桩板路基混凝土面板预制和安装的关键控制指标研究

童泽寰、赵德胜

（1.安徽省交通控股集团有限公司，安徽合肥 230088；2.合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥 230009）

0 引言

桩板路基是一种类似于路基的桥梁结构，整体刚度较大，工后沉降量小，是一种非常适合软土地基和失陷性黄土地基的结构形式。另外，这种结构在装配化绿色施工桥梁中可以发挥重要作用。它施工速度快，占地面积小，在不同的地段可以灵活使用。桩板路基在国内多使用在铁路工程中，安徽省是首批在高速公路上使用桩板路基结构的省份。目前，桩板路基在安徽省高速建设中处于推广阶段，构件预制和结构施工过程中缺少系统的检测及验收标准。研究了桩板路基的重要构件，即混凝土桥面板的预制和安装过程的关键控制指标，形成桩板路基专项工程质量的检测指标体系。

1 工程概况

依托工程桩板路基段，桥面宽度为7.3m，横向布置一个桩。上部结构采用桩与板连接，桩顶焊接U 型筋，通过梁板预留孔后浇灌浆料与预制板实现半固结。板横断面如图1所示，右侧板厚0.26m，板宽7.3m。桩板路基下部结构采用先张法预应力混凝土高强管桩，桩身混凝土强度等级为C80。结构标准跨径设置为6m，等跨径布置，采用7 孔一联，联长42m。

图1 桩板路基段横断面图

2 非线性有限元建模及权重分析

采用ANSYS 有限元模型建立该桥的数值模型。混凝土采用SOLID65 单元模拟，钢筋采用LINK8 单元模拟。钢筋和混凝土分别建模和划分单元，然后通过节点耦合法将两者耦合起来。取10m 梁段进行建模计算，模型单元为0.1m×0.1m×0.1m 的四面体和六面体。

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018），对于钢筋混凝土受弯构件，采用标准组合验算板梁的最大压应力。标准组合形式如下：1.0 自重+1.0 总体升温+1.0 梯度升温+1.0 汽车荷载。标准组合作用下板的纵向应力和横向应力如图2、图3所示。

图2 标准组合作用下板的纵向应力

图3 标准组合作用下板的横向应力

通过调整预制板的板厚，分别对修改后的模型进行板的压应力计算和提取，见表1。研究发现，板厚对板的最大压应力计算值敏感，在进行质量评定时，必须严格控制板厚。建议板的厚度误差为（-5，+5），评分权值设为2。

表1 板厚对应力的影响

通过调整预制板的板宽，分别对修改后的模型进行板的压应力计算和提取，见表2。研究发现，板宽对板的最大压应力计算值不太敏感，在进行质量评定时，可以对该值的权重适当放松。建议板宽大于设计值即可，评分权值设为1。

表2 板宽对应力的影响

通过调整预制板的板长，分别对修改后的模型进行板的压应力计算和提取，见表3。研究发现，板长对板的最大压应力计算值不太敏感，在进行质量评定时，可以对该值的权重适当放松。建议板长大于设计值即可，评分权值设为1。

表3 板长对应力的影响

通过调整预制板的混凝土强度，分别对修改后的模型进行板的压应力计算和提取，见表4。研究发现，预制板混凝土强度对板的最大压应力敏感，在进行质量评定时，必须严格进行混凝土强度现场检测、预制板完整性检查等。建议预制板混凝土强度应大于等于设计值，评分权值设为2。

表4 混凝土强度对应力的影响

3 关键指标的实测及确定

3.1 现场实测数据

3.1.1 预制板平整度

为了确定预制桥面板的平整度指标，实测桩板路基项目600 余处平整度数值。统计结果显示，实测横桥向平整度≤10mm，纵桥向平整度≤13mm，且数值大小与桩号无明显相关关系，离散性较大，呈现随机分布特征。经与已有的国家和地方相关标准对比，选取5mm 为平整度的误差范围。

3.1.2 预制板保护层厚度

实测桩板路基600 余处保护层厚度的现场数据。经数据分析及专家讨论，选取预制板的保护层厚度误差范围的标准值为-5～10mm。

3.1.3 预制板几何尺寸

统计了600 余处预制板的几何尺寸，长度方向实测误差范围0～30mm，宽度方向为0～30mm，厚度方向为-7～7mm。经参阅国内相关国标及专家讨论，选定预制板宽度方向误差限值为±10mm，预制板长度方向误差限值为-2～0mm，预制板厚度方向误差限值为±5mm。均略低于实测数据的误差范围。

3.1.4 预制板横坡度、相邻板高差

现场测量统计了60 余处预制板横坡误差范围值在-0.3%～0.4%之间。参考已有的桥梁施工标准，该横坡度误差范围偏大，拟定±0.15%为横坡度误差控制范围。现场测量统计了60 余处预制板相邻板高差误差范围在0～2.5mm 之间。经专家讨论和反馈意见，拟定5mm 为相邻板高差误差控制范围。

3.1.5 预制板安装轴线偏位、预留孔位置

在预制板安装过程中，选取不同桩号处的监测点共450 处左右，分别测量了预制板安装的纵向和横向轴线偏位。数据表明：轴线偏位的误差范围在-10～10mm 左右，数值的大小与采样点的位置相关性不大。综合国内已有文献资料、专家讨论以及反馈意见，最终选取纵横向轴线偏位的误差范围为-0～10mm。

预制板安装预留孔位置偏差的统计数据表明，预留孔位置的偏差误差范围在-10～10mm 左右，数值的大小与采样点的位置相关性不大。综合国内已有文献资料、专家讨论以及反馈意见，最终选取预留孔位置的误差范围为-10～10mm。

3.2 指标集的确定

在研究成果的基础上，经专家论证，确定了公路桩板路基预制混凝土板预制和安装检测指标集，见表5、表6。

表5 预制面板预制实测项目表

表6 预制面板安装实测项目

4 结语

采用文献调查、现场实测、数值模拟等多种研究手段，对桩板路基专项工程质量检验标准进行了全方位研究。提出了桩板路基专项工程施工时，混凝土板的预制和安装实测项目，包括检测指标、检测标准、检测频率和权重，为桩板路基施工及验收提供了依据。