公路橋梁拓寬改建設(shè)計(jì)分析

文/曾海、劉麗

1 前言

公路橋梁拓寬改建工程涉及內(nèi)容較多，且對(duì)技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)有著非常高的要求。為了達(dá)到改擴(kuò)建后的安全性、穩(wěn)定性要求，在項(xiàng)目開(kāi)展之前施工單位務(wù)必要做好拓寬改擴(kuò)建設(shè)計(jì)控制工作，保證設(shè)計(jì)方案指標(biāo)要求達(dá)到改擴(kuò)建需求。因此，對(duì)公路改擴(kuò)建拓寬設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行研究，探尋行之有效的設(shè)計(jì)方案尤為重要。

2 橋梁拓寬改建設(shè)計(jì)要求

在設(shè)計(jì)前，工作人員需要進(jìn)入工程現(xiàn)場(chǎng)收集一手資料，并對(duì)全線的構(gòu)造物進(jìn)行科學(xué)分類，分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)影響因素，合理計(jì)劃設(shè)計(jì)方案。在檢修橋涵構(gòu)造物改擴(kuò)建設(shè)計(jì)時(shí)，按照“經(jīng)濟(jì)、適用、安全、環(huán)?！钡仍瓌t設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)要盡量保留原始構(gòu)造物，創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，保證設(shè)計(jì)方案具備科學(xué)性。設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)現(xiàn)有老舊橋梁需要進(jìn)行一一驗(yàn)算、檢測(cè)，做好分類，同時(shí)確定科學(xué)的加固方案，提高橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)承載力[1]。針對(duì)相關(guān)加固設(shè)計(jì)方案，要考慮結(jié)構(gòu)的可靠性與耐久性；在改建、擴(kuò)建方案確定上，需要通過(guò)BIM 技術(shù)對(duì)技術(shù)的方案以及施工過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)籌分析，保證技術(shù)方案實(shí)施能與交通組織方案具備一致性，按照“不中斷交通通行”原則開(kāi)展設(shè)計(jì)。在開(kāi)展橋梁以及橋涵等區(qū)域改擴(kuò)建工程時(shí)，需要考慮通行靜空區(qū)，按照交通規(guī)劃要求，做好相關(guān)組織協(xié)調(diào)工作。一般而言，在頂升、下挖設(shè)計(jì)上，可適當(dāng)提升靜空區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，以減少后續(xù)工作開(kāi)展的難度。

3 基本資料

3.1 工程概況

某二級(jí)公路項(xiàng)目的路基頂部寬度尺寸為12m，斷面形式如下：1.5m(土路肩)+9m(車行道)+1.5m(土路肩)。水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)形式由于寬度比較小，機(jī)動(dòng)車道的運(yùn)行受到非機(jī)動(dòng)車的嚴(yán)重影響，通行質(zhì)量比較差，需要及時(shí)進(jìn)行拓寬改造處理，考慮到當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，做好多個(gè)方面對(duì)比和分析，最終選擇使用單側(cè)加寬7m 的改造方式，并且使用瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)，保證路面通行質(zhì)量和效果，但是改造后還是按照二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

3.2 橋梁現(xiàn)狀

該公路項(xiàng)目總計(jì)分布著8 座橋梁，其中包含單跨、多跨兩種形式，上部結(jié)構(gòu)都是預(yù)制板梁的形式，梁體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度為8m、12m、16m 三種情況。單跨橋梁的橋臺(tái)主要是重力式擴(kuò)大基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式，多跨橋則采用的是墻式墩的形式，橋臺(tái)為排架的結(jié)構(gòu)形式。

4 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

道路等級(jí)：二級(jí)公路，設(shè)計(jì)最高行駛速度80km/h。設(shè)計(jì)荷載：公路—Ⅱ級(jí)；新改建部分的工程設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年；該橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)定為3 級(jí)安全標(biāo)準(zhǔn)，重要性參數(shù)為0.9?？拐鹪O(shè)計(jì)：橋梁項(xiàng)目地震加速度為0.05g，抗震設(shè)防烈度為6°；環(huán)境類別為Ⅰ類(一般環(huán)境)。

