高速公路橋梁加寬設(shè)計(jì)

袁 騰 文

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012)

高速公路橋梁加寬設(shè)計(jì)

袁 騰 文

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012)

詳細(xì)分析了山西省太古高速公路一座加寬橋的方案設(shè)計(jì)，論述了加寬設(shè)計(jì)需考慮的多項(xiàng)因素，并介紹了上部下部結(jié)構(gòu)均不進(jìn)行連接、上部下部結(jié)構(gòu)均進(jìn)行連接以及上部結(jié)構(gòu)連接下部結(jié)構(gòu)不連接三種加寬方案，以供類(lèi)似橋梁加寬設(shè)計(jì)時(shí)參考。

橋梁，加寬，沉降，收縮徐變，附加內(nèi)力

1 工程概況

山西省太原至古交高速公路東社樞紐K31+369.7分離式立交原橋上部結(jié)構(gòu)采用(25+35+25)m現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、樁基礎(chǔ)，右前夾角90°。由于樞紐建設(shè)需要設(shè)置減速車(chē)道，本橋左幅需要加寬。加寬側(cè)橋梁起點(diǎn)樁號(hào)為K31+324.200，終點(diǎn)樁號(hào)K31+415.200，橋長(zhǎng)91 m，橋型布置為(25+35+25)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。橋梁各跨徑線均與老橋設(shè)計(jì)線成90°夾角。橋型布置圖見(jiàn)圖1。

2 橋址處地質(zhì)情況

3 加寬方案研究

選擇橋梁加寬方案之前，首先需要檢算舊橋的承載力等各項(xiàng)參數(shù)是否滿(mǎn)足規(guī)范要求，否則在選擇加寬方案時(shí)應(yīng)采取針對(duì)性措施，確保舊橋滿(mǎn)足使用要求。

綜合考慮橋位處的地質(zhì)情況、行車(chē)舒適性、行車(chē)道布置、舊橋技術(shù)狀況等確定合理的加寬方案以及新舊橋連接的接縫構(gòu)造。加寬方案確定以后，正確計(jì)算新舊橋之間的沉降差、收縮徐變差異，按照規(guī)范條文驗(yàn)算新舊橋的承載力是否滿(mǎn)足要求、應(yīng)力是否滿(mǎn)足要求、裂縫寬度是否滿(mǎn)足要求等，驗(yàn)算時(shí)需要考慮新舊橋分階段受力的問(wèn)題。根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果，針對(duì)性的采取工程措施來(lái)保障新舊橋加寬拼接的順利進(jìn)行，保證其運(yùn)營(yíng)階段正常使用。借鑒國(guó)內(nèi)已經(jīng)完成的多條高速公路改擴(kuò)建橋梁加寬技術(shù)取得的成功經(jīng)驗(yàn)，方案比選階段共提出如下幾種方案：

1)橋梁上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)均不進(jìn)行連接。這種方案新、舊橋梁的上部結(jié)構(gòu)之間、下部結(jié)構(gòu)之間均不進(jìn)行連接，而是在新、舊橋梁之間預(yù)留沉降縫。等新橋建成之后，連續(xù)攤鋪橋面現(xiàn)澆層以及瀝青混凝土鋪裝層。這種連接方案的優(yōu)點(diǎn)是新、舊橋之間相互獨(dú)立，受力簡(jiǎn)單明確直觀，減少了施工步驟，加快了施工進(jìn)度，避免了新舊橋梁之間因不均勻沉降引起上下部結(jié)構(gòu)的附加內(nèi)力，同時(shí)也避免了連接的諸多技術(shù)問(wèn)題。該方案適用于橋位處地基條件較差的情況。

2)橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)均進(jìn)行連接。這種方案新、舊橋梁上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)之間均進(jìn)行連接，新、舊橋梁上部結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)位置通過(guò)橫向植筋、錨固以及現(xiàn)場(chǎng)澆筑后澆帶將其連接起來(lái)；下部對(duì)應(yīng)的墩臺(tái)帽、系梁等也通過(guò)植筋連接，然后澆筑后澆帶混凝土形成整體。這種連接方案優(yōu)點(diǎn)是新、舊橋梁能形成整體，路容美觀，后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低。缺點(diǎn)是新舊橋基礎(chǔ)不均勻沉降在相互連接處產(chǎn)生了附加內(nèi)力，導(dǎo)致連接構(gòu)造復(fù)雜、材料用量增加、工期也相應(yīng)延長(zhǎng)，往往交通管制的時(shí)間也較長(zhǎng)，影響群眾滿(mǎn)意度。該方案適用于橋位處地基條件較好、交通量較小的情況。

