沙貝立交擴建工程F匝道橋方案比選和工程管理

李 穎

(廣州北環(huán)高速公路有限公司，廣東 廣州 510507)

1 工程概況

為改善廣州北環(huán)高速沙貝立交通行能力，緩解交通擁堵，對沙貝立交F匝道橋進行擴建。廣州北環(huán)高速沙貝立交F匝道既有橋梁跨度為10 m，橋下凈空為4.0 m，現(xiàn)狀交叉口路面標高往擴建F匝道方向逐漸增高，交叉路口道路寬度逐漸增大，交叉口現(xiàn)狀道路設置有限高架，限高3.5 m。圖1為沙貝立交F匝道既有橋梁現(xiàn)狀圖。

圖1 沙貝立交F匝道既有橋梁現(xiàn)狀圖

2 橋型方案控制因素

2.1 橋梁跨徑選擇

因沙貝立交道路交通量大， F匝道擴建很難進行封閉施工，為避免橋梁擴建施工對既有交通造成較大影響，擴建橋梁跨徑需在既有橋梁跨徑基礎(chǔ)上進一步加大，考慮到擴建橋位置路面寬度和橋梁承臺施工對既有道路通行的影響，最終確定擴建橋梁跨徑為16 m，擴建橋承臺最不利點距離現(xiàn)狀道路邊線為1.75 m，可滿足既有道路通行安全。圖2為沙貝立交F匝道擴建橋梁平面圖。

圖2 沙貝立交F匝道擴建橋梁平面圖

2.2 橋下凈空

既有橋梁橋下凈空4.0 m，通行限高3.5 m，為保證通行要求，擴建橋梁橋下凈空不宜小于3.95 m，設計需嚴格控制橋梁主梁建筑高度不宜過高。

3 比選原則

1)遵循“適用、安全、經(jīng)濟、美觀”的設計原則。

2)根據(jù)建設條件要求，遵循技術(shù)可行、經(jīng)濟合理、造型美觀的原則進行綜合比選。

3)減少橋梁施工對被交道路影響。

4)充分考慮技術(shù)先進的結(jié)構(gòu)形式，力求造型新穎，受力合理。

5)充分考慮工程方案的施工可操作性。

6)滿足橋下凈空要求。

4 橋型方案比選

4.1 超高性能混凝土工字梁

超高性能混凝土(UHPC)工字梁結(jié)構(gòu)，工字梁高度0.62 m，整體化層厚度0.15 m，鋪裝層采用2 cm超薄磨耗層，建筑總高度0.79 m。橋下凈空可達到3.977 m，超高性能混凝土工字梁標準斷面如圖3所示。

圖3 16 m跨超高性能混凝土梁標準橫斷面

超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete)， 簡稱UHPC，系指抗壓強度在150 MPa以上，具有超高韌性、超長耐久性的水泥基復合材料的統(tǒng)稱。其中，最具代表性的超高性能混凝土材料為活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)。其主要由硅灰、水泥、細骨料及鋼纖維等材料組成，依照最大密實度原理構(gòu)建，從而使材料內(nèi)部的缺陷(孔隙與微裂縫) 減至最少。采用預制UHPC I字型梁+預制UHPC底板，結(jié)構(gòu)受力、耐久性完全滿足工程要求，同時大大加快施工進度。

4.2 預應力混凝土空心板

16 m空心板結(jié)構(gòu)高度為0.85 m，整體化層厚度為0.15 m，橋面鋪裝采用2 cm超薄磨耗層，建筑總高度為1.02 m，橋下凈空為3.747 m，預應力混凝土空心板標準斷面如圖4所示。

圖4 16 m跨預應力混凝土空心板標準橫斷面

配合路線縱斷面調(diào)整，將原3.5%路線縱坡調(diào)整為3.9%，橋面標高可抬高17 cm，調(diào)整后橋下凈空可達3.917 m，但縱坡加大以接近規(guī)范限值，超過設計采用的常規(guī)值，同時調(diào)整縱斷面后豎曲線長度不滿足規(guī)范要求，將給行車造成一定安全隱患，由于該路段交通流量非常大，出于安全考慮，建設單位不同意采用調(diào)整縱斷面的方案。

