津濱高速公路改擴建工程橋涵加寬設(shè)計①

楊立坡（天津市市政工程設(shè)計研究院，天津 300051）

津濱高速公路改擴建工程橋涵加寬設(shè)計①

楊立坡
（天津市市政工程設(shè)計研究院，天津 300051）

津濱高速公路是天津地區(qū)第一條大規(guī)模拓寬改造的高速公路，處于典型的軟土地區(qū).橋梁結(jié)構(gòu)加寬遵循“同結(jié)構(gòu)，同跨徑，上連下不連”的設(shè)計原則，即加寬結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)采用相同的結(jié)構(gòu)形式和跨徑，上部結(jié)構(gòu)剛性連接，下部結(jié)構(gòu)分離.通過加強構(gòu)造設(shè)計，控制新舊結(jié)構(gòu)連接部位的裂縫寬度，以減少橋面鋪裝表面的反射裂縫.通過適當增加樁長、控制樁底沉渣厚度、樁底注漿等措施減小新建結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降.

高速公路；改擴建；橋梁加寬；剛性連接

0　引言

津濱高速公路主線加寬方案如下所述：外環(huán)線～天津收費站（2.93km）為雙向八車道快速路；天津收費站～薊汕立交（約3.86km）為雙向八車道高速公路；薊汕立交～濱海收費站（約18.4km）為雙向六車道高速公路；胡家園互通式立交主線（0. 9km）為雙向六車道快速路.根據(jù)津濱高速公路主線加寬方案，橋涵構(gòu)筑物需相應(yīng)進行加寬改造，加寬寬度主要有4.5m和8.25m兩種（單側(cè)加寬寬度），加寬方式為兩側(cè)對稱加寬.

1　津濱高速公路現(xiàn)狀構(gòu)筑物概況

津濱高速公路橋涵構(gòu)筑物較多，其中互通式立交4座，中小橋22座（跨河橋9座，通道橋13座），箱形通道8座，蓋板涵8座，過水箱涵15座，圓管涵56座，上跨津濱高速橋梁7座（含人行天橋1座）.

1.1.1互通式立交概況

全線共有互通式立交4座，其中張貴莊互通式立交不在本次改造范圍.上部結(jié)構(gòu)形式有后張預應(yīng)力板梁和預應(yīng)力混凝土T梁，跨徑布置多為20m.中墩均為蓋梁接圓柱形墩柱，橋臺均為組合式橋臺（邊蓋梁+加筋土擋墻）.基礎(chǔ)均為鉆孔灌注樁基礎(chǔ).

1.1.2中小橋概況

全線共有中小橋22座，其中跨河橋9座，通道橋13座.上部結(jié)構(gòu)形式多為先張預應(yīng)力板梁和普通鋼筋混凝土板梁，其中軍糧城一村橋為跨徑20m的后張預應(yīng)力板梁.先張預應(yīng)力板梁多為10m、13m和16m的標準跨徑，部分非標準跨徑為8m、8.5m和9m.普通鋼筋混凝土板梁跨徑均小于8m.

跨河橋中墩均為明蓋梁接圓柱形橋墩.橋臺多為組合式橋臺（邊蓋梁+加筋土擋墻），中心橋排干渠橋和黑潴河橋為U形橋臺.通道橋均為一跨布置，橋臺多為薄壁橋臺，軍糧城一村橋為組合式橋臺.基礎(chǔ)均為鉆孔灌注樁基礎(chǔ).

1.1.3箱形通道概況

全線共有箱形通道8座，其中倉庫區(qū)地道、民族路地道和向陽村地道為下穿地道（與高速公路主線相交位置下挖）.箱形通道結(jié)構(gòu)形式均為箱形框架.三座下穿地道的箱體兩側(cè)接鋼筋混凝土擋墻.

1.1.4涵洞概況

全線共設(shè)置蓋板涵6座，過水箱涵17座，圓管涵56座.其中需接長蓋板涵4座，過水箱涵2座，圓管涵29座.

1.1.5上跨津濱高速橋梁概況

全線上跨津濱高速公路主線的橋梁共有7座，其中有人行天橋一座.設(shè)計中主要考慮其下部結(jié)構(gòu)（主要是墩柱）是否侵入津濱高速公路加寬后的凈空限界，上部結(jié)構(gòu)是否滿足凈空要求.

2　津濱高速公路橋涵加寬設(shè)計

《公路工程基本建設(shè)項目設(shè)計文件編制辦法》規(guī)定，對改（擴）建橋梁、涵洞必須對原結(jié)構(gòu)進行檢測及分析計算，以判斷結(jié)構(gòu)狀態(tài)是否滿足新的設(shè)計標準，從而確定對原結(jié)構(gòu)的處理方式，即拆除重建、加固處理后利用或無需處理完全利用.

