杭金衢高速公路改擴(kuò)建工程橋梁設(shè)計思路探析

徐云濤，余茂峰，葉建龍

(浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院，杭州　310006)

杭金衢高速公路改擴(kuò)建工程橋梁設(shè)計思路探析

徐云濤，余茂峰，葉建龍

(浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院，杭州310006)

摘要：簡要介紹杭金衢高速公路改擴(kuò)建工程中橋梁設(shè)計概況、主線橋梁拼寬和拆除改造方案，論述改擴(kuò)建工程中橋梁設(shè)計關(guān)鍵問題和所采取的針對性技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：拼寬；拆除改造；便道；超拼；關(guān)鍵問題；技術(shù)措施

1工程概況

1.1項目概況[1-2]

杭金衢高速公路改擴(kuò)建工程起自杭金衢高速公路與杭甬高速公路交叉處紅墾樞紐南K1+900處，沿老杭金衢高速公路路線，經(jīng)杭州市蕭山區(qū)、紹興市、金華市，終于金華市婺城區(qū)杭金衢高速公路金華互通式立交，路線終點樁號K152+700，路線全長150.80 km。全線新建和拼寬橋梁共有67座，總長度5 633.69 m，其中特大、大橋有6座，長3 067.65 m；中小橋有61座，長2 566.04 m?；ネㄊ搅⒔挥?9 處，拼寬、新增、改建分離式立交橋梁66處。

本改擴(kuò)建項目按JTG B01—2003《公路工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》高速公路雙向8車道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，設(shè)計速度120 km/h，整體式路基標(biāo)準(zhǔn)寬度42.0 m，橋梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面寬度41.5 m。

1.2橋梁設(shè)計原則

杭金衢高速公路改擴(kuò)建工程橋梁設(shè)計遵循以下原則。

1) 安全、耐久、適用、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、美觀和技術(shù)先進(jìn)。

2) 統(tǒng)籌兼顧，即對橋梁的歷史、現(xiàn)狀、未來的狀況以及施工、運營管理等進(jìn)行全面考慮。

3) 結(jié)構(gòu)同型，即新建橋梁的結(jié)構(gòu)型式和既有橋梁盡可能保持一致。

4) 易于拼接，有利質(zhì)量，即拼接部位的設(shè)計應(yīng)易于施工，滿足施工必須的澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)要求。

1.3橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)[3-6]

原杭金衢高速公路橋涵設(shè)計荷載為“汽-超20”，驗算荷載為“掛-120”，本項目設(shè)計時高速公路橋涵荷載標(biāo)準(zhǔn)為“公路- I級”。根據(jù)本項目具體情況，橋涵荷載標(biāo)準(zhǔn)最終確定為“老橋老標(biāo)準(zhǔn)，新橋新標(biāo)準(zhǔn)”，具體按以下原則執(zhí)行。

1) 對原橋涵進(jìn)行評價，采用老荷載標(biāo)準(zhǔn)。

2) 拼寬橋梁拼寬新建部分采用新荷載標(biāo)準(zhǔn)，且滿足新標(biāo)準(zhǔn)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)各項要求；老橋部分按拼寬后整體斷面采用新荷載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗算，其承載能力極限狀態(tài)應(yīng)滿足新標(biāo)準(zhǔn)要求。

3) 整體新建橋涵采用新荷載標(biāo)準(zhǔn)。

4) 橋涵拼寬設(shè)計中，對原橋涵、拼寬新建部分和拼接部位均按拼寬后的整體斷面進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和驗算。

2主線橋梁拼寬方式[1]

2.1老橋結(jié)構(gòu)形式

杭金衢高速公路老橋結(jié)構(gòu)形式比較單一，以簡支橋面連續(xù)的預(yù)制空心板梁為主?？鐝?～10 m的橋梁上部結(jié)構(gòu)采用普通鋼筋混凝土空心板梁，跨徑13～30 m的橋梁上部結(jié)構(gòu)采用后張預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，跨徑40～50 m的橋梁上部結(jié)構(gòu)采用后張預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。老橋下部結(jié)構(gòu)1孔通道橋采用薄壁橋臺或U臺；多孔橋橋墩為樁柱式，橋臺為柱式臺、肋臺或U臺。