5 老橋利用的可行性研究

按照整體性的設(shè)計(jì)方案分析可以發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)目最終選擇單側(cè)加寬7m 的方式進(jìn)行改建施工，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的勘察結(jié)論和標(biāo)準(zhǔn)，除了有少數(shù)的梁板發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞問(wèn)題，比如底部裂縫嚴(yán)重、混凝土結(jié)構(gòu)脫落、鋼筋腐蝕等問(wèn)題，其他大部分的梁板都處于良好的運(yùn)行狀態(tài)中，沒(méi)有任何病害問(wèn)題。本次改造以經(jīng)濟(jì)、安全、實(shí)用、美觀為出發(fā)點(diǎn)，首先需要綜合分析原有橋梁結(jié)構(gòu)的利用問(wèn)題。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的全面分析和研究，總結(jié)出原橋梁結(jié)構(gòu)有如下方面的問(wèn)題：通過(guò)竣工資料的分析和研究，采用平面桿系有限元程序驗(yàn)算和分析上部結(jié)構(gòu)8m、12m、16m 的板梁結(jié)構(gòu)，確定汽車荷載橫向分布系數(shù)，根據(jù)鉸接板梁法進(jìn)行計(jì)算分析，為了能夠達(dá)到路拱要求的當(dāng)前板梁標(biāo)準(zhǔn)，需要加鋪10.5cm 的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層作為恒載要求[2]。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算分析可以發(fā)現(xiàn)，主梁在正常運(yùn)行下的裂縫寬度、撓度，在承載力作用下會(huì)達(dá)到運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)。下部結(jié)構(gòu)：根據(jù)目前所應(yīng)用的橋臺(tái)和橋墩做好驗(yàn)算和分析，使其都能夠達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?；A(chǔ)：全面收集和掌握地質(zhì)勘察的資料與數(shù)據(jù)，做好重力式橋臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)計(jì)算和分析。重力式擴(kuò)大基礎(chǔ)嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和要求，多年使用下并未有任何損壞的路基結(jié)構(gòu)形式，地基承載力容許值乘以抗力系數(shù)1.5，路拱結(jié)構(gòu)中進(jìn)行橋面鋪裝作業(yè)，造成改造實(shí)施后樁頂反力出現(xiàn)上升的情況。通過(guò)改造處理后地基的承載力均得到了提高，滿足改建設(shè)計(jì)方案標(biāo)準(zhǔn)要求，整體效果良好。

6 老橋拓寬改建方案

從前文分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)改造處理后老橋梁可以達(dá)到應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，僅僅是根據(jù)整體設(shè)計(jì)方案的要求進(jìn)行拼寬改建即可，下面本文將會(huì)從上、下結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)分別進(jìn)行分析。

6.1 上部結(jié)構(gòu)及橋面鋪裝

本次工程項(xiàng)目中，上部結(jié)構(gòu)應(yīng)用的是預(yù)制板梁結(jié)構(gòu)形式，保證車輛行駛舒適度，降低養(yǎng)護(hù)工作量，最終確定采取“鉸接”的方式開(kāi)展施工。

按照當(dāng)前設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，該橋梁項(xiàng)目單側(cè)拼寬為7m，新加寬的道路中心線和原道路中心線是不重合的，向南移動(dòng)約3.5m 的距離，且拼寬結(jié)束后依然是雙面坡的形式，施工單位應(yīng)該根據(jù)原橋面拼裝作業(yè)進(jìn)行加罩處理。另外，因?yàn)樵佈b層結(jié)構(gòu)有病害問(wèn)題存在，所以本次改造施工進(jìn)行全部鑿除處理，然后整體進(jìn)行鋪裝作業(yè)，加罩之后將原鋪裝層厚度8cm 增加到18.5cm。