根據(jù)《津濱高速公路橋涵檢測報告》和對現(xiàn)狀橋涵結(jié)構(gòu)的計算分析結(jié)果，先張預應(yīng)力板梁和普通鋼筋混凝土板梁結(jié)構(gòu)承載能力較低，不滿足新的荷載標準和耐久性要求，對其進行更換.其余結(jié)構(gòu)均利用.

橋梁結(jié)構(gòu)加寬遵循“同結(jié)構(gòu)，同跨徑，上連下不連”的設(shè)計原則，即加寬結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)采用相同的結(jié)構(gòu)形式和跨徑，上部結(jié)構(gòu)剛性連接，下部結(jié)構(gòu)分離.通過加強構(gòu)造設(shè)計，控制新舊結(jié)構(gòu)連接部位的裂縫寬度，以減少橋面鋪裝表面的反射裂縫.

2.1板梁加寬設(shè)計

新舊橋范圍先張板梁和普通板梁通過邊板懸臂剛性連接，經(jīng)計算分析確定合理的連接剛度.連接部位寬度L在50～80cm之間，高度H定為20cm.預制板梁設(shè)置小懸臂，使懸臂接縫處于彎矩較小的位置.在連接部位上方的混凝土鋪裝層內(nèi)增設(shè)加強鋼筋，以分散裂縫、控制裂縫寬度.見圖1、圖2.

圖1　先張板梁和普通板梁加寬橫斷面圖（單位：cm）

后張預應(yīng)力板梁現(xiàn)狀邊板外懸臂配筋較少，且板厚較小無法通過植筋增加鋼筋.因此切除邊板外懸臂并植筋，通過后澆帶與新建板梁連接.見圖3、圖4.

圖2　先張板梁和普通板梁連接部位構(gòu)造圖（單位：cm）

2.2預應(yīng)力混凝土T梁加寬設(shè)計

預應(yīng)力混凝土T梁的加寬可通過在外邊梁橋面板和對應(yīng)橫隔板位置植筋與新建T梁的橋面板和橫隔板連接.但原T梁橋面板和橫隔板厚度均較小，分別為15cm和18cm，植筋質(zhì)量難以保證，且容易對原結(jié)構(gòu)造成破壞.因此設(shè)計未采取此種加寬方式.

圖3　后張預應(yīng)力板梁加寬橫斷面圖（單位：cm）

圖4　后張預應(yīng)力板梁連接部位構(gòu)造圖（單位：cm）

設(shè)計方案為：拆除原橋邊梁和濕接縫，更換新的中梁，利用原橋中梁橋面板和橫隔板的鋼筋與新的中梁通過后澆帶連接.在新舊橋連接部位的混凝土鋪裝層內(nèi)沿橋梁縱向增設(shè)加強鋼筋.見圖5.

2.3箱體及涵洞的加寬設(shè)計

箱體及涵洞的加寬均采用與原結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)形式在兩側(cè)拼接，新舊結(jié)構(gòu)之間設(shè)置沉降縫，沉降縫間填充嵌縫材料，對新建結(jié)構(gòu)加強地基處理以減小沉降.新舊箱體接縫部位的混凝土鋪裝層內(nèi)設(shè)置加強鋼筋.見圖6.

新舊結(jié)構(gòu)之間也可通過植筋的方式剛性連接，可增強結(jié)構(gòu)整體性，減少新舊結(jié)構(gòu)之間的沉降差.但其連接剛度很大，在不均勻沉降作用下會產(chǎn)生相當大的結(jié)構(gòu)內(nèi)力導致連接部位開裂，影響結(jié)構(gòu)的耐久性.這種連接方式不適用于軟土地區(qū).

對于下穿箱體，新舊箱體之間設(shè)置止水帶，須在原箱體頂、底板及腹板中間開槽以放置止水帶.見圖7.

圖5　預應(yīng)力混凝土T梁加寬橫斷面圖（單位：cm）

圖6　箱體加寬橫斷面圖

圖7　箱體腹板止水帶設(shè)置示意圖（單位：mm）

現(xiàn)狀涵洞部分長度位于路基范圍，部分長度位于邊坡或邊坡以外，路基加寬將增加邊坡或邊坡外涵洞上的荷載從而產(chǎn)生沉降.為避免拆除現(xiàn)狀涵洞及復雜的地基處理，利用路基處理用PTC樁承擔增加的填土和汽車荷載.見圖8.

2.4下部結(jié)構(gòu)的加寬設(shè)計

現(xiàn)狀橋梁中墩均為明蓋梁接圓柱墩，橋臺有U形橋臺、薄壁橋臺和組合式橋臺（加筋土擋墻+邊蓋梁），基礎(chǔ)均為鉆孔灌注樁.

