山区公路曲线预制小箱梁桥面横坡的调整方法

2020-09-11刘志才狄云鹏

天津建设科技 2020年4期

文/刘志才狄云鹏

预制小箱梁结构受力明确、造价低、施工工艺成熟、工期短，适合批量化生产，应用在中小跨径桥梁中具有较大优势。为了减少预制所需要的模板种类、有利于标准化生产，交通运输部颁布的通用图中预制小箱梁的底板水平设置，顶板横坡为标准横坡2%；但公路桥梁尤其是山区公路桥梁，受到平面线形指标限制，桥面横坡既有双向2%的标准横坡段，也有大量超高段、超高渐变段且在超高渐变段内必然有一跨桥两端出现反向横坡；预制小箱梁如何适用山区公路桥梁不断变化的横坡是结构设计中一个重点[1～5]。

本文以G341 胶南—海晏公路加定（青甘界）—海晏（西海）段工程JX-1标段预制小箱梁桥工程为背景，阐述了预制小箱梁桥面横坡的几种调整方法及其优缺点和适用范围。

1 工程概况

G341 胶南—海晏公路加定（青甘界）—海晏（西海）段工程为一级公路，设计车速80 km/h，桥宽25.5 m，分为左右两幅，单幅桥宽12.5 m，中央分隔带净距为0.5 m。JX-1 标段含有预制小箱梁的桥梁共25 座，跨径以20、30 m 为主，位于超高段及超高渐变段的桥梁众多，桥面设计横坡i%的范围为-4%～4%。

2 预制小箱梁桥面横坡调整的常用方法

为了论述方便，特约定以下3个不同的横坡概念。

1）桥面设计横坡i%，指桥梁某桩号处桥面铺装顶部的设计横坡值。公路桥梁桥面设计横坡i%的标准值为±2%。

2）小箱梁顶板预制横坡j%，指桥梁中某片预制小箱梁在预制梁厂时设定的顶板预制横坡值。

3）小箱梁安装后顶板横坡k%，指桥梁中某片预制小箱梁吊装到盖梁上后其顶板的横坡值。如果小箱梁安装时不整体旋转，则k%=j%；如果小箱梁安装时整体旋转，则k%≠j%。

在设计文件中一般面向大桩号，单幅桥的桥面右侧高左侧低时，i%、j%、k%为“+”，右侧低左侧高时，i%、j%、k%为“-”。

预制小箱梁桥面横坡的调整方法较多，归纳起来主要有3 种：顶板模板调整法、整体旋转法、桥面铺装调整法。

2.1 顶板模板调整法

在非标准横坡段（即超高段或超高渐变段），通过调整小箱梁顶板预制时的模板坡度适应桥面横坡变化；以跨为单位进行，单跨桥的j%一般取为本跨的平均桥面设计横坡；预制小箱梁安装过程中不整体旋转，k%=j%。

假定某预制小箱梁桥宽12.5 m，跨径布置为3×30 m，墩号为0#～3#，桥面铺装为10 cm厚C40防水混凝土；桥面设计横坡依次为0#墩2%、1#墩3%、2#墩4%、3#墩4%；采用顶板模板调整法，则此联桥每跨小箱梁的顶板预制横坡j%依次为0#～1#跨2.5%、1#～2#跨3.5%、2#～3#跨4%。见图1。

图1 2#墩小桩号侧的横断面布置

从图1可以看出：每个墩位处盖梁顶、底的横坡均取为与桥面设计横坡一致；在超高渐变段，每跨桥的小箱梁顶板预制横坡j%为此跨桥面横坡的平均值，具体到某个桩号，则小箱梁顶板预制横坡j%与桥面设计横坡i%并不相等，导致混凝土桥面铺装层在桥面板湿接缝两侧存在厚度差，具体到2#墩位置混凝土铺装层的厚度差为±0.6 cm。

