樁板式路基濕接縫構(gòu)造力學(xué)性能試驗研究

中圖分類號：U213.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）20-0070-06

Abstract：Inthispaper，aloadteststudyiscariedoutonthewetjointstructureofpile-slabsubgrade.Thistestisaninsitutestndcantrulyreflecttheactualserviceperformanceandbearingperformanceofpile-slabsubgradetothegreatest extent.Thistestusesa15-spanjointcompletedon-siteasemblyofarealstructureasthemainbodyoftheteststructure.The designloadorrelevantequivalentformofloadisappiedtothedesignatedpartsofthestructuretocollctthestraindistribution anddeformationdataof thestructureunder stresstherebyachieving thepurposeofthetest.ThetestsshowthatthenewOshaped wetjointusedbetweenslabshasgood bearingcapacityanddeformationcapacity，andcanwellmeetthestress characteristics of pile-slab subgrade.

Keywords：pile-slab subgrade；wet joint;full-scale static load test; loading method;loading system

由于占地少、施工便捷等優(yōu)勢，樁板式路基的應(yīng)用日益廣泛，其關(guān)鍵部位力學(xué)性能也受到越來越多的關(guān)注。濕接縫作為樁板式路基的重要連接部分，對其使用階段的力學(xué)性能進行深人研究具有重要意義。本文基于實際的樁板式路基工程，開展了路基濕接縫的現(xiàn)場原位試驗，旨在驗證在設(shè)計荷載（車輛荷載）頻遇組合條件下，各個關(guān)鍵控制截面的受力情況及結(jié)構(gòu)撓度變形情況，同時觀察濕接縫下緣開口擴張狀況，并分析濕接縫的轉(zhuǎn)動特性。為充實、完善和發(fā)展樁板式路基結(jié)構(gòu)的設(shè)計、計算理論及施工工藝積累科學(xué)的實踐資料。

本文相關(guān)原位試驗的樁板式路基濕接縫具體構(gòu)造如圖1所示，結(jié)構(gòu)采用標準跨徑 6m ，等跨徑布置，一聯(lián)為15孔，總長 90m^[2] 。路基面板采用縱向分塊預(yù)制板，相鄰預(yù)制板間由濕接縫進行連接，濕接縫寬度為 0.3m 。中部各樁板連接位置均采用固結(jié)方式，聯(lián)端設(shè)滑板式活動支座。

1濕接縫試驗設(shè)計

本次試驗采用原位試驗方式，即利用真實結(jié)構(gòu)，能最真實地展現(xiàn)樁板式路基的實際使用與承載性能。對于濕接縫試驗，通過現(xiàn)場拼裝完成的15跨結(jié)構(gòu)進行荷載測試，將設(shè)計荷載或其等效值施加于指定位置，并收集結(jié)構(gòu)的應(yīng)變分布與變形數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)試驗?zāi)繕恕?/p>

本次試驗根據(jù)板殼單元有限元計算結(jié)果確定影響線（面），縱向按照在影響線（面）同側(cè)區(qū)域布置試驗車輛，控制荷載效率系數(shù) η=1.00～1.05 ;橫向按照設(shè)計橫向布載設(shè)置橫向布載工況。樁板式路基橫向車列布置參考設(shè)計計算可知布載為2列半車載，為了測試濕接縫的受力狀態(tài)及工作性能，在試件中布置混凝土應(yīng)變測點及表面應(yīng)變片，撓度及開口變化用撓度計進行測量。

圖2預(yù)埋測點布置圖

2 加載方案

2.1 加載方式

在本次荷載試驗中，設(shè)計荷載為頻遇組合。其試驗設(shè)計值為相應(yīng)的組合值扣除自重及整體降溫形成的彎矩值，對于設(shè)計值中的車輛荷載形成的彎矩主要由試驗車輛加載形成，對于設(shè)計值中其他荷載形成的彎矩主要由堆載形成，具體值見表1。

試驗荷載縱向布載位置按Midas/Civil有限元軟件算出的影響線結(jié)果進行布設(shè)，試驗采用靜載試驗效率系數(shù) η_d 進行控制[3-4]。根據(jù)設(shè)計要求， η_d 控制在1.00＼～1.05之間。