3)橋梁上部結(jié)構(gòu)連接、下部結(jié)構(gòu)不連接。這種方案新、舊橋梁上部結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行剛性連接，下部結(jié)構(gòu)之間不進(jìn)行連接，融合了上述兩種連接方案的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)，是目前國(guó)內(nèi)尤其是山西省采用較多的加寬方案，倍受建設(shè)單位青睞。該方案將新舊橋梁的基礎(chǔ)分離、上部結(jié)構(gòu)梁板連接。該方案適用于橋位處地基條件一般、需要保障行車(chē)舒適性的情況。

4 加寬方案比選

橋址處經(jīng)鉆探揭示，地層巖性為稍密～密實(shí)亞粘土和潮濕～飽和狀態(tài)的角礫互層，新舊橋之間的工后不均勻沉降較大。為了減少新舊橋之間由于基礎(chǔ)不均勻沉降而產(chǎn)生的附加內(nèi)力，同時(shí)為了保證行車(chē)舒適和路容美觀，我院設(shè)計(jì)采用了上部結(jié)構(gòu)連接、下部結(jié)構(gòu)不連接方案。此種方案的優(yōu)點(diǎn)是新橋與舊橋上部結(jié)構(gòu)連接形成整體，行車(chē)舒適、路容美觀；下部結(jié)構(gòu)各自受力，內(nèi)力互不影響，可以減少新、舊橋之間由于基礎(chǔ)不均勻沉降而產(chǎn)生的附加內(nèi)力。

加寬方法如下：鑿除原橋左幅外側(cè)護(hù)欄及50 cm寬橋面鋪裝，鑿除原橋左幅1 m寬范圍外側(cè)翼緣板混凝土，新橋主梁施工完畢后，在新、老橋之間澆50 cm寬C55鋼纖維補(bǔ)償收縮混凝土，從而形成新老橋間的鉸接。新橋橋墩采用柱式墩，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁；橋臺(tái)采用肋式臺(tái)，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。橋臺(tái)處設(shè)一道D80型伸縮縫。

考慮到新舊橋梁基礎(chǔ)不均勻沉降的客觀存在，加寬設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要減小新舊橋基礎(chǔ)的不均勻沉降。本橋在加寬設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)研究基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。為了減小基礎(chǔ)不均勻沉降，設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)增加樁長(zhǎng)，在工期允許的情況下適當(dāng)延后上部結(jié)構(gòu)的拼接時(shí)間、設(shè)置后澆帶等措施。針對(duì)上部結(jié)構(gòu)不可避免的要產(chǎn)生附加內(nèi)力，在連接部位需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)并適當(dāng)增大配筋率等方法加以解決。

5 施工工藝

舊橋與新橋通過(guò)26 cm寬的現(xiàn)澆混凝土后澆帶連接形成整體，在箱梁兩端各設(shè)一道40 cm厚的橫梁，加強(qiáng)其整體性。根據(jù)沉降隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線，設(shè)計(jì)要求加寬部分澆筑4個(gè)月后，再施工后澆帶，以減少材料收縮徐變及基礎(chǔ)沉降的影響。加寬橋橫斷面拼接構(gòu)造見(jiàn)圖2。

實(shí)施步驟：

1)拆除原橋外側(cè)護(hù)欄，鑿除原橋的部分橋面鋪裝;2)加寬側(cè)鑿除原橋箱梁翼緣板100 cm，按間距向舊橋箱梁翼緣板內(nèi)植入鋼筋;3)現(xiàn)場(chǎng)澆筑箱梁，嚴(yán)格控制坐標(biāo)及澆筑坐標(biāo)，確保與舊橋順利拼接。在新橋箱梁翼緣板內(nèi)預(yù)埋鋼筋;4)新舊橋鋼筋一一對(duì)應(yīng)焊接，焊接采用單面搭接焊，焊縫長(zhǎng)度不得小于10d;5)綁扎拼接處橋面后澆帶鋼筋，并與舊橋橋面現(xiàn)澆層鋼筋搭接，搭接長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的要求;6)綁扎拼接處現(xiàn)澆混凝土后澆帶及端部橫梁鋼筋，澆筑C50鋼纖維補(bǔ)償收縮混凝土;7)舊橋及拼接處后澆帶橋面現(xiàn)澆層同時(shí)施工，等橋面現(xiàn)澆層混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，即可開(kāi)放交通運(yùn)營(yíng);8)施工橋面防水層及攤鋪瀝青混凝土橋面鋪裝。

