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桥头搭板结构设计方法

摘要:结合以往施工经验,从桥头台后沉降分析入手,分别对搭板的尺寸、配筋、构造及枕梁等关键设计内容进行分析,并提出了相应的设计要求和方法,通过对搭板结构的合理化设计,可从根本上消除桥头跳车现象,保证道路桥梁通行安全。

关键词:道路桥梁;桥头搭板;结构设计

在车辆以较高的速度通过桥头时,时常会出现车辆起伏,即桥头跳车。产生这一现象的原因为台后路堤沉降相对较大,致使路面标高于此处发生突变,导致车辆被迫减速,对公路及桥梁使用功能造成影响。而解决桥头跳车问题的关键在于设置桥头搭板,搭板结构设计决定了其作用的发挥,应予以重视。

1台后沉降

避免桥头跳车的第一步是要有效减小桥头与台背的沉降差。通常而言,相比桥台,台后沉降量较大,在衔接位置上会出现一定高差。地基与填土沉降构成了台后沉降。通过调查得知,相比于普通地基,软基桥头沉降差较大。在对台后路堤实施设计的过程中,一般选择工后沉降差允许值指标,其不大于10cm视为合格[1]。经调查,我国现行规范中没有对桥头路堤工后沉降允许值提出明确的规定。在软基上采取一定加固措施与搭板之后,可明显缩小桥头的实际沉降差,实现了对行车条件的优化改善。然而,国外的某些设计规范表明:“在软基上设立的桥台,由于地基存在很大残余下沉,同时此类残余下沉会在很长的时间内始终持续,所以很难取得等同于设立搭板的实际效果;此外,如果桥台高度在6m以内,且台背回填材料选用未筛砾石,即便进行碾压也难以使其细化,则可放弃设置搭板。”基于此,搭板设置与否还需进一步的讨论研究。在我国,通过对具体情况的分析得出,利用工后沉降差允许值这一指标对衔接位置进行控制是完全可行的。从工程建设与经济性的角度出发,将工后沉降差的允许值严格控制在10cm以内较为理想,如果其值较小,则会增大软基处理费用。另外,对搭板长度而言,在10m以内取值较为合理,但不能小于3.0m。

2搭板尺寸设计

2.1长度。搭板长度取决于以下要素:(1)沉降发生后纵坡实际变化值需限制在允许的范围之内;(2)搭板的长度不能小于台后破坏棱体实际长度;(3)搭板的长度不能小于用于填土的预留口宽度;(4)应保证有足够的受力有效长度。2.2宽度。参考国外的施工经验,他们习惯于将搭板的宽度确定为可使缘石边缘和两侧保持平齐,同时由柔性材料进行隔离。国内的做法搭板宽度要窄很多,其边缘在缘石的边缘内部不超过0.5m。根据搭板的受力特点,尽量增宽搭板对受力有利[2]。因此,搭板要与桥面等宽。2.3厚度。搭板的厚度是决定其刚度与强度的关键指标,而厚度又与长度、宽度、斜度、荷载、支承与脱空长度等密切相关。根据调查与计算结果,在设计过程中可根据表1选定搭板厚度。

3搭板配筋设计

搭板的配筋在一定程度上决定了搭板受力,二者有着十分紧密的联系。对搭板受力而言,其分为正、负弯矩两种,而且受制于脱空长度。因搭板边、角的实际受力很大,所以在设计中要加强配筋。为使配筋更具科学性与针对性,应实行分区段配筋。对较宽的搭板,需在其钝角位置设置加强筋。无论搭板的尺寸,都要在分析了构造及受力之后,根据相关理论进行合理配筋[3]。相比典型图配筋法,分区段配筋更为合理、准确。