試驗采用重載車輛加載，加載車輛采用3軸后8輪卡車，如圖3所示，車輛重量需根據(jù)試驗調(diào)整，假定前軸軸重6t，后2軸的軸重需可調(diào)，單軸輪距為 1.8m 。并需試驗開始前，應(yīng)將實際的加載車輛尺寸和軸重重新測量和稱重，并調(diào)整布載方案。根據(jù)梁單元模型計算由設(shè)計荷載產(chǎn)生的觀測斷面的內(nèi)力及其影響線，設(shè)計加載工況中車輛荷載布置位置。

2.2 加載制度

在正式試驗之前，一般對結(jié)構(gòu)進行2＼～3次預(yù)加載，通過車輛來回停止在各測試工況停正位置進行預(yù)加載使結(jié)構(gòu)進人正常工作狀態(tài)消除結(jié)構(gòu)非彈性變形。一般情況下，進行若干次預(yù)加載后，荷載-位移關(guān)系趨于穩(wěn)定，呈較好線性。預(yù)加載同時可以檢查全部測試設(shè)備工作是否正常，性能是否可靠；人員是否組織完善，操作是否熟練。預(yù)荷載值不大于標準設(shè)計荷載和開裂荷載。預(yù)荷載循環(huán)次數(shù)，需根據(jù)結(jié)構(gòu)彈性工作的實際情況而定。若線性及回零很好，預(yù)載1＼～2次便可正式進入試驗。

此次試驗采用分級加載，以堆載和重載車輛作為預(yù)壓荷載。本次試驗加載、卸載分級控制的原則為將最大加載分為4/6級（等于加載車輛數(shù)目）分級加載，加載過程中應(yīng)先上輕車后上重車；而卸載可以比加載分級數(shù)少 50% ，故可以將卸載分為2/3級（即每次撤離1輛加載汽車）。

根據(jù)各加載分級，按彈性階段計算加載各測點的理論計算變位（或應(yīng)變），以便對加載試驗過程進行分析和控制。針對具體的設(shè)計荷載數(shù)值，應(yīng)根據(jù)試驗車輛到位，測量和稱重后，具體確定試驗數(shù)值及效率系數(shù)。

2.3 工況設(shè)置

本次試驗現(xiàn)場實際采取2個工況，具體為：2號濕接縫加載試驗和1號濕接縫加載試驗。2號濕接縫加

載試驗車輛荷載后軸加載位置為濕縫中心線，如圖4（a）和4（b）所示;1號濕接縫車輛荷載后軸加載位置為距樁中心距 2m ，如圖4（c）和4（d）所示。

加載每次布置一級荷載或一輛重車，具體操作如下。

工況2-0（1-0）：保持樁板式路基全聯(lián)無外荷載，讀取應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)

工況2-1：堆載第一級，讀取應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)

工況2-2（1-1）：堆載第二級，讀取應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)。

工況2-3（1-2）：將 1^# 車運行至指定位置，將車輛熄火并持荷 5min ，讀取應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)（中載第一級）。

工況2-4（1-3）：將 2^# 車運行至指定位置，將車輛熄火并持荷 5min ，讀取應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)（中載第二級）。

中載車輛布置如圖4（e）所示。

工況2-6（1-5）：將 1^#"車駛離現(xiàn)場樁板式路基試驗聯(lián)后 5min ，讀取應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)。

工況2-5（1-4）：將 2^#"車駛離現(xiàn)場樁板式路基試驗聯(lián)后 5min ，讀取應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)

工況2-7（1-6）：將 1^#"車運行至指定位置，將車輛熄火并持荷 5min ，讀取應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)（偏載第一級）。

工況2-8（1-7）：將 2^#"車運行至指定位置，將車輛熄火并持荷 5min ，讀取應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)（偏載第二級）。

偏載車輛布置如圖4（f）所示。

工況2-9（1-8）：將等效14t鋼板吊裝至后軸位置，讀取應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)（偏載第三級）。

工況2-10（1-9）：將等效14t鋼板吊離結(jié)構(gòu)，讀取應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)。

工況2-11（1-10）：將 2^# 車駛離現(xiàn)場樁板式路基試驗聯(lián)后 5min ，讀取應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)。

工況2-12（1-11）：將 1^# 車駛離現(xiàn)場樁板式路基試驗聯(lián)后 5min ，讀取應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)。

工況2-13（1-12）：將堆載吊離結(jié)構(gòu)，讀取應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)。

