公路改擴(kuò)建項(xiàng)目橋梁拼寬設(shè)計(jì)

申啟坤，鄒同琛

(1.中建五局第三建設(shè)有限公司，湖南 長沙 410116； 2.長沙市規(guī)劃設(shè)計(jì)院，湖南 長沙 410007)

1 概述

改革開放以來，我國高速公路建設(shè)取得了飛速的發(fā)展，為國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展起到了重要的基礎(chǔ)保障性作用。然而隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，部分早期建設(shè)的高速公路，特別是部分四車道高速公路，呈現(xiàn)出交通量飽和、運(yùn)輸能力十分緊張的狀況，道路通行能力和服務(wù)水平降低、安全事故逐漸增多，已不能很好地適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和城鄉(xiāng)建設(shè)的需求，高速公路改擴(kuò)建已成為我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的一項(xiàng)重要而緊迫的任務(wù)[1]。

橋梁作為公路工程的重要組成部分，具有單價(jià)高、難度大、部分地區(qū)占比高的特點(diǎn)，成為高速公路改擴(kuò)建工程的重難點(diǎn)。

2 改擴(kuò)建橋梁特點(diǎn)

1)新、老橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不一致。

根據(jù)《高速公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)細(xì)則》[2]規(guī)定，拼寬擴(kuò)建后，舊橋承載能力需滿足現(xiàn)行荷載要求。拓寬工程橋梁設(shè)計(jì)遵循“老橋老標(biāo)準(zhǔn),新橋新標(biāo)準(zhǔn)”，即原橋梁荷載等級(jí)按老標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行(89通用規(guī)范)，為汽-超20、掛-120；拓寬新建部分設(shè)計(jì)荷載等級(jí)采用新標(biāo)準(zhǔn)公路-Ⅰ級(jí)。

橋梁拼接設(shè)計(jì)中，對原橋梁、拼接部位、拼接后橋梁整體進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和驗(yàn)算；對原橋梁進(jìn)行評價(jià)，采用老標(biāo)準(zhǔn)；但承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算采用現(xiàn)行荷載標(biāo)準(zhǔn)，不滿足的應(yīng)進(jìn)行加固處理。

2)新、老橋使用壽命不一致。

隨著行業(yè)規(guī)范的不斷更新，特別是新耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范[3]的執(zhí)行，進(jìn)一步明確了設(shè)計(jì)使用年限，環(huán)境類別，材料耐久性指標(biāo)和構(gòu)造措施(混凝土保護(hù)層厚度)以及防腐蝕附加措施，對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性提出了更高的要求；另一方面，新老橋使用壽命不一致，老橋在服役一段時(shí)間后，需要重新對耐久性進(jìn)行評估或者經(jīng)濟(jì)性分析，明確是直接利用、加固還是拆除重建。

3)新、老橋存在收縮、徐變差。

收縮、徐變是混凝土結(jié)構(gòu)的固有性質(zhì)，特別對于超靜定結(jié)構(gòu)以及剛度較大的結(jié)構(gòu)，收縮徐變的不利效應(yīng)較大，原理及計(jì)算可以參考相應(yīng)規(guī)范[4]和書籍[5]，設(shè)計(jì)過程中必須加以重視。服役多年的舊橋收縮徐變已經(jīng)基本完成，但拼寬橋收縮徐變才剛剛開始，兩者橫向連接成為一個(gè)整體后在收縮徐變過程中會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力，影響新、老橋各自的應(yīng)力狀態(tài)。

4)新、老橋存在沉降差。

基礎(chǔ)變位是永久作用，承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)均需要考慮，特別是多跨一聯(lián)及剛度較大的超靜定結(jié)構(gòu)影響尤其大，新老橋橫向連接后不僅存在縱向沉降差，還存在橫向沉降差[6]。

3 連接方案

目前橋梁拼接處理的方案[7]有以下三種。

3.1 上下均不連(分離式加寬)

優(yōu)點(diǎn)：新老橋受力明確，施工難度較小，有利于交通組織，造價(jià)低。

缺點(diǎn)：橋梁整體性差，新老橋易錯(cuò)臺(tái)，影響行車舒適及美觀，增加養(yǎng)護(hù)維修工作。

這種連接方案在新老橋間預(yù)留工作縫，瀝青層連續(xù)攤鋪，或者新、舊結(jié)構(gòu)間留一條縱縫，采用鋼板包邊或者設(shè)置縱向伸縮縫，早期的改擴(kuò)建項(xiàng)目中應(yīng)用，但國內(nèi)小跨徑橋梁采用柔性橋面，縱縫兩側(cè)橋面存在較大的位移差，病害較多。