2.2主線橋梁拼寬方式

對于原整體4車道路段，其橋梁兩側(cè)各拼寬6.75 m；原整體6車道路段，其橋梁兩側(cè)各拼寬3.5 m。橋梁拼寬斷面如圖1所示。

圖1　橋梁拼寬斷面布置示意

1) 上部結(jié)構(gòu)拼寬方式。

從國內(nèi)已實施的拓寬工程看，新老梁板間的拼接技術(shù)可概括為3類，即縱縫連接、鉸縫連接和濕接頭剛性連接。 從結(jié)構(gòu)整體性、可靠性和耐久性等方面綜合考慮，本項目采用濕接頭剛性連接。

2) 下部結(jié)構(gòu)拼寬方式。

單側(cè)拼寬6.75 m時，拼寬橋下部采用雙柱式結(jié)構(gòu)，對于無通航要求的橋梁而言，新老橋下部構(gòu)造不連接；對于有通航要求的橋梁，新老橋水中墩柱則采用系梁連接，以提高橋墩整體抗撞能力。單側(cè)拼寬3.5 m時，拼寬橋下部采用獨柱式結(jié)構(gòu)，且為提高下部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，新老橋下部結(jié)構(gòu)通過型鋼或錨筋進(jìn)行連接。

3主線橋梁拆除改造方案

杭金衢高速公路縱貫浙江省中西部腹地，連接中西部地區(qū)的主要市縣和交通樞紐。隨著沿線地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對地方交通、航道也提出了更高需求，但很多地方交通、航道卻受到杭金衢高速公路的制約。因此，在本次改擴(kuò)建過程中，結(jié)合地方交通、航道發(fā)展規(guī)劃的需要，對相關(guān)橋梁進(jìn)行了拆除改造。杭金衢高速公路拆除改造的老橋見表1。

表1　杭金衢高速公路老橋拆除改造一覽

杭金衢高速公路改擴(kuò)建區(qū)域內(nèi)并無十分理想的分流道路，若不能實施4車道通行，則施工期的服務(wù)水平將難以接受。因此，杭金衢高速公路改擴(kuò)建總體方案擬定時均將“保證4車道”通行作為前提和基礎(chǔ)，主線橋梁的拆除改造方案也圍繞該目標(biāo)進(jìn)行不同的技術(shù)方案和交通組織方案論證。

3.1雙側(cè)(單側(cè))便道方案

雙側(cè)便道方案具體實施步驟為：在老路兩側(cè)先建10 m寬臨時營運便道以將老路車輛引至兩側(cè)便道，維持雙向4車道限速通行；然后拆除老橋并挖除老路路基，新建8車道橋梁和路基，將便道上車輛引至新建雙向8車道路幅上通行；最后拆除臨時營運便道、便橋。雙側(cè)便道方案施工期交通組織如圖2所示。

單側(cè)便道方案具體實施步驟為：在老路左側(cè)(右側(cè))先建10 m寬臨時營運便道以將老路左幅(右幅)車輛引至便道，維持左幅(右幅)單向2車道限速通行；然后拆除左幅(右幅)老橋并挖除老路路基，新建4車道橋梁和路基，將老路右幅(左幅)車輛引至新建的左幅(右幅)4車道路幅上借道限速通行；待右幅(左幅)橋梁和路基建好后，再將借道車輛均引至新建雙向8車道路幅上通行；最后拆除臨時營運便道、便橋。單側(cè)便道方案施工期交通組織如圖3所示。