同一联桥相邻两跨的小箱梁顶板预制横坡j%及小箱梁安装后顶板横坡k%不一致，小箱梁外轮廓及负弯矩区钢束孔道均将产生竖向偏差，见图2。

图2 相邻两跨竖向偏差

1#～2#跨的小箱梁顶板预制横坡j%比0#～1#跨的大1%，小箱梁中梁外轮廓的最大竖向偏差d1=1%×120=1.2（cm），负弯矩区钢束孔道最大竖向偏差d2=1%×40=0.4（cm），d1及d2均比较小，完全可以在中支点60 cm现浇段范围内过渡。

2.2 整体旋转法

在非标准横坡段（即超高段或超高渐变段），小箱梁顶板预制横坡j%仍采用±2%的标准横坡；但在安装阶段，通过在底板底增设楔形块使得小箱梁整体旋转，安装后顶板横坡k%等于本跨的平均桥面设计横坡。

假定某预制小箱梁桥宽12.5 m，跨径布置为3×30 m，墩号为0#～3#，桥面铺装为10 cm厚C40防水混凝土；桥面设计横坡依次为0#墩2%、1#墩3%、2#墩4%、3#墩4%；采用整体旋转法，则此联桥每跨小箱梁的顶板预制横坡j%为2%；安装后顶板横坡k%依次为0#～1#跨2.5%、1#～2#跨3.5%、2#～3#跨4%；小箱梁底部楔形块底的横坡依次为0#～1#跨0.5%、1#～2#跨1.5%、2#～3#跨2%且楔形块底的横坡方向与k%-j%所代表的方向相反。见图3。

图3 整体旋转法

与模板调整法类似，在超高渐变段，横桥向混凝土桥面铺装层在桥面板湿接缝两侧存在厚度差，顺桥向同一联内相邻两跨的小箱梁外轮廓及负弯矩区钢束孔道存在竖向偏差，这些厚度差和偏差一般都不大，完全在工程容许范围内。

采用混凝土楔形块（与支座接触面一般预埋一块钢板），楔形块中心高度一般≮5 cm，方便立模。考虑到预制小箱梁的横向稳定问题，常要求安装阶段旋转坡度不超过3%，故其可适用的桥面设计横坡范围为-5%～5%。

2.3 桥面铺装调整法

在非标准横坡段（即超高段或超高渐变段），小箱梁顶板预制横坡j%仍采用±2%的标准横坡且安装过程中，小箱梁不整体旋转，安装后顶板横坡k%=j%=±2%；桥面设计横坡与预制小箱梁安装后顶板横坡的差值完全通过盖梁横坡及不等厚的桥面防水混凝土铺装层进行调整。以单幅桥且横坡＞2%为例，见图4。

图4 桥面铺装调整法

单片小箱梁安装就位后，其底面水平，顶板为标准横坡±2%；在超高段或超高渐变段，小箱梁桥面板湿接缝两侧C40铺装层的厚度差为±120×（i%-2%）；当i%为负值时，取值为±120×[i%-(-2%)]。桥面混凝土铺装层常采用10 cm 厚C40 防水混凝土，其最小厚度可控制为7 cm；故对于桥面设计横坡与预制小箱梁安装后顶板横坡的差值，采用桥面铺装调整法可调节的最大范围为2.5%，理论上桥面设计横坡i%在-4.5%～4.5%之间时均可以采用此方法进行调节。

另外采用桥面铺装调整法时，小箱梁顶板预制横坡j%及小箱梁安装后顶板横坡k%只有两种，即标准的2%或-2%。为使小箱梁负弯矩区预应力钢束连接顺畅，同一幅桥内的某一联小箱梁桥各跨预制梁的顶板横坡方向要求是一致的，即桥面铺装调整法是以联为单位进行调整的；若某跨小箱梁两端的桥面设计横坡方向相反，即此跨小箱梁存在横坡零点（跨内某桩号处桥面设计横坡i%=0），则需要在此跨小箱梁的两端中的一端设置一道伸缩缝，一般选择桥面设计横坡值绝对值相对小的一端。

2.4 3种方法比较

3种方法的初步比较见表1。

表1 预制小箱梁桥面横坡调整的3种方法比较

顶板模板调整法在小箱梁预制阶段模板较为复杂，安装阶段不需要旋转梁体，可适用各种桥面设计横坡的变化；考虑到小箱梁顶板模板调整不便，一般应用于桥面设计横坡变化较少的项目，比如某项目桥梁共3座且均在超高段，桥面设计横坡均为3%。

