8 m新型组合式盖板涵的设计与施工

罗吉庆， 曾田胜

(广东高恩高速公路有限公司， 广东 广州 510600)

1 工程背景

高恩高速公路起于广东省佛山市高明区更合镇,路线在里程K18+110(中心桩号)处跨越一处山坳，该处有一条宽约5 m村道，地方要求该处必须满足车辆双向通行的要求，而普通钢筋混凝土盖板涵跨径一般不能超过6 m，设置普通涵洞不能满足双向通行要求。因此，原设计在该处设置有1×25 m的单跨简支梁桥。考虑到超高性能混凝土能提供较高的抗拉性能，故提出了一种8 m跨径的超高性能混凝土(UHPC)-普通混凝土组合式盖板涵，与桥梁跨越形式相比，经济优势明显，经过研究，将原设计25 m的简支梁桥变更为新型1-8×4.5 m组合式盖板涵。

高恩高速公路为双向六车道，设计速度为100/120 km/h，汽车荷载为公路-Ⅰ级，设计洪水频率涵洞为1/100，地震动峰值加速度为0.05g，K18+110位置平均填土高度为1.3～1.7 m。

2 方案介绍

8 m超高性能混凝土(UHPC)-普通混凝土新型组合式盖板涵(图1)，基础与墙身和普通涵洞一样，主要的区别是上部盖板，新型盖板充分利用了超高性能混凝土(UHPC)优异的抗拉性能，在盖板底部设置倒“π”形超高性能混凝土(UHPC)承受拉力，上部浇筑普通混凝土，提高了涵洞的跨越能力。

图1 盖板涵截面示意图

2.1 结构设计

(1) 基础、墙身与八字口设计

该新型组合式盖板基础、墙身及八字口与普通混凝土盖板涵一样(图2、3)，无特殊要求。墙身每隔4～6 m设置一道沉降缝，墙身无需配筋；基础地基承载力达到150 MPa即可，配筋方式与普通混凝土盖板涵相同。

图2 盖板涵断面图(单位：cm)

(2) 盖板设计

超高性能混凝土(UHPC)-普通混凝土新型组合式盖板涵与普通混凝土盖板涵主要区别在盖板设计，即盖板由超高性能混凝土与普通混凝土两个结构层组成，超高性能混凝土(配普通钢筋)设置成带肋的倒“π”或者倒“T”形式位于盖板底部作为主要受拉构件，其上浇筑C40普通混凝土，充分利用超高性能混凝土(UHPC)优异的抗拉性能来提高涵洞的跨越能力。预制超高性能混凝土(UHPC)板，底板厚度10 cm，肋板高50 cm、厚10 cm，倒“π”形板宽1.99 m，倒“T”形板宽1 m。为与墙身沉降缝相适应，将预制UHPC板分为A、B两种类型，A形盖板(图4)由2片“π”形板和上浇筑C40普通混凝土组成；B形盖板(图5)由2片“π”形板与一片倒“T”形板(放置中间)及其上浇筑C40普通混凝土组成，盖板长度为8.56 m。为解决普通混凝土底部拉应力超限问题，在UHPC预制板底板配置钢筋网片(图6中①与②筋)；为解决超高性能混凝土与普通混凝土界面抗剪问题，设置抗剪钢筋(图6中4筋,纵、横向间距30 cm，呈梅花形布置)；为提高组合式盖板的整体性，盖板顶部设置钢筋网片并与预制UHPC板预埋钢筋连接(图7中⑤、⑥、⑦筋)。

图3 盖板涵立面图(单位：cm)

图4 A形盖板立面图(单位：cm)

图5 B形盖板立面图(单位：cm)

图6 UHPC预制盖板配筋图(单位：cm)

图7 盖板普通混凝土配筋图(单位：cm)

2.2 结构验算

利用Midas/Civil建立UHPC和C35混凝土的联合截面，建立简支梁模型，计算跨径8.3 m，板宽2.0 m，共17个节点，16个单元，填土按80 kN/m，活载按25 kN/m施加均布荷载。

2.2.1 设计荷载

(1) 永久作用

结构重力：

一期恒载：按构件实际截面计入。

C35混凝土重度γ=25 kN/m3；UHPC重度γ=27 kN/m3。

二期恒载：包括盖板涵上部填土，按80 kN/m的均布荷载施加(2 m板宽)。

(2) 基本可变作用

汽车荷载：按局部加载施加，因为2 m填土作用轮载按30°扩散至组合结构上部，q=25 kN/m。

2.2.2 作用组合

(1) 承载能力极限状态

基本组合：组合1：1.2×结构重力+1.2×填土荷载+1.4×汽车(含汽车冲击力)

(2) 正常使用极限状态

① 准永久组合

组合2：1.0结构重力+1.0×填土荷载+0.4×活载

② 频遇组合

组合3：1.0×结构重力+1.0×填土荷载+0.7×活载

2.2.3 计算结果

验算结果见表1。

表1 组合式盖板结构验算数据统计表

3 施工技术

3.1 施工流程

超高性能混凝土(UHPC)-普通混凝土组合式盖板涵基础与墙身施工与普通涵洞无区别，不再描述，这里重点介绍盖板的施工流程，UHPC盖板先在工厂预制养生完成，再运输到现场进行吊装。主要施工流程：安装UHPC预制盖板→绑扎盖板顶部钢筋→每隔1 m现浇C40普通混凝土至UHPC肋板上表面→第二次浇筑C40混凝土至65 cm全高→盖板上回填土和路面铺装→成桥状态。具体流程见图8。

图8 组合式盖板涵盖板施工流程(单位：cm)

3.2 关键质量控制

组合式盖板的质量控制关键是UHPC预制盖板的质量控制，关键控制要点如下：

(1) 超高性能混凝土(UHPC)拌制

超高性能混凝土(UHPC)需严格按照配合比下料，并严格按照工序下料，控制好UHPC拌和时间，塌落度拓展度控制在50～55 cm，保证超高性能混凝土(UHPC)的流动性。下料搅拌工序：水泥、核心料、石英砂同时加入搅拌缸进行干混搅拌→边搅拌边将钢纤维均匀筛入搅拌缸进行搅拌直到搅拌均匀→然后加水搅拌成砂浆。

(2) 超高性能混凝土(UHPC)浇筑

UHPC浇筑使用料斗，每块板分两个浇筑点集中下料浇筑，拌和料下落速度不能太快，采用插入式振动器振捣，每个点振动时间以3～4 s为宜。

(3) 超高性能混凝土(UHPC)养生

为保证超高性能混凝土(UHPC)性能达到预期效果，采用蒸气高温养生方式，养护温度恒定为80～90 ℃时，养护时间不少于72 h；养护温度恒定为90 ℃以上时，养护时间不少于48 h。养护过程蒸气养护棚内相对湿度不低于95%。为防止养护过程中开裂，养护升温阶段，升温速度不大于12 ℃/h；降温阶段，降温速度不大于15 ℃/h。

4 结语

超高性能混凝土(UHPC)-普通混凝土新型组合式盖板涵利用UHPC的高抗拉强度(弯拉强度、轴拉强度)，将其设置在盖板涵受拉区，受压区则完全采用盖板涵常用的C40普通混凝土，结构两种不同材料各司其职，达到了提高涵洞的跨越能力(普通混凝土盖板涵跨径一般不超过6 m)，通过设计可使其跨径达到8 m及以上，与桥梁跨越形式相比，经济性优势明显。该文详细介绍了新型组合式盖板涵的设计与施工要点，可为山区公路通道涵的设置提供参考。