便道設(shè)計速度需根據(jù)地形條件、老路結(jié)構(gòu)物設(shè)置情況、老路交通流量等諸多因素綜合考慮，一般采用60或80 km/h，且路基寬度為10 m(橋梁寬度為9.5 m)。便道橫斷面布置為：0.75 m土路肩+0.5 m左側(cè)路緣帶+2×3.75 m行車道+0.5 m右側(cè)路緣帶+0.75 m土路肩。便道與改建后的橋梁邊線距離應(yīng)滿足橋梁施工和便道安全營運的要求，同時便道應(yīng)預(yù)留施工車輛的進(jìn)出通道，并綜合考慮梁板運輸和架設(shè)要求。

3.2雙側(cè)(單側(cè))超拼方案

雙側(cè)(單側(cè))超拼方案是：按照主線改建的平縱面設(shè)計，在老路外側(cè)先建2×9.5 m寬橋梁，新建橋梁與老路邊線間距25～50cm(具體間距應(yīng)根據(jù)梁板布置、新建橋梁施工與老路正常營運安全距離要求等因素綜合確定)，并將車輛引至外側(cè)新建橋梁，維持雙向4車道限速通行；然后拆除老橋，挖除老路路基，按照主線改建平縱施工老路范圍內(nèi)的內(nèi)側(cè)橋梁；最后施工內(nèi)外側(cè)橋間預(yù)留的濕接縫，使內(nèi)外側(cè)橋梁形成整體式斷面，并按雙向8車道運營。由于該方案最終需通過現(xiàn)澆濕接頭將內(nèi)外側(cè)橋梁連成整體，所以一般較適用于預(yù)制梁板結(jié)構(gòu)或現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，而對于拱橋、纜索結(jié)構(gòu)橋梁基本不適用。超拼方案橋梁斷面布置如圖4所示。

圖2　雙側(cè)臨時便道方案施工期交通組織示意

圖3　單側(cè)臨時便道方案施工期交通組織示意

圖4　超拼方案橋梁斷面布置

車輛在外側(cè)超拼橋梁上通行時，限速60或80 km/h。橋梁斷面布置為：0.5 m防撞護(hù)欄+0.5 m左側(cè)路緣帶+2×3.75 m行車道+0.5 m右側(cè)路緣帶+0.5 m防撞護(hù)欄。該方案單側(cè)較正常斷面橋梁需超拼約3.25 m。

3.3方案比選

本文以戴進(jìn)路分離式立交為例，對便道方案和超拼方案進(jìn)行綜合比較。戴進(jìn)路為規(guī)劃329國道的一部分，與杭金衢高速公路相交于K26+739.5處，該處高速公路為路基，填土高度約3.3 m。經(jīng)反復(fù)分析、比較，最終確定戴進(jìn)路下穿杭金衢高速公路。為避免將來329國道實施時對杭金衢高速公路進(jìn)行2次開挖，杭金衢高速公路拓寬工程下穿工程提前實施，并將該處路基開挖改為橋梁。

3.3.1方案1：兩側(cè)便道方案

方案1：橋梁配跨為4×25 m，橋梁寬度為2×20.25 m。上部結(jié)構(gòu)采用25 m先簡支后連續(xù)小箱梁；下部結(jié)構(gòu)橋墩采用柱式墩臺，樁基礎(chǔ)。

本方案施工步驟為：在老路路基外側(cè)先建2×10 m寬便道(便道與老路路基間距約15 m)并將車輛引至外側(cè)新建便道，雙向4車道限速通行；然后挖除老路路基，新建橋梁；最后拆除便道，將車輛再引至高速公路，雙向8車道通行。方案1橋梁斷面如圖5所示。

3.3.2方案2：兩側(cè)超拼方案

方案2：上部結(jié)構(gòu)也采用25 m先簡支后連續(xù)小箱梁，下部結(jié)構(gòu)橋墩采用柱式墩臺，樁基礎(chǔ)。方案2橋梁寬度為2×23.5 m，單側(cè)較正常斷面超拼3.25 m。

本方案施工步驟為：在老路路基外側(cè)先建2×9.5 m寬橋梁(新建橋梁與老路路基間距50 cm)，將車輛引至外側(cè)新建橋梁，雙向4車道限速通行；然后挖除老路路基，并施工老路路基范圍內(nèi)的內(nèi)側(cè)橋梁，且內(nèi)側(cè)橋橋?qū)捙c老路路基同寬，為2×14 m；最后施工內(nèi)外側(cè)橋間50 cm的濕接縫，形成寬度為2×23.5 m的橋梁，雙向8車道通行。方案2橋梁斷面如圖6所示。