整体旋转法在小箱梁预制阶段需要在支座位置设置楔形块，对楔形块几何尺寸的精度要求较高；安装阶段将梁体整体旋转；可适用的桥面设计横坡范围为-5%～5%，常规项目均可采用此方法，其缺点是对施工精度要求较高，楔形块配合纵横坡一并调整，设计中应确保其四个角点厚度值准确。

桥面铺装调整法施工最简单，但可调整的横坡设计范围有限且以联为单位进行调整，在超高渐变段横坡方向改变的位置，伸缩缝的位置需要特殊选择，容易造成短联现象。

经综合比较，本工程采用了桥面铺装调整法并重点研究了其应用在超高渐变段的注意事项。

3 桥面铺装调整法在超高段及超高渐变段的应用

桥面铺装调整法以联为单位进行，所有超高段或者超高渐变段均可以分两种情况。

1）非标准横坡联A：此联内每个墩位的桥面设计横坡方向相同且绝对值均≥2%。

2）非标准横坡联B：此联内部分墩位的桥面设计横坡-2%＜i%＜2%。

3.1 非标准横坡联A

此联小箱梁的顶板预制横坡j%为2%或-2%。一联桥范围内每个墩位的桥面设计横坡均≥2%时，小箱梁顶板预制横坡设置见图5；一联桥范围内每个墩位的桥面横坡均≤-2%时小箱梁顶板横坡设置见图6。

图5 i%≥2%时小箱梁顶板的预制横坡

图6 i%≤-2%时小箱梁顶板的预制横坡

某预制小箱梁桥单幅桥宽12.5 m，跨径布置为8×30 m+7×20 m，平面位于R=1325 m 的圆曲线上，桥面设计横坡全桥均为3%，属于图5 所示情况。小箱梁顶板预制横坡j%取值为2%，铺装层的厚度差为±120×（3%-2%）=±1.2（cm）。

3.2 非标准横坡联B

此联小箱梁顶板预制横坡j%可能为2%，也可能为-2%；应从尽量减少预制小箱梁桥面板湿接缝两侧C40铺装层厚度差的角度出发进行选择。

某预制小箱梁桥单幅桥宽12.5 m，跨径布置为4×30 m，墩号为0#～4#，桥面混凝土铺装为10 cm 厚C40防水混凝土；桥面设计横坡依次为0#墩-1.72%、1#墩-0.72%、2#墩0.28%、3#墩1.28%、4#墩2.28%。首先需要确定伸缩缝所在位置，1#～2#跨两端桥面设计横坡方向相反，跨内存在横坡零点，故应在1#墩或2#墩位置设施伸缩缝。

若伸缩缝设置在1#墩，则0#～1#跨为一联，j%取值为-2%；1#～4#跨为一联，j%取值为2%；1#墩位置大桩号侧桥面设计横坡与预制小箱梁安装后顶板横坡的差值为2.72%，小箱梁桥面板湿接缝两侧C40 铺装层的厚度差为120×2.72%，即3.3 cm。若伸缩缝设置在2#墩，则0#～2#跨为一联，j%取值为-2%；2#～4#跨为一联，j%取值为2%；2#墩位置小桩号侧桥面设计横坡与预制小箱梁安装后顶板横坡的差值为2.28%，小箱梁桥面板湿接缝两侧C40 铺装层的厚度差为120×2.28%，即2.7 cm。从减少铺装层厚度差，确保混凝土铺装最小厚度≮7 cm 的角度出发，应选择横坡渐变方向跨内横坡绝对值小的一端，即2#墩作为伸缩缝的位置。

采用桥面铺装调整法，因伸缩缝选择的具体位置有要求，在反向曲线段可能导致短联。跨径4×30 m分成了2×30 m 两联，伸缩缝过多，影响行车平顺性；经复核，背景工程G341 项目JX-1 标段全线仅此一桥存在短联情况，考虑到全线的统一，仍采用了桥面铺装调整法。