4.3 鋼箱梁橋

16 m跨鋼箱梁梁高取1/25的跨徑，梁高取值0.65 m，整體化層厚度0.12 m，橋面鋪裝采用2 cm超薄磨耗層，建筑總高度為0.79 m，橋下凈空可達到3.977 m。鋼箱梁標準斷面如圖5所示。

圖5 16 m跨鋼箱梁標準橫斷面

鋼箱梁方案雖然能夠滿足凈空，但由于鋼箱梁梁高較小，經(jīng)咨詢多家鋼結(jié)構(gòu)制造廠家可知，該梁高的鋼箱梁制造存在一定問題，隔板與頂板無法進行熔透焊接，該種結(jié)構(gòu)一般只在疲勞問題不明顯的人行天橋采用，在車流量較大的公路橋梁里一般不予采用，同時該方案造價較高。

4.4 橋型方案技術(shù)經(jīng)濟對比

對超高性能混凝土橋梁、預應力混凝土空心板、鋼箱梁三種橋型方案在主梁建筑高度、路線縱斷面、結(jié)構(gòu)受力、結(jié)構(gòu)耐久性、施工難易程度、工程造價等經(jīng)濟技術(shù)方面進行綜合比較，如表1所示。

表1 橋型方案技術(shù)經(jīng)濟對比表

5 工程管理措施

5.1 試驗研究

由于目前國內(nèi)超高性能混凝土應用于橋梁主體結(jié)構(gòu)中的案例較少，為確保結(jié)構(gòu)安全，本項目施工前進行了大量試驗研究。

1)材料試塊試驗。開展立方體試塊試驗，以確定超高性能混凝土(UHPC)材料的抗壓強度、軸心抗拉強度、抗折強度和彈性模量等基本力學參數(shù)。

2)足尺寸I字型預制梁抗彎試驗。預制一片原尺寸I型梁，進行抗彎試驗，驗證評估梁體抗彎承載能力。圖6為足尺寸I字型預制梁抗彎試驗。

圖6 足尺寸I字型預制梁抗彎試驗

3)足尺寸I字型預制梁抗剪試驗。預制一片原尺寸I型梁，進行抗剪試驗，驗證評估梁體抗剪承載能力。圖7為足尺寸I字型預制梁抗剪試驗。

5.2 成橋荷載試驗

為進一步掌握實橋受力和工作狀態(tài)，本橋在竣工后進行了動靜載試驗，通過測量橋梁結(jié)構(gòu)在靜力荷載作用下的變形和內(nèi)力，以確定橋梁結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)與設計是否相符，檢驗橋梁結(jié)構(gòu)的強度和剛度是否滿足試驗要求，通過測量橋

梁結(jié)構(gòu)在動載作用下的位移、加速度，檢驗橋梁結(jié)構(gòu)的行車舒適性，試驗數(shù)據(jù)表明，結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)良好。

圖7 足尺寸I字型預制梁抗剪試驗

圖8 沙貝立交F匝道擴建橋梁成橋靜載試驗

5.3 橋梁運營狀態(tài)監(jiān)測

為能夠?qū)崟r動態(tài)監(jiān)測橋梁運營狀態(tài)和工作性能，本橋建立了監(jiān)測系統(tǒng)，分別對主梁撓度和應力進行實時監(jiān)測，定期對結(jié)構(gòu)的運營狀態(tài)進行評估，及時有效的為橋梁管養(yǎng)提供數(shù)據(jù)支持，目前橋梁已運營，橋梁整體運營狀態(tài)良好。

6 結(jié) 語

結(jié)合本項目建設條件，對三種橋型方案進行了比選，經(jīng)過主梁建筑高度、路線縱斷面、結(jié)構(gòu)受力、結(jié)構(gòu)耐久性、施工難易程度、工程造價等經(jīng)濟技術(shù)方面的綜合比較，最終推薦超高性能混凝土(UHPC)作為推薦方案。本項目制定了材料試驗、結(jié)構(gòu)試驗、成橋試驗、運營監(jiān)測等完備的工程管理措施，確保結(jié)構(gòu)安全可靠，同時為超高性能混凝土在橋梁工程中的應用推廣奠定了基礎(chǔ)。廣州北環(huán)高速沙貝立交F匝道擴建橋梁已建成通車，橋梁整體運營狀態(tài)良好。

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