4搭板构造设计

4.1埋深。搭板埋深可分成以下三种形式:高置、中置与低置。其中,高置是指使搭板和其桥台的顶面保持齐平;低置是指将搭板远台端的顶面置于路面以下,以便铺设施工;中置是指将搭板远台端的顶面置于基层和面层的中间。这三种搭板埋深需要根据实际的路面结构妥善选定,如刚性路面建议选择高置搭板,柔性路面建议选择低置搭板或者是中置搭板。另外,因中置搭板的施工较为简单,所以在实际情况中普遍采用。4.2坡度。因桥头引道大多设置纵坡与横坡,所以搭板坡度必须与其相匹配。另外,在桥头路堤发生沉降之后,会使纵坡出现一定变化,遵循刚度过渡及排水的原则,搭板必须设置纵坡与横坡。设计上搭板的纵坡与横坡需要和路面保持一致,部分情况下搭板的坡度应略大些,但不能超过5%。4.3连接。在桥台上放置搭板近台端,采取小跨径简支板等方法。远台端的实际下沉量通常较大,容易使桥台上板端发生转动。在土基上放置搭板远台端,当路基发生沉降之后,搭板会向纵向不断滑移,应设置锚栓进行固定。对高置搭板而言,温升时路面会对桥台施加一定推力。过去因为搭板构造不科学,时常会出现一些病害,如路面隆起、牛腿损坏和近台端裂缝等。为防止病害,应采取以下措施进行搭板连接的细部处理:(1)按75~80cm的间距设置Φ22钢筋锚栓;(2)在台帽或者是牛腿的边缘位置设置倒角,以便进行转动;(3)在近台端的上部边缘设置倒角,避免搭板发生转动后造成路面隆起;(4)对地基施以加强处理,或在远台端位置设置枕梁,因此减小或避免局部沉降;(5)在近台端位置设置灌浆孔及检查孔;(6)对设置在桥台上的搭板支座,其垫层若使用油毛毡,则厚度应控制在1~2cm范围内;若使用板式橡胶,则尺寸应控制在150mm×150mm×(21~38)mm范围内。相邻两个搭板支座间的距离为75~80cm[4];(7)对于斜搭板布置,通常使用齐平式与阶梯式设置搭板远台端。其中,利用阶梯式能降低工程成本,但是在与路面进行衔接时会造成不便。经综合对比,建议选用齐平式。

5搭板枕梁设计

由于现阶段对于枕梁的实际设置效果与分析还未形成统一的认识,所以很多道路桥梁工程都根据自身经验对枕梁进行布置。枕梁主要作用在于将搭板传递荷载均匀分布至面积更大的地基,同时增大搭板横向抗弯刚度。如果枕梁的位置发生变化将使搭板内力改变。在搭板的末尾端设置枕梁,可避免对搭板受力造成影响,这已得到试验及实测的证实。若采用整体现浇式搭板,则可不设置枕梁,但是在搭板作用范围之内,需对地基进行强化,避免出现下沉,引发跳车。若考虑将枕梁设置于搭板的跨间,则可布置在非脱空区域和脱空区域的分割线周边。在设计过程中,应尽可能使用无需枕梁的现浇式搭板,若必须使用装配式搭板,则要在适当的位置设立枕梁,以达到提高搭板整体性的效果。

6结语

(1)设置桥头搭板是解决桥头跳车的重要举措,而搭板结构设计却又决定了搭板使用效果。(2)搭板结构设计参数主要包括台后沉降、尺寸设计、配筋设计、构造设计与枕梁设置等内容,在实际设计过程中,应做好每一个环节的每一项细节,以规范、标准为核心,确保搭板设计合理性。

作者:张宏武 单位:石家庄市公路桥梁建设集团

参考文献:

[1]沈细展,荣银奎.关于道路桥梁桥头搭板的结构设计方法[J].价值工程,2012,31(15):107.

[2]刘润星,崔俊平.高等级公路桥头搭板配筋设计研究[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2012,36(5):1021-1024.

[3]谭井刚.对道路桥梁的桥头搭板的结构设计方法的分析[J].门窗,2013(4):203.

[4]阎妍.论桥头搭板长度、厚度、配筋设计[J].北方交通,2016(12):51-53,58.

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