公路橋梁裝配式橋臺設(shè)計與分析研究

許大晴 ，謝玉萌

（1.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088，2.公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088）

我國裝配式橋梁技術(shù)還處在發(fā)展階段，橋梁下部結(jié)構(gòu)的裝配式研究主要集中在橋墩構(gòu)件，已建成的東海大橋、杭州灣跨海大橋和上海S6、S26、嘉閔高架（北段）等工程中均采用了裝配式橋墩[1～4]，但對于裝配式橋臺的研究及應(yīng)用，鮮少見文獻報道。

武漢理工大學何棟在其碩士論文里提出整澆裝配式橋臺設(shè)計方案，該方案采用工字型截面構(gòu)件組成的箱型承臺，臺身普通鋼筋錨入空腔承臺，再澆筑無收縮自密實混凝土連接[5～7]。其他未見有相關(guān)文獻，所以對裝配式橋臺進行研究很有必要性。

1 裝配式橋臺體系研究

該工程上部結(jié)構(gòu)為30m先簡支后連續(xù)小箱梁，橋臺為柱式臺。橋臺由預(yù)制帽梁、預(yù)制背墻、預(yù)制耳墻和PRC管樁組成，預(yù)制帽梁支撐小箱梁梁體，預(yù)制耳墻支撐搭板，預(yù)制耳墻起到擋土作用。預(yù)制臺帽寬1.2m，高1.5m；預(yù)制背墻厚度0.5m，耳墻厚度0.5m，管樁直徑0.8m。

裝配式橋臺體系最重要的是構(gòu)件之間的連接，連接件能否安全可靠直接決定該技術(shù)的可行性。

①預(yù)制帽梁之間結(jié)構(gòu)上不連續(xù)，中間填塞瀝青麻絮。

②預(yù)制耳墻與預(yù)制帽梁連接。預(yù)制帽梁設(shè)置兩道擋塊，預(yù)制耳墻同擋土板整體預(yù)制定位后放置預(yù)制帽梁上擋塊形成的凹槽之間，并澆筑高強無收縮水泥灌漿料，預(yù)制擋塊高50cm、寬15cm。

圖1 裝配式橋臺構(gòu)件示意

圖2 預(yù)制耳墻與預(yù)制帽梁連接三維圖

③預(yù)制背墻與預(yù)制帽梁連接。預(yù)制背墻設(shè)置兩道擋塊，預(yù)制背墻精確定位后放置預(yù)制帽梁上擋塊形成的凹槽之間，并澆筑高強無收縮水泥灌漿料（寬3cm），預(yù)制擋塊高50cm、寬15cm。

圖3 預(yù)制背墻與預(yù)制帽梁連接三維圖

④預(yù)制耳墻與預(yù)制背墻之間連接。預(yù)制背墻與預(yù)制耳墻之間設(shè)置30cm濕接縫，預(yù)制背墻和預(yù)制耳墻鋼筋在濕接縫內(nèi)進行焊接形成連接。

⑤預(yù)制帽梁與預(yù)制管樁之間連接。預(yù)制帽梁內(nèi)預(yù)留直徑為90cm的預(yù)留洞，預(yù)制帽梁與預(yù)制管樁通過填芯混凝土內(nèi)（長度為3m）鋼筋深入到橋臺蓋梁預(yù)留孔內(nèi)，然后澆筑混凝土連接[8～11]。

圖4 預(yù)制耳墻與預(yù)制背墻連接三維圖

圖5 預(yù)制PRC管樁與預(yù)制帽梁連接大樣圖

2 裝配式橋臺技術(shù)優(yōu)勢

①施工方便，工期縮短。所有的構(gòu)件都可以施行工廠化預(yù)制，將預(yù)制完的成品構(gòu)件在施工現(xiàn)場統(tǒng)一組裝成品。這樣就可以省去了模板、鋼筋綁扎等施工環(huán)節(jié)，縮短了施工工期，減小或取消設(shè)置拌合站、存料區(qū)等一些施工所需要的輔助場地，減少所需要的施工場地，改善因施工而帶來的道路擁擠的問題。