新建橋梁下部結(jié)構(gòu)與原橋下部結(jié)構(gòu)分離，以避免過大的連接剛度引起開裂，影響結(jié)構(gòu)耐久性.新建橋梁中墩采用明蓋梁接圓柱墩，橋臺采用U形橋臺或薄壁橋臺.原組合式橋臺的加筋土擋墻耐久性較差，新建結(jié)構(gòu)不再采用這種結(jié)構(gòu)形式.新建橋梁基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁，通過適當增加樁長、控制樁底沉渣厚度等措施減小新舊結(jié)構(gòu)之間的沉降差.馴海路互通式立交和東金路互通式立交樁頂反力較大，采用樁底后注漿工藝以控制樁基沉降.見圖9、圖10.

圖8　涵洞利用PTC樁減小地基應(yīng)力的措施示意

2.5胡家園互通式立交的加寬設(shè)計

根據(jù)道路加寬方案，胡家園互通式立交向道路中線側(cè)拓寬1m，并對車道重新劃分以增加1個車道.設(shè)計拆除現(xiàn)狀波形護欄及地袱，在現(xiàn)狀T梁懸臂和腹板上植入錨栓安裝角鋼形成三角撐.波形護欄地袱用鋼板制作以減輕重量，地袱與角鋼支撐焊接，波形護欄立柱與鋼制地袱焊接.改造后的T梁主梁及懸臂經(jīng)過驗算滿足規(guī)范要求.

2.6施工措施

天津?qū)儆诘湫偷能浲恋貐^(qū)，新舊結(jié)構(gòu)之間必然存在沉降差，施工須采取以下措施以減小其影響：控制樁底沉渣厚度，要求不大于10cm；新建下部結(jié)構(gòu)需預壓2個月以上，再對新舊上部結(jié)構(gòu)進行連接.

上跨津濱高速橋梁的橋下凈空均滿足要求，否則需調(diào)整主線縱斷.津北公路分離式立交二和民航學院人行天橋因墩柱侵入加寬后的行車道，需拆除重建.唐津高速公路和津北公路分離式立交一墩柱侵入加寬后的硬路肩，因此調(diào)整局部硬路肩寬度，并做好警示標志.

圖9　中墩加寬橫斷面圖　圖10橋臺加寬橫斷面圖

圖11　胡家園互通式立交T梁加寬橫斷面圖（單位：cm）

3　結(jié)語

通過適當增加樁長、控制樁底沉渣厚度、樁底注漿、加強地基處理和預壓等措施，盡量減小新建橋涵結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的沉降；通過加強新舊結(jié)構(gòu)連接部位的構(gòu)造處理，以達到分散裂縫、減小裂縫寬度，從而減少橋面鋪裝反射裂縫的目的.

本項目的經(jīng)驗對其他類似工程有一定的借鑒意義.

［1］王學軍，杜進生，吳沛林.高速公路橋梁拓寬中幾個問題的討論［J］.公路，2008（7）：169-174.

［2］候革，史成萬，張斌等.多孔空心板橋加寬技術(shù)研究［J］.公路交通技術(shù)，2007（7）：90-104.

［3］樊志剛，魏平，柴玉卿.高速公路改擴建項目的橋梁加寬設(shè)計［J］.山西建筑，2007（6）：309-310.

［4］趙煜，張柯.既有橋梁拓寬后承載潛力研究［J］.長安大學學報，2007，3（1）：51-53.

［5］王新.沈大高速公路加寬改造工程大中橋設(shè)計［J］.遼寧交通科技，2003（1）：29-30.

［6］謝寶玉.銀川黃河特大橋拓寬的縱向縫設(shè)計［J］.公路，2006 （2）：19-23.

［7］李寧，王燕.鄭漯高速改擴建工程橋梁加寬方案設(shè)計［J］.山西建筑，2007（8）：330-331.

［8］劉斌.銀川-古窯子高速公路黃河特大橋加寬連接方式研究［J］.鐵道建筑，2006（6）：11-12.

［9］萬鵬，丁興國.滬寧高速公路（上海段）橋梁拼接設(shè)計與分析［J］.中國市政工程，2008（6）：10-12.

Widening Design of Bridges and Culverts of Jinbin Expressway Reconstruction and Expansion Engineering

YANG Li-po
（Tianjin Municipal Engineering Design and Research Institute，Tianjin 300051，China）

Jinbin Expressway，located in the typical soft soil area，is the first expressway that was widened and reformed in large scale in Tianjin area.The widening design of bridge structures follows the principle that the same structure and bridge span are used in the widening structure and the present structure.Rigid connection was used in the upper structures and the substructures were separated.In order to reduce the reflection crack of the bridge deck pavement，structure design was reinforced to control the crack width of the joint between the new and the old structures.Structural measures such as increasing pile length，controlling pile bottom sediment thickness，and pile bottom grouting were used to reduce the foundation settlement of the new structures.

expressway；reconstruction and expansion；bridge widening；rigid connection

U449

A

1008-1402（2015）06-0944-04

2015-10-26

楊立坡（1979-），河北樂亭人，碩士，高級工程師，天津市市政工程設(shè)計研究院，從事橋梁設(shè)計工作.