上述2個方案的綜合比較見表2。

圖5　方案1橋梁橫斷面示意

圖6　方案2橋梁橫斷面示意

4改擴(kuò)建工程中橋梁設(shè)計關(guān)鍵問題和所采取的針對性技術(shù)措施

4.1橋梁檢測與評價

改擴(kuò)建工程既有橋涵檢測在常規(guī)檢測基礎(chǔ)上應(yīng)有所側(cè)重，并增加部分檢測項目。檢測上部結(jié)構(gòu)時，要重點檢查邊板的狀況，且對橫向聯(lián)系、水中樁基狀況進(jìn)行檢測，以便為上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)拼寬形式的選取提供依據(jù)。此外，還需調(diào)查鋪裝層厚度、現(xiàn)狀、修復(fù)狀況，并對敷設(shè)在橋梁上且對拼寬有直接影響的設(shè)施等進(jìn)行量測。

另外，需進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢算、承載能力試驗等，以提供老橋拼寬評估建議。評估內(nèi)容包括：1) 對拼寬后原橋承載能力進(jìn)行評估，并對梁板是否可以利用提出建議；2) 對拼寬后可能對老橋的不利影響進(jìn)行評估，包括新建梁板收縮徐變對老橋附加內(nèi)力的不利影響、新建下部結(jié)構(gòu)沉降對老橋的不利影響。

4.2老橋病害處治

為提高老橋的結(jié)構(gòu)性能和耐久性，確保新老橋能夠整體協(xié)調(diào)受力，新老橋拼接前，應(yīng)對老橋病害進(jìn)行處治?！吨行】鐝綐蛄旱湫筒『Ψ乐问謨浴穂6]對過去應(yīng)用十分廣泛的預(yù)制結(jié)構(gòu)的典型病害進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)研和分析研究，為老橋的維修加固提供了較好的參考?！吨行】鐝綐蛄旱湫筒『Ψ乐问謨浴分赋觯招陌辶褐饕『轭A(yù)應(yīng)力混凝土空心板板底縱向裂縫、鋼筋混凝土空心板板底橫向裂縫、臺帽蓋梁豎向裂縫、立柱環(huán)向裂縫、樁基偏位、支座老化開裂剪切變形、橋面破損開裂等。通常，對于非結(jié)構(gòu)性裂縫要進(jìn)行封閉處理，對結(jié)構(gòu)性裂縫應(yīng)采取加固措施，如粘貼碳纖維布、粘貼鋼板、增大截面、施加體外預(yù)應(yīng)力等。

4.3拼接部質(zhì)量控制[7-8]

橋梁拼接部易出現(xiàn)裂縫等一些質(zhì)量問題，影響結(jié)構(gòu)的耐久性，嚴(yán)重的還會使新老梁板連接失效，形成單板受力，引起更多其它病害。

本文對橋梁拼接部易出現(xiàn)質(zhì)量問題的原因進(jìn)行了分析，并針對各種問題提出了如下針對性技術(shù)措施。

表2　2個方案綜合比較

1) 現(xiàn)澆混凝土未形成強度前，會受到車輛通行震動的影響。因此，應(yīng)要求施工單位加強施工工藝研究，加強混凝土振搗、養(yǎng)護(hù)工作，保證混凝土澆筑質(zhì)量。

2) 新老橋沉降差過大，會產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力。因此，拼寬橋梁樁基礎(chǔ)應(yīng)以沉降差來控制設(shè)計，具體措施有：進(jìn)行連接構(gòu)造施工前，梁板架設(shè)后應(yīng)至少放置5～6個月，并在拼寬梁板上放置重物；樁基選擇合適的持力層，并適當(dāng)加大樁長；對于軟弱地基土層較厚、持力層較好的地基，樁基計算應(yīng)考慮路基填土荷載或地下水位下降等因素所引起的負(fù)摩阻力影響；橋臺臺后采用輕質(zhì)填料等。

