=1%×40=0.4（cm），d1及d2均比較小，完全可以在中支點(diǎn)60 cm現(xiàn)澆段范圍內(nèi)過(guò)渡。

2.2 整體旋轉(zhuǎn)法

在非標(biāo)準(zhǔn)橫坡段（即超高段或超高漸變段），小箱梁頂板預(yù)制橫坡j%仍采用±2%的標(biāo)準(zhǔn)橫坡；但在安裝階段，通過(guò)在底板底增設(shè)楔形塊使得小箱梁整體旋轉(zhuǎn)，安裝后頂板橫坡k%等于本跨的平均橋面設(shè)計(jì)橫坡。

假定某預(yù)制小箱梁橋?qū)?2.5 m，跨徑布置為3×30 m，墩號(hào)為0#～3#，橋面鋪裝為10 cm厚C40防水混凝土；橋面設(shè)計(jì)橫坡依次為0#墩2%、1#墩3%、2#墩4%、3#墩4%；采用整體旋轉(zhuǎn)法，則此聯(lián)橋每跨小箱梁的頂板預(yù)制橫坡j%為2%；安裝后頂板橫坡k%依次為0#～1#跨2.5%、1#～2#跨3.5%、2#～3#跨4%；小箱梁底部楔形塊底的橫坡依次為0#～1#跨0.5%、1#～2#跨1.5%、2#～3#跨2%且楔形塊底的橫坡方向與k%-j%所代表的方向相反。見(jiàn)圖3。

圖3 整體旋轉(zhuǎn)法

與模板調(diào)整法類(lèi)似，在超高漸變段，橫橋向混凝土橋面鋪裝層在橋面板濕接縫兩側(cè)存在厚度差，順橋向同一聯(lián)內(nèi)相鄰兩跨的小箱梁外輪廓及負(fù)彎矩區(qū)鋼束孔道存在豎向偏差，這些厚度差和偏差一般都不大，完全在工程容許范圍內(nèi)。

采用混凝土楔形塊（與支座接觸面一般預(yù)埋一塊鋼板），楔形塊中心高度一般≮5 cm，方便立模?？紤]到預(yù)制小箱梁的橫向穩(wěn)定問(wèn)題，常要求安裝階段旋轉(zhuǎn)坡度不超過(guò)3%，故其可適用的橋面設(shè)計(jì)橫坡范圍為-5%～5%。

2.3 橋面鋪裝調(diào)整法

在非標(biāo)準(zhǔn)橫坡段（即超高段或超高漸變段），小箱梁頂板預(yù)制橫坡j%仍采用±2%的標(biāo)準(zhǔn)橫坡且安裝過(guò)程中，小箱梁不整體旋轉(zhuǎn)，安裝后頂板橫坡k%=j%=±2%；橋面設(shè)計(jì)橫坡與預(yù)制小箱梁安裝后頂板橫坡的差值完全通過(guò)蓋梁橫坡及不等厚的橋面防水混凝土鋪裝層進(jìn)行調(diào)整。以單幅橋且橫坡＞2%為例，見(jiàn)圖4。

圖4 橋面鋪裝調(diào)整法

單片小箱梁安裝就位后，其底面水平，頂板為標(biāo)準(zhǔn)橫坡±2%；在超高段或超高漸變段，小箱梁橋面板濕接縫兩側(cè)C40鋪裝層的厚度差為±120×（i%-2%）；當(dāng)i%為負(fù)值時(shí)，取值為±120×[i%-(-2%)]。橋面混凝土鋪裝層常采用10 cm 厚C40 防水混凝土，其最小厚度可控制為7 cm；故對(duì)于橋面設(shè)計(jì)橫坡與預(yù)制小箱梁安裝后頂板橫坡的差值，采用橋面鋪裝調(diào)整法可調(diào)節(jié)的最大范圍為2.5%，理論上橋面設(shè)計(jì)橫坡i%在-4.5%～4.5%之間時(shí)均可以采用此方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。

