桥头搭板的室外试验研究*

时间：2024-07-28

王代，王勇智

(1.中州大学，河南郑州450000;2.郑州大学新型建材与结构研究中心，河南郑州450002)

随着使用时间的延长、交通量的不断增长、车载重量的增加，高速公路在营运过程中出现了不少问题，桥头跳车就是最为普遍的问题之一。桥头跳车的形成原因是多方面的，包括设计、施工、地基条件、台后填料等。桥头跳车不仅影响车速和行车安全，而且加大了公路的养护费用、降低了高速公路的使用效益。随着当前以人为本的设计新理念的普及，人们对公路营运的安全性、舒适性提出了更高的要求，桥头跳车现象越来越受到关注。

大量的实践证明，设置搭板、加强地基是防治桥头跳车较为有效而又经济的方法，然而目前的桥梁设计规范涉及的较少，搭板在设计中没有专项设计，均简化计算(按简支板计算)，其尺寸和配筋也大都是经验性的。因此，搭板在车辆荷载作用下的实际受力性能特别是变形性能的确定就显得尤为重要。

1 试验概况

搭板的现场静载试验在扶项高速公路No.13标段的两座具有代表性的桥梁上进行，桥梁名称分别为K1+218驸马沟中桥和K2+969(上行)漯阜铁路分离式立交桥。两座桥均位于周口东项城县的驸马沟与黄寨镇之间，桥台两端搭板设计资料如表1所示。

2 试验方案设计

2.1 测点布置

搭板底层纵向每排钢筋上均匀布置5个应变片，根据加载情况共布置了6排，如图1所示。编号原则是：距板边1.0 m为第一排，编号Ⅰ，接着依次是Ⅱ～Ⅵ;纵向编号是紧靠桥跨部分的为1，向远依次是2～5;故每个应变片(也即每根引出的屏蔽线)编号为Ⅰ—1、Ⅰ—2，…，Ⅵ—5。搭板竖向位移测量布点情况如图2所示，每块搭板20个位移测点。

表1 桥台搭板设计资料

图1 搭板底钢筋应变量测位置示意图/m

图2 搭板竖向位移测量位置示意图/m

2.2 荷载工况设计

每块搭板在试验中分别按两种工况进行加载，工况一及工况二加载、卸载情况如图3、图4所示。

本次试验所用加载设备为3辆重约为30 t后双轴重车，车轮横向间距1.8 m。

图3 搭板试验荷载工况一加载与卸载示意图/m

图4 搭板试验荷载工况二加载与卸载示意图/m

3 试验方法及步骤

3.1 试验前的准备

先在搭板底层纵向钢筋上埋设应变片，待应变片埋设好、环氧树脂凝固之后，即可进行搭板混凝土的浇筑，注意振捣过程中，尽量避免损坏到应变片及屏蔽线。混凝土浇筑结束，在自然条件下进行湿养护28 d。

3.2 试验步骤与方法

(1)现场荷载作用点及位移测点的定位

根据图2、图3、图4进行现场定位(在未铺筑沥青层的搭板表面分别用红黄十字漆线标记出工况一及工况二车辆的加载位置，用带圈交叉线标记出位移测点)。

(2)仪器的安置与调整

根据视距及测点位置情况，选择好水准仪的安置位置。

把埋入边坡中的写有编号的屏蔽线连同补偿片引线分别整理好，按编号顺序将屏蔽线连到应变仪上。

(3)加载、卸载与数据采集

先让车辆停在离搭板边约5 m处，各仪器调零后先进行无载测量，位移和应变同步进行。待准备完毕，缓慢地开上车辆一，并使后轮停在预先标记好的线上，每次加载及卸载均为车辆朝着桥跨方向;每次加载、卸载后均需静等一段时间(不小于30 min［1］)，以使结构恢复变形。

4 试验结果与分析

4.1 变形观测结果与分析

试验搭板的位置及平面形状如图5所示。

图5 搭板平面位置示意图

4.1.1南北端搭板在相同工况下的位移情况

驸马沟中桥桥头搭板在工况一(三级加载)和工况二(三级加载)情况下的竖向位移曲线如图6、图7所示(绘制中以每排1点为横向坐标轴原点)。

图6 驸马沟中桥南北端搭板工况一(三级加载)竖向位移曲线

图7 驸马沟桥南北端搭板工况二(三级加载)竖向位移曲线

从图7中看出，北端搭板变形基本上均小于南端;南北端变形中最大变形量均发生在中间的3处，这是因为工况一荷载几乎加在每排的中间，而北端整块搭板下都进行了地基加固(无砂小桩的处理)，所以变形明显小。同时从板横向看，Ⅰ排、Ⅱ排、Ⅳ排均表现为在桥台与路基相接处的位置，南端比北端变形急剧的多，大约是相对应每排的2点处。而Ⅲ排的变化南北端表现得差距不大，这其中半幅桥的整板横向宽是12.5 m，而Ⅲ排基本上是板横向的跨中，受边缘边界影响较小，故出现4排位移点如此变化的情况。除此之外，由于工况二的加载是在搭板边，也即南端搭板枕梁的地方，由于枕梁下有2～3排小桩支撑，所以南端搭板的变形曲线过多是向上的变形，不像工况一情况下具有明显的区别。

4.1.2 搭板上相同位置在不同工况下的位移变化

选择了其中四排测点，每一排的变形曲线，如图8、图9所示。从图8中可知，每一排基本上保持着相同的变化趋势，随着荷载的增加，变形加大，三级加载下达到最大，随着卸载变形又减小(个别除外，也许是受整个试验过程当中可能产生测量误差的各种因素的影响)。由于搭板是整体式板且具有斜度，在受力过程中会有横向的影响。搭板上纵向每排测点最大位移分别为-3.54㎜、-3.52㎜、-3.59㎜、-2.95㎜，相差不大，较多(包括最大值)发生在工况一(3)情况，这是符合常规的。

图8 驸马沟中桥南端搭板Ⅲ、Ⅳ排竖向位移曲线

图9 漯阜铁路立交桥北端搭板Ⅰ、Ⅱ竖向位移曲线

4.2 应变观测结果与分析

不同工况下搭板底应变总体变化图如图10所示，图中横坐标轴中1～6分别对应试验中Ⅰ～Ⅵ排。

在工况一作用下(即力作用于纵向搭板的中央)，从图10a可以发现，由于驸马沟桥北端搭板下均有小桩，所以有压应变且值相对来说较大，而拉应变较小，这样的分布对结构的受力较为有利。而跨铁路桥南端搭板仅在枕梁下布置了小桩，拉应变较大，尤其是板中达到-74微应变。当然在桥中与板相接的第一排无论拉压均出现较大值，符合常规结构变形特性，这也是该地方会出现板底脱空现象的原因。

在工况二作用下(即车辆停在板边，枕梁处)，从图10b看出，两种地基处理方式下即无论北端还是南端均出现较大压应变，而且基本上北端略大于南端，这可能因为北端板下较大的地基刚度，这说明当车辆由路面驶入桥台搭板时，这时搭板的受力也是极为不利的，板底钢筋会上翘，且板跨中会达到70微应变，但这样的应变值并不会使搭板出现裂缝或造成开裂。同样在近台板端也出现相对不小的应变，故做好板与桥台背墙间的连接构造至关重要，不但要有适宜的纵向伸缩，而且允许其有一定的在竖向的转动位移，同时做好密封防水处理，避免对该处地基的浸蚀。

图10 工况一(3)及工况二(3)情况下搭板底层每排最大应变直方图