此外，為了避免出現(xiàn)橋梁恒載過(guò)大的情況，保證車輛行駛舒適度，確保防水效果滿足要求，提升耐久性，在新加罩的鋼筋混凝土面層結(jié)構(gòu)鋪裝一層7cm 厚的環(huán)氧抗滑層結(jié)構(gòu)，具體改造后的結(jié)構(gòu)可見(jiàn)圖1所示。

圖1 改建后的橋面鋪裝示意圖

6.2 下部結(jié)構(gòu)

在橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為了切實(shí)提升下部結(jié)構(gòu)受力條件，并達(dá)到承重力要求，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮拼接施工給老橋梁結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響問(wèn)題，同時(shí)還需要做好新舊橋梁搭接性能的測(cè)試。

在本工程中主要操作方式為：首先將橋梁南側(cè)位置的欄桿全部清除，其次把邊梁拆除以后在進(jìn)行中梁施工，最后和加寬后的蓋梁設(shè)置2cm 的環(huán)形縫，詳見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 改建后的橋臺(tái)橫斷面（重力式橋臺(tái)）圖

圖3 改建后的橋墩橫斷面圖

6.3 基礎(chǔ)

從現(xiàn)場(chǎng)的全面分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前的橋梁運(yùn)營(yíng)時(shí)間在20年左右，沉降處于穩(wěn)定的狀態(tài)。為了防止新舊橋梁出現(xiàn)沉降不均勻而產(chǎn)生開(kāi)裂問(wèn)題，需要通過(guò)合理處理以減少新結(jié)構(gòu)沉降絕對(duì)值，比如：通過(guò)樁基礎(chǔ)的方式進(jìn)行。此外，還要考慮到預(yù)制打入樁環(huán)節(jié)給原橋梁結(jié)構(gòu)帶來(lái)的不良影響，本次改造應(yīng)用的是鉆孔灌注樁的方式，可以防止發(fā)生嚴(yán)重后期沉降問(wèn)題，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能合格。同時(shí)，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，需要考慮原有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載力是否達(dá)到工程需求，若承載欠佳，則應(yīng)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的方式提升基礎(chǔ)承載力[3]。

6.4 減少差異沉降的措施

經(jīng)過(guò)分析研究，減少新、老橋梁沉降差非常重要，由于老橋梁沉降有很長(zhǎng)時(shí)間，基本完成沉降，所以沉降差異控制就是要進(jìn)行新建設(shè)橋梁絕對(duì)沉降的控制。本次工程中，通過(guò)采取如下措施進(jìn)行處理：后壓漿方法：鉆孔樁進(jìn)行后壓漿施工，可以有效預(yù)防出現(xiàn)沉降問(wèn)題。后澆帶：新建設(shè)橋梁施工后，橋面鋪裝暫時(shí)不和老橋梁連接，預(yù)留50cm 左右的后澆帶。預(yù)加載：新橋梁建設(shè)結(jié)束后進(jìn)行加載處理，此時(shí)要連續(xù)觀測(cè)沉降量參數(shù)，如果一個(gè)月之內(nèi)沉降量控制在2mm 以內(nèi)，后澆帶澆筑施工，可以通過(guò)應(yīng)用微膨脹混凝土方式，避免產(chǎn)生收縮裂縫的問(wèn)題。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本次工程中應(yīng)用的老橋梁改造項(xiàng)目成本較低，發(fā)揮出了老橋梁的重要作用，提高了設(shè)計(jì)水平，做好現(xiàn)場(chǎng)的勘察和設(shè)計(jì)工作，保證了新舊橋梁連接性能合格，新建設(shè)的橋梁各個(gè)結(jié)構(gòu)的性能達(dá)標(biāo)，運(yùn)行效果非常好，為今后類似工程建設(shè)提供了良好的范例。