3) 混凝土收縮徐變和溫度效應(yīng)會引起較大的附加內(nèi)力。為此，針對用作濕接縫的混凝土，應(yīng)要求施工單位優(yōu)化配合比設(shè)計，并選擇合適的水泥和膠凝材料，以控制混凝土的塌落度。另外，可采用微膨脹混凝土，并摻入纖維材料。

4) 拼接部空間狹小，不利于施工。拼接部濕接頭寬度應(yīng)不小于30 cm，以方便鋼筋連接、混凝土振搗和養(yǎng)護(hù)等。

5) 施工隊伍缺少經(jīng)驗，專業(yè)性不強。拼接部位要大量應(yīng)用植筋、錨筋、粘貼鋼板等加固技術(shù)，而施工質(zhì)量的好壞直接影響結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性能，因此應(yīng)從材料、施工工藝、試驗檢測等多方面嚴(yán)格控制，并由專業(yè)化施工隊伍施工。

6) 其它病害引起拼接部受力增大。梁板支座脫空、鉸縫破損失效等病害會造成拼接處受力增大，故須對老橋進(jìn)行詳細(xì)的檢測和評價，對重點病害進(jìn)行維修加固處理。

新老橋梁拼接部受力相對復(fù)雜，其受到材料配合比、施工方案、設(shè)計富余度、后期營運管理等多個因素影響，故也有必要進(jìn)行一些理論和試驗?zāi)Ｐ脱芯?，以探究行車動撓度對接縫混凝土澆筑質(zhì)量的影響，并驗證和分析分層澆筑、施加鋼骨體系措施對接縫可靠連接的有效性，拼寬后梁板傳力可靠性和承載性能。

5結(jié)束語

本文簡要介紹了杭金衢高速公路改擴(kuò)建工程主線橋梁拼寬設(shè)計的總體思路，包括項目概況、橋梁拼寬、拆除改造方案等，對拼寬橋梁的關(guān)鍵問題進(jìn)行了總結(jié)，并針對新老橋梁拼接部易出現(xiàn)質(zhì)量問題的原因進(jìn)行了分析，提出了相關(guān)技術(shù)措施，為同類改擴(kuò)建工程的橋梁設(shè)計和施工提供參考。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院.浙江省杭州(紅墾)至金華高速公路改擴(kuò)建兩階段施工圖設(shè)計文件[Z].杭州：浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院，2013.

[2]交通運輸部公路局，中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司.JTG B01—2014公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民交通出版社，2014.

[3]交通部公路規(guī)劃設(shè)計院.JTJ 021—89公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，1989.

[4]中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司.JTG D60—2004公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[5]浙江省交通運輸廳.JTG/T L11—2014高速公路改擴(kuò)建設(shè)計細(xì)則[S].北京：人民交通出版社，2015.

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[7]李群，葉建龍，余茂峰. 滬杭甬高速公路拓寬工程通車狀態(tài)下新老橋梁的拼接工藝[J].公路交通技術(shù)，2011(4)：74-78.

[8]王學(xué)軍，杜進(jìn)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.

Analysis for Design Ideas of Bridges in Reconstruction and Expansion Project of Hangzhou-Jinhua-Quzhou Expressway

XU Yuntao, YU Maofeng, YE Jianlong

Abstract:This paper briefly introduces design outline of bridges and reconstruction scheme for widening and dismantling in Reconstruction and Expansion Project of Hangzhou—Jinhua—Quzhou Expressway, and discusses key problems in bridge design and specific technical measures taken in the reconstruction and extension project.

Keywords:dismantling and reconstruction; detour; super widening; technical problem; technical measure

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.03.018

收稿日期：2016-01-13

作者簡介：徐云濤(1963-)，男，浙江省武義縣人，碩士，高工。

文章編號：1009-6477(2016)03-0078-06中圖分類號：U442.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B