另外采用橋面鋪裝調(diào)整法時(shí)，小箱梁頂板預(yù)制橫坡j%及小箱梁安裝后頂板橫坡k%只有兩種，即標(biāo)準(zhǔn)的2%或-2%。為使小箱梁負(fù)彎矩區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼束連接順暢，同一幅橋內(nèi)的某一聯(lián)小箱梁橋各跨預(yù)制梁的頂板橫坡方向要求是一致的，即橋面鋪裝調(diào)整法是以聯(lián)為單位進(jìn)行調(diào)整的；若某跨小箱梁兩端的橋面設(shè)計(jì)橫坡方向相反，即此跨小箱梁存在橫坡零點(diǎn)（跨內(nèi)某樁號(hào)處橋面設(shè)計(jì)橫坡i%=0），則需要在此跨小箱梁的兩端中的一端設(shè)置一道伸縮縫，一般選擇橋面設(shè)計(jì)橫坡值絕對(duì)值相對(duì)小的一端。

2.4 3種方法比較

3種方法的初步比較見(jiàn)表1。

表1 預(yù)制小箱梁橋面橫坡調(diào)整的3種方法比較

頂板模板調(diào)整法在小箱梁預(yù)制階段模板較為復(fù)雜，安裝階段不需要旋轉(zhuǎn)梁體，可適用各種橋面設(shè)計(jì)橫坡的變化；考慮到小箱梁頂板模板調(diào)整不便，一般應(yīng)用于橋面設(shè)計(jì)橫坡變化較少的項(xiàng)目，比如某項(xiàng)目橋梁共3座且均在超高段，橋面設(shè)計(jì)橫坡均為3%。

整體旋轉(zhuǎn)法在小箱梁預(yù)制階段需要在支座位置設(shè)置楔形塊，對(duì)楔形塊幾何尺寸的精度要求較高；安裝階段將梁體整體旋轉(zhuǎn)；可適用的橋面設(shè)計(jì)橫坡范圍為-5%～5%，常規(guī)項(xiàng)目均可采用此方法，其缺點(diǎn)是對(duì)施工精度要求較高，楔形塊配合縱橫坡一并調(diào)整，設(shè)計(jì)中應(yīng)確保其四個(gè)角點(diǎn)厚度值準(zhǔn)確。

橋面鋪裝調(diào)整法施工最簡(jiǎn)單，但可調(diào)整的橫坡設(shè)計(jì)范圍有限且以聯(lián)為單位進(jìn)行調(diào)整，在超高漸變段橫坡方向改變的位置，伸縮縫的位置需要特殊選擇，容易造成短聯(lián)現(xiàn)象。

經(jīng)綜合比較，本工程采用了橋面鋪裝調(diào)整法并重點(diǎn)研究了其應(yīng)用在超高漸變段的注意事項(xiàng)。

3 橋面鋪裝調(diào)整法在超高段及超高漸變段的應(yīng)用

橋面鋪裝調(diào)整法以聯(lián)為單位進(jìn)行，所有超高段或者超高漸變段均可以分兩種情況。

1）非標(biāo)準(zhǔn)橫坡聯(lián)A：此聯(lián)內(nèi)每個(gè)墩位的橋面設(shè)計(jì)橫坡方向相同且絕對(duì)值均≥2%。

2）非標(biāo)準(zhǔn)橫坡聯(lián)B：此聯(lián)內(nèi)部分墩位的橋面設(shè)計(jì)橫坡-2%＜i%＜2%。

3.1 非標(biāo)準(zhǔn)橫坡聯(lián)A

此聯(lián)小箱梁的頂板預(yù)制橫坡j%為2%或-2%。一聯(lián)橋范圍內(nèi)每個(gè)墩位的橋面設(shè)計(jì)橫坡均≥2%時(shí)，小箱梁頂板預(yù)制橫坡設(shè)置見(jiàn)圖5；一聯(lián)橋范圍內(nèi)每個(gè)墩位的橋面橫坡均≤-2%時(shí)小箱梁頂板橫坡設(shè)置見(jiàn)圖6。

圖5 i%≥2%時(shí)小箱梁頂板的預(yù)制橫坡

圖6 i%≤-2%時(shí)小箱梁頂板的預(yù)制橫坡

某預(yù)制小箱梁橋單幅橋?qū)?2.5 m，跨徑布置為8×30 m+7×20 m，平面位于R=1325 m 的圓曲線(xiàn)上，橋面設(shè)計(jì)橫坡全橋均為3%，屬于圖5 所示情況。小箱梁頂板預(yù)制橫坡j%取值為2%，鋪裝層的厚度差為±120×（3%-2%）=±1.2（cm）。

