桩板式道路结构设计与施工

方圆，朱玉

摘 要：桩板式路基结构是一种新型结构，与土质路基相比，其具有工后沉降小、整体刚度大等优点。此结构形式适应性强，不同土质地段均可以灵活应用。以合枞高速公路工程项目为例，对大跨度桩板式道路结构形式进行了分析，提出了适宜预制安装的大跨度桩板式道路结构形式，进一步讨论施工方案后，形成了涵盖预制、安装的桩板式道路结构施工工艺，可为桩板式道路结构施工提供参考。

关键词：桩板式道路；预制安装；设计；施工

中图分类号：U415                                       文献标识码：A                            文章编号：2096-6903（2023）04-0001-03

0 引言

桩板结构的工程应用时间不长，国内外对其理论研究有限，还没有形成完整的设计理论体系。德国在设计桩板结构时，通过大量的试验来验证其性能及效果，表明桩板结构在控制路基沉降方面可以满足工程需要。我国在遂渝线上首次应用桩板结构，当时为了提高安全系数，没有考虑承载板下路基土体的支撑作用和土体对于桩的约束作用，以简易桥梁的形式来进行设计。

西南交通大学的蒋关鲁[1]等人对桩板结构的设计方法和理论分析进行了简要概述，基于遂渝线无砟轨道工程，对设计的桩板结构方案进行了大比例尺模型载荷试验。离心机模型试验及现场实车动态测试试验和长期观测试验。之后，国内对桩板结构的研究又有了新的进展，唐第甲[2]通过数值模拟研究了结构的自振频率和动荷载传递规律。丁兆峰[3]利用“等效替代框架法”结合“刚度法”和“地基系数法”对桩板结构进行了解析计算分析。吴德志[4]等人研究了桩板结构的温度效应。这些研究都在尝试为桩板结构的设计整合出一套完整的体系，以适应工程实践的要求[5]。

近年来，研发人员先后依托合宁改扩建、合安改扩建、合巢无改扩建等项目，对6 m标准跨径桩板式道路结构在改扩建项目中应用的相关技术问题开展了一系列技术探索与研究，并对6 m跨度桩板式道路结构的技术体系初步形成了系统的成果。

随着地方经济发展，对与地方路交叉路段、斜交角度较大的交叉位置，原有6 m桩板式道路跨越能力的局限影响了其适用范围，其跨径提升势在必行。因此本文对6～12 m系列的结构体系进行设计与施工。

1 工程概况

本文以合枞高速公路工程项目为依托，基于6 m跨径桩板式道路结构的研究成果，针对6～12 m跨度桩板式道路的设计体系及方法开展研究，为明确桩板式道路的应用范围、设计依据和设计方法建立科学依据并奠定技术基础。

12 m跨径桩板式道路上部结构采用直线配束先张法预应力混凝土等高度预制π板，下部结构采用连续墩盖梁采用预制+现浇型式形成倒“T”形盖梁，结构型式为先简支后形成连续刚构，连续墩为墩梁固接，过渡墩设置滑板支座。

2 大跨度桩板式道路设计

2.1 大跨桩板式道路上部结构

12 m大跨径桩板式路基上部结构横断面拟采用双T梁截面形式，上部结构采用直线先张法预应力混凝土等高度预制π板，梁高0.75 m，桥面宽12.65 m，预制板宽采用3.185 m（边板）、3.17 m（中板），设2块边板+2块中板，大跨度桩板式道路上部结构如图1所示。主梁混凝土采用C50，钢绞线采用Φ15.2级（fpk= 1 860 MPa），普通钢筋等级为HRB400级。

预制梁板连接采用回转式钢筋连接，U型钢筋交错布置，U型钢筋叠置环内侧应配置横向钢筋，数量不应少于4根。连接缝内应浇筑补偿收缩混凝土，强度等级应不低于梁板强度等级。预制板间连接构造如图2所示。