試驗成果匯總

工況一2號濕接縫加載試驗的結(jié)果如圖5所示，從圖5中可以清晰地觀察到，在整個加載至卸載的過程中，結(jié)構(gòu)基本維持在線彈性工作狀態(tài)。實測的各項數(shù)據(jù)普遍低于理論預(yù)期，但兩者間的大小關(guān)系依然貼近實際情況。濕接縫的水平位移顯著受到荷載橫向分布的影響，特別是在樁板連接部位，其水平位移較理論預(yù)測值有明顯的增大趨勢。此外，濕接縫混凝土的應(yīng)力與應(yīng)變水平均未突破彈性極限，依然處于安全的線彈性工作階段。然而，值得注意的是，濕接縫下緣的開口程度相較于理論計算值要嚴重。

工況二1號濕接縫加載試驗的結(jié)果如圖6所示，試驗結(jié)果表明，整體結(jié)構(gòu)的撓度表現(xiàn)穩(wěn)定，普遍低于理論預(yù)期值，處于彈性工作階段，并且在這一階段中，偏載堆載鋼板時的豎向位移量達到了最大值。此外，濕接縫的橫向位移普遍高于理論值，其變化幅度明顯受到荷載橫向分布的影響，但仍保持在安全的線彈性工作階段。值得注意的是，濕接縫在樁板連接區(qū)域的混凝土應(yīng)變較大，已超出理論計算范圍。而濕接縫下邊緣的開口情況則與理論值保持了較高的接近度，表現(xiàn)相對穩(wěn)定。

4結(jié)論

根據(jù)濕接縫試驗的位移和應(yīng)變結(jié)果，可以獲得以下結(jié)論：

1）樁板式路基濕接縫在設(shè)計荷載（車輛荷載）頻遇組合條件下，各個控制截面的受力情況及結(jié)構(gòu)撓度變形均在線彈性工作范圍。

2）結(jié)構(gòu)從加載到卸載基本處于線彈性工作階段，板中心的豎向位移最大。

3）濕接縫水平位移受荷載橫向分布影響較明顯，加腋處橫向位移更大一些，但基本均處于線彈性工作階段。

4）樁板式路基濕接縫在設(shè)計荷載（車輛荷載）頻遇組合條件下，濕接縫下緣開口擴張大于梁格體系模型計算分析的理論值，濕接縫實際轉(zhuǎn)動與梁格體系理論分析值相比具有一定差異，但是試驗值和理論分析值變形規(guī)律一致，且均在線彈性工作范圍內(nèi)。

5）濕接縫底部混凝土在試驗過程中均處于受拉狀態(tài)，混凝土應(yīng)力、應(yīng)變基本未超彈性極限，處于線彈性工作階段；濕接縫在樁板連接處混凝土應(yīng)變較大，且加腋處的濕接縫應(yīng)力比其他位置處更大。

6）濕接縫頂面混凝土在試驗過程中均處于受壓狀態(tài)，且壓應(yīng)力均較小。而且，加腋處的濕接縫頂面應(yīng)力比其他位置處更大，跨中處3個測點的混凝土應(yīng)力水平較為接近。

通過以上分析可知，板板之間采用的新型0型濕接縫具有良好的承載能力和變形能力，能夠很好地滿足樁板式路基的受力特點。

參考文獻：

[1]左向前.樁板式路基在高速公路改擴建中的應(yīng)用研究[J].價值工程，2024，43（8）：76-78.

[2]童澤寰，趙德勝.樁板路基混凝土面板預(yù)制和安裝的關(guān)鍵控制指標研究[J].運輸經(jīng)理世界，2022（7）：37-39.

[3]韓昀璐.預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁橋承載力可靠度評估方法比較分析[D].南京：南京理工大學(xué)，2016.

[4]杜進生，肖亮，徐強，等.京杭運河大橋成橋階段吊桿索力量測與分析[C]//中國力學(xué)學(xué)會結(jié)構(gòu)工程專業(yè)委員會，山東建筑大學(xué)，中國力學(xué)學(xué)會《工程力學(xué)》編委會，清華大學(xué)土木工程系，清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國家重點實驗室．第19屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第Ⅱ冊）.北京交通大學(xué)土建學(xué)院橋梁工程系；中鐵四院集團南寧勘察設(shè)計院有限公司；，2010：435-438.

[5]王和泰，王立憲.某簡支空心板橋荷載試驗與結(jié)構(gòu)動力分析[J].甘肅科技，2012，28（4）：112-114，109.