3.2 非標(biāo)準(zhǔn)橫坡聯(lián)B

此聯(lián)小箱梁頂板預(yù)制橫坡j%可能為2%，也可能為-2%；應(yīng)從盡量減少預(yù)制小箱梁橋面板濕接縫兩側(cè)C40鋪裝層厚度差的角度出發(fā)進(jìn)行選擇。

某預(yù)制小箱梁橋單幅橋?qū)?2.5 m，跨徑布置為4×30 m，墩號(hào)為0#～4#，橋面混凝土鋪裝為10 cm 厚C40防水混凝土；橋面設(shè)計(jì)橫坡依次為0#墩-1.72%、1#墩-0.72%、2#墩0.28%、3#墩1.28%、4#墩2.28%。首先需要確定伸縮縫所在位置，1#～2#跨兩端橋面設(shè)計(jì)橫坡方向相反，跨內(nèi)存在橫坡零點(diǎn)，故應(yīng)在1#墩或2#墩位置設(shè)施伸縮縫。

若伸縮縫設(shè)置在1#墩，則0#～1#跨為一聯(lián)，j%取值為-2%；1#～4#跨為一聯(lián)，j%取值為2%；1#墩位置大樁號(hào)側(cè)橋面設(shè)計(jì)橫坡與預(yù)制小箱梁安裝后頂板橫坡的差值為2.72%，小箱梁橋面板濕接縫兩側(cè)C40 鋪裝層的厚度差為120×2.72%，即3.3 cm。若伸縮縫設(shè)置在2#墩，則0#～2#跨為一聯(lián)，j%取值為-2%；2#～4#跨為一聯(lián)，j%取值為2%；2#墩位置小樁號(hào)側(cè)橋面設(shè)計(jì)橫坡與預(yù)制小箱梁安裝后頂板橫坡的差值為2.28%，小箱梁橋面板濕接縫兩側(cè)C40 鋪裝層的厚度差為120×2.28%，即2.7 cm。從減少鋪裝層厚度差，確?；炷龄佈b最小厚度≮7 cm 的角度出發(fā)，應(yīng)選擇橫坡漸變方向跨內(nèi)橫坡絕對(duì)值小的一端，即2#墩作為伸縮縫的位置。

采用橋面鋪裝調(diào)整法，因伸縮縫選擇的具體位置有要求，在反向曲線(xiàn)段可能導(dǎo)致短聯(lián)。跨徑4×30 m分成了2×30 m 兩聯(lián)，伸縮縫過(guò)多，影響行車(chē)平順性；經(jīng)復(fù)核，背景工程G341 項(xiàng)目JX-1 標(biāo)段全線(xiàn)僅此一橋存在短聯(lián)情況，考慮到全線(xiàn)的統(tǒng)一，仍采用了橋面鋪裝調(diào)整法。

4 結(jié)語(yǔ)

本文闡述了山區(qū)公路曲線(xiàn)預(yù)制小箱梁橋面橫坡調(diào)整的3 種方法，對(duì)其原理、優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍及注意事項(xiàng)進(jìn)行了歸納總結(jié)；基于背景工程的設(shè)計(jì)條件，經(jīng)綜合比選，推薦采用了橋面鋪裝調(diào)整法，效果良好，明顯降低了施工難度。

目前設(shè)計(jì)實(shí)踐中，廣泛采用的主要是整體旋轉(zhuǎn)法和橋面鋪裝調(diào)整法，二者各有優(yōu)劣，可以根據(jù)項(xiàng)目情況及施工單位水平靈活選擇。對(duì)于部分超高較多的橋梁，可以考慮將上述兩種方法綜合運(yùn)用，整體旋轉(zhuǎn)法旋轉(zhuǎn)橫坡按不超過(guò)2%統(tǒng)一設(shè)置，其余由橋面鋪裝調(diào)整法進(jìn)行調(diào)節(jié)。