2.2 大跨桩板式道路下部结构

下部结构为3列Φ800桩柱结构，桩柱间距4.7 m，桩柱采用预制PRC管桩，壁厚11 cm。过渡墩盖梁尺寸1 300 mm×80 mm，中墩采用倒T型盖梁，先浇筑部分尺寸为1 300 mm×800 mm，后与梁一起浇筑部分尺寸为600 mm×550 mm。以纵向跨径为7×12 m先简支后连续刚构桩板式道路为例，连续墩位置采用墩梁固结，联端过渡位置设置滑板支座。

桩柱采用C80混凝土，盖梁采用C50混凝土。桩柱预应力钢筋数量及直径为24ΦD10.7，非预应力钢筋为24根Φ12 mm的HRB400级钢筋，箍筋为Φ6 mm的HRB400级钢筋。

桩板连接采用桩顶预埋竖向锚固钢筋，樁柱顶部应设置高模量梁板垫片，与盖梁预留连接槽内应浇筑补偿收缩混凝土，强度等级应不低于梁板强度等级。管桩桩顶与盖梁连接构造如图3所示。

3 大跨度桩板式道路施工

3.1 总体预制工艺

预制π梁顶底面、管桩顶面均为水平预制（无纵横坡），桥面横坡通过管桩高程及预制盖梁与管桩连接处的底面横坡实现。

3.1.1 预制π梁结构预制工艺

先张法预应力预制π梁采用定型钢模集中预制，预制区共设置6条线进行生产（即2排），每条线设置5个台座。根据项目特点采用张拉采用单端张拉，场地排布顺序为：张拉端（移动横梁-千斤顶-固定横梁）→张拉反力墙→制梁台座→制梁台座→制梁台座→制梁台座→制梁台座→张拉反力墙→固定端（固定横梁，初张拉端）。

普通钢筋在加工棚中集中制作，钢筋连接采用双面焊。预应力筋的张拉采用4台250 kN千斤顶，上、下各布置2个，张拉采用整体张拉、整体放张。预应力筋采用应力控制方法张拉，以伸长值进行校核。采用的张拉程序为0→20%σk（初应力）→40%σk→100%σk持荷5 min。

采用大块钢模板作为侧模，侧模通长拼装，端模用撑架和螺栓固定在侧模上。为了提高混凝土π梁的整体受力性能，避免顶板厚度不均匀和侧板保护层不够，采用整体式固定钢芯模。

混凝土采用拌和站集中拌制，用搅拌运输车运至现场。混凝土浇筑采取纵向分段水平分层，先腹板再顶板的顺序由一端向另一端推进，浇筑时π梁对称浇筑。用10 t门式起重机配合吊罐浇筑入模，人工现场采用振捣棒振捣。

规范要求，在混凝土抗压强度达到2.5 MPa时即可拆除侧模，模板与梁体脱离后，用龙门起重机将模板拉开后再起吊。

π梁混凝土采用喷淋养护法，湿养护周期一般7 d。预应力放张时，混凝土强度必须达到设计强度的90%，且混凝土龄期不小于7 d。π梁混凝土强度符合设计图纸规定后，用1台运梁车移运至存梁区，预制π梁效果图如图4所示。

3.1.2 盖梁预制工艺

盖梁钢筋采用全自动钢筋加工设备下料，利用钢筋加工胎膜制作整体钢筋骨架，通过专门吊取装置，在钢筋场内由叉车转运至绑扎区。在现场完成绑扎后，通过10 t门式起重机吊装入模。盖梁模板采用新加工定型钢模板，确保钢板厚度和支撑强度。

盖梁混凝土采用采用1.3 m3料斗转运入模，浇筑时按照30 cm水平分层浇筑至倒角处。预制盖梁一般在混凝土强度达到2.5 MPa時方可拆侧模，在预制盖梁每端布置2个吊环，构件通过40 t龙门起重机转运，将预制盖梁移存到存放区，洒水养护时间不少于7 d。