總之，在橋梁結(jié)構(gòu)物加寬方面，在結(jié)構(gòu)連接前盡可能釋放因變形產(chǎn)生的附加內(nèi)力是防止和減少加寬橋梁出現(xiàn)病害的關(guān)鍵所在。因此應(yīng)采取相應(yīng)措施減小新舊橋梁基礎(chǔ)之間不均勻沉降，嚴(yán)格控制新橋的工后沉降，減小對(duì)上部結(jié)構(gòu)連接部位受力所造成的不利影響，注意新老橋梁基礎(chǔ)間的變形協(xié)調(diào)性，盡可能推遲后澆帶混凝土澆筑施工的時(shí)間，以使新橋基礎(chǔ)的一大部分沉降能在新舊橋梁上部結(jié)構(gòu)拼接前完成等。

6 結(jié)語(yǔ)

為了保障道路安全暢通運(yùn)營(yíng)，橋梁加寬需要考慮的問(wèn)題較多，技術(shù)復(fù)雜，施工難度大。加寬橋梁與新建橋梁之間的異處在于需要考慮新舊橋之間的不均勻沉降、收縮徐變等差異變形，存在多種不確定因素和新的技術(shù)問(wèn)題，目前仍然缺乏比較成熟的經(jīng)驗(yàn)，絕不能采取一般的或新建橋梁的設(shè)計(jì)方法來(lái)解決，目前我國(guó)還沒(méi)有簡(jiǎn)單成熟實(shí)用的計(jì)算方法供工程師采用。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)快速發(fā)展，交通量也在逐年快速增長(zhǎng)，現(xiàn)有高速公路的通行能力面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，為了提高高速公路的通行能力，對(duì)現(xiàn)有橋梁進(jìn)行加寬是必需的。因此，橋梁加寬方案研究的應(yīng)用前景十分廣闊。每一個(gè)項(xiàng)目都有其各自的特點(diǎn)，不可能完全相同，需要工程師具體問(wèn)題具體分析，不能死搬硬套。因此在方案確定之前，應(yīng)仔細(xì)研究原有道路路況、現(xiàn)狀交通量及其組成、橋梁現(xiàn)狀、改擴(kuò)建目標(biāo)、工程地質(zhì)條件等，熟悉項(xiàng)目特點(diǎn)，對(duì)橋梁加寬方案進(jìn)行針對(duì)性研究，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工，確保橋梁結(jié)構(gòu)安全運(yùn)營(yíng)。此外，原有橋梁的技術(shù)狀況對(duì)加寬方案的選取非常重要，要在充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，對(duì)舊橋技術(shù)狀況進(jìn)行認(rèn)真評(píng)定，對(duì)加寬方案進(jìn)行詳細(xì)分析計(jì)算、論證、比選。依據(jù)計(jì)算分析結(jié)果以及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)制定嚴(yán)格、合理的施工方案，以確保橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)安全。

[1] JTG D63-2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 徐 強(qiáng).高速公路改擴(kuò)建工程橋涵結(jié)構(gòu)物拼接技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3] 黃明歡，易 兵.高速公路橋梁加寬方式研究[J].公路交通技術(shù)，2012(5)：18-20.

Onwideningdesignforexpresswaybridges

YUANTeng-wen

(ShanxiCommunicationPlanningSurveyandDesignInstitute,Taiyuan030012,China)

The paper analyzes the widening bridge widening design along Taiyuan-Gujiao Expressway, indicates many factors considered in the widening design, and introduces three widening ways, no connection between upper and lower structure, the connection between the upper and lower parts, and theonly connection at the upper part, so as to provide reference for widening design of similar bridges.

bridge, widening, settlement, shrink creep, added internal force

1009-6825(2014)33-0159-02

2014-09-15

袁騰文(1981- )，男，工程師

U455

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