②提高施工安全性，減少了施工現(xiàn)場的工作量，減少了施工人員在立體空間上的交叉作業(yè)，減少了施工中帶來的安全風險，使得施工過程中施工人員自身的安全得到了一定的保證。

③有利于特殊地域項目建設(shè)，如要求在一年中的特定季節(jié)才能施工等等，這些限制條件大大地減少了建設(shè)的有效施工天數(shù)。即使在較少的可用工作日和其他現(xiàn)場限制條件下，通過采用預(yù)制構(gòu)件的形式能按期完成工程建設(shè)。

④不受溫度控制。由于溫度的限制，使得一些橋梁的建設(shè)在嚴寒的季節(jié)一般都會有所限制。而預(yù)制構(gòu)件則不會受到嚴寒天氣的影響。除加快橋梁施工外，預(yù)制構(gòu)件能夠提高橋梁單元和系統(tǒng)的質(zhì)量性能，在受控制環(huán)境中采用高品質(zhì)的材料和標準的生產(chǎn)過程。高質(zhì)量增加了結(jié)構(gòu)的耐久性，也能減小橋梁造價和周期成本。

⑤施工質(zhì)量容易得到控制。因為預(yù)制是屬于工廠化施工，所有的工藝均是在一定制式下完成的，這樣就有利于施工質(zhì)量的控制，避免了由于施工放樣、模版變形等引起的誤差。

⑥大直徑實心管柱基礎(chǔ)，將群樁改為單排樁，取消水中大型承臺。實心結(jié)構(gòu)，不設(shè)置承臺，實心樁發(fā)揮樁端抗力，增大了樁承載能力，施工質(zhì)量高，為橋梁安全度提供了可靠的保證，取消原承臺鋼板樁圍堰，承臺施工費用大幅降低。

3 裝配式橋臺施工工藝

裝配式橋臺施工過程主要分為四個工序：

①采用灰土對底層路基進行填筑，填筑高度為橋臺高度（H-5）m，填筑后灰土壓實度要求不小于96%，填筑完成以后，需靜置3個月；

②待路基靜置3個月以后，且路基沉降量滿足路基規(guī)范要求后，進行除臺背回填范圍以外的路基填筑，并施工橋臺樁基（橋臺樁基施工根據(jù)地質(zhì)條件可采用打入法、中掘法及植入法）；

③進行預(yù)制蓋梁、預(yù)制耳墻及預(yù)制耳墻拼裝施工；

④進行臺背回填及錐坡施工，要求臺背回填土壓實度不小于96%。

4 裝配式橋臺理論分析

通過有限元分析軟件Ansys，建立了裝配式橋臺的整體計算模型。上部結(jié)構(gòu)荷載取公路-Ⅰ級，雙向六車道，同時考慮了車輛沖擊系數(shù)與車輛的偏載。

采用的效應(yīng)組合為：1.1×（1.2×結(jié)構(gòu)重力 +（1.4×汽車荷載沖擊系數(shù)）×汽車荷載+1.05×溫度應(yīng)力）。

①臺帽基本處于受壓狀態(tài)，僅支座處局部存在拉應(yīng)力，最大主拉應(yīng)力1.4MPa，最大主壓應(yīng)力9.6MPa。

②背墻基本處于受壓狀態(tài)，僅局部存在拉應(yīng)力，其主要是由上部結(jié)構(gòu)支座反力導(dǎo)致，背墻最大主拉應(yīng)力1.5MPa，最大主壓應(yīng)力1.5MPa。

③耳墻受力以受壓為主，僅局部存在受拉現(xiàn)象，但耳墻整體應(yīng)力水平較低，耳墻最大主拉應(yīng)力0.7MPa，最大主壓應(yīng)力0.68MPa。

上述提取的受力結(jié)果，結(jié)合結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計，各構(gòu)件承載能力和裂縫寬度能滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

5 結(jié)語

本文提出了公路橋梁裝配式橋臺，由預(yù)制帽梁、預(yù)制背墻、預(yù)制耳墻和PRC管樁組成，給出了各構(gòu)件之間的連接，并通過有限元模型對結(jié)構(gòu)的可行性進行了分析，但該技術(shù)仍待實際工程的考驗。

圖6 有限元分析模型