3.1.3 管桩预制工艺

管桩预制过程中，混凝土搅拌应采用微机控制的强制式搅拌机，每节管桩用混凝土的搅拌次数不宜超过2次，混凝土塌落度宜控制在20～50 mm，混凝土搅拌、布料及预应力张拉所需时间不宜超过30 min。离心成型分为四个阶段：慢速、低速、中速、高速，离心制度应根据管桩的规格、品种、原材料等在试验基础上确定。常压蒸汽养护采用带模养护，介质为饱和蒸汽。预应力钢筋放张顺序应采用对称、相互交错放张。蒸汽养护结束，桩体表面温度与环境温度温差小于80℃后，管桩方可出蒸养釜。管桩存放在成品堆场需继续进行自然养护。管桩桩身混凝土强度等级达到设计强度的100%后，才能出厂。

3.2 桩板式道路结构安装施工

预制构件施工完成后，构件的混凝土强度、外观质量、尺寸偏差等应符合现行国家标准的有关规定，并应核对预制构件的混凝土强度及预制构件和配件的型号、规格、数量等符合设计要求。安装施工前，应进行准确测量放线、设置构件安装定位标识，检查复核吊装设备及吊取装置处于安全操作状态。施工前宜选择有代表性的单元进行预制构件试安装，并应根据试安装结果及时调整完善施工方案和施工工艺。

正式吊装前对预制盖梁安设标高进行整体复测，测量位置为对应的每一片π梁的板肋位置。若标高出现较高偏差，高出部分应采用风镐对盖梁顶面进行凿毛处理，在π梁安装前采用环氧砂浆进行调平处理。若出现盖梁标高不足现象，应采用不锈钢板进行支垫，并在钢板与π梁之间的间隙内，用环氧树脂类灌缝料填塞密实，以保证π梁横坡满足要求。

预制π梁安装采用吊孔穿束兜梁底的吊装方法，架设完成后，采用M7.5砂浆封堵吊装孔，机械采用汽车起重机。根据现场场地布置，π梁的架设应横桥向从左往右或者从右往左依次架设，安装现场如图5所示。

吊装所用吊取装置采用型钢加工制作而成，其刚度和强度均应满足吊装需求。现场预制梁板进场后，采用吊取装置对梁板进行兜底起吊。起吊时，π梁先离车或离地10 cm左右悬停，观察吊取装置及地基变化情况，悬停5～10 min，确认安全后，再进行起重安装。放置稳定后，不应直接松钩，应先对梁板位置、标高、支承脱空情况进行核查，确认无误后，再松钩，并解开吊取装置，进行下一片梁板架设。

4 结语

本文结合大跨度桩板式道路结构建造的要求，以合枞高速公路为依托对12～16 m跨度的桩板式道路结构的设计与施工进行了研究，形成了适合跨路施工的桩板式道路结构。

大跨度桩板式道路结构可以采用多肋式断面，以π型断面形式进行预制。盖梁可采用预制方式，安装后通过套筒与预制管柱连接，预制板之间通过回转式钢筋湿接缝进行联系，形成了适合预制安装施工的大跨度桩板式道路结构。

本文对大跨度桩板式道路结构的主要施工工艺进行了研究与总结，形成了涵盖预制、安装的桩板式道路结构施工工艺，可为桩板式道路结构施工提供参考。

参考文献

[1] 雷达，邓平，李泓枢，等.抗滑桩加固滑坡上桥梁桩基础的动力响应试验研究[J].中国铁道科学，2023，44（2）：73-82.

[2] 陈艳玮，唐第甲.某悬索桥重力锚碇边坡抗滑桩监测与结果分析[J].技术与市场，2020，27（10）：69-70.

[3] 李宁，丁兆峰，李井元，等.与运营高速铁路并行长大深基坑工程设计[J].高速铁路技术，2018，9（6）：56-59.

[4] 吴德志，白皓，刘其宽，等.非埋式路基桩板结构温度效应实用简化计算方法[J].路基工程，2013（1）：51-55.

[5] 郑正雄.高速公路桩板式路基关键技术研究[J].福建建筑， 2023（2）：82-86.