3.2 上下均連

優(yōu)點(diǎn)：整體受力，減少過大變形，行車舒適性大大提高。

缺點(diǎn)：附加內(nèi)力較大，易產(chǎn)生裂縫，造成功能下降，維修困難。

為了減小新老橋之間的附加內(nèi)力，這種連接方案適用于地質(zhì)條件較好的路段，減小兩者之間的不均勻沉降。

3.3 上連下不連

優(yōu)點(diǎn)：滿足結(jié)構(gòu)性能，同時(shí)又便于施工，通過采用減小新建橋梁的樁基沉降措施來減小沉降差。這種連接方式已在滬寧高速、杭甬高速、海南東線高速、南京浦珠路等多個(gè)擴(kuò)建工程中采用[8]，根據(jù)通車后幾年的觀察，使用情況較好，目前大部分改擴(kuò)建項(xiàng)目均采用上連下不連。

4 結(jié)構(gòu)形式

新舊橋梁上下部結(jié)構(gòu)形式應(yīng)以減小沉降差和有利于拼接為原則，保證新、舊橋梁之間受力和溫度變形協(xié)調(diào)。

上部結(jié)構(gòu)形式應(yīng)盡量保證新老橋一致，有條件時(shí)讓新橋的結(jié)構(gòu)剛度稍大于老橋，新橋在荷載作用下變形小于老橋，可以有效改善老橋結(jié)構(gòu)受力，反之將給老橋增加附加荷載(對于公路常用的預(yù)制結(jié)構(gòu)，包括空心板、T梁和小箱梁，規(guī)范更新后新橋的結(jié)構(gòu)剛度均大于老橋)。

下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)宜采用樁基礎(chǔ)，同時(shí)適當(dāng)增加樁長，減小基礎(chǔ)沉降，宜采用嵌巖樁設(shè)計(jì)，當(dāng)需采用摩擦樁設(shè)計(jì)時(shí)，持力層宜為強(qiáng)風(fēng)化或全風(fēng)化巖，不宜設(shè)置在黏土層；一般要求擴(kuò)建橋樁基沉渣厚度不大于5 cm(嵌巖樁為3 cm，摩擦樁為5 cm)。

拼寬橋橋臺(tái)結(jié)構(gòu)形式選取應(yīng)從經(jīng)濟(jì)性和安全性考慮，宜減小土方開挖量，并結(jié)合原橋臺(tái)結(jié)構(gòu)形式確定，適用于改擴(kuò)建的橋臺(tái)結(jié)構(gòu)形式有柱式臺(tái)、薄壁臺(tái)和座板臺(tái)，填土高度不大于5 m時(shí)采用柱式臺(tái)和薄壁臺(tái)，填土高度5 m

5 工程案例

邵永高速蛇灣中橋拼寬橋位于邵陽縣白倉至新寧縣清江橋高速公路第1標(biāo)段蛇灣互通內(nèi)，老橋于2009年竣工，按老規(guī)范設(shè)計(jì)施工，橋跨布置為3×16 m，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板，橋臺(tái)處填土高度9.2 m，下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)采用肋板式橋臺(tái)、擴(kuò)大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層為弱風(fēng)化灰?guī)r，橋墩為柱式墩、樁基礎(chǔ)，橋面總寬26 m。橋位處地質(zhì)情況較為簡單，覆蓋層較薄，持力層為弱風(fēng)化灰?guī)r，無溶洞，老橋橋型立面圖見圖1。

為滿足交通需求，采用左側(cè)拼寬4.25 m，拼寬后的橋面寬度為30.25 m?；诶谄唇雍蛣偠纫恢碌脑瓌t，擴(kuò)建橋上部結(jié)構(gòu)采用與老橋同等跨徑的空心板(空心板高85 cm，板寬1.25 m，設(shè)三塊板因?yàn)樾吕蠘蚝奢d標(biāo)準(zhǔn)不同，新橋空心板剛度較老橋大)。老橋橋臺(tái)填土高度較大(>5 m)，為減小拼寬橋臺(tái)開挖對老橋錐坡的影響、減小施工難度與工程造價(jià)，新橋橋臺(tái)采用座板臺(tái)；為減小新老橋之間的不均勻沉降，橋臺(tái)采用樁基礎(chǔ)，按嵌巖樁進(jìn)行設(shè)計(jì)(本項(xiàng)目基巖埋深較淺)；橋墩采用柱式墩、樁基礎(chǔ)，拼寬橋橋型圖見圖2，圖3。

本橋拼寬寬度窄，橋臺(tái)填土高。分析對比后，采用上部結(jié)構(gòu)連接，橋墩分離，橋臺(tái)連接的加寬方式，上部結(jié)構(gòu)常用的連接方式如表1所示。

表1 上部結(jié)構(gòu)拼接方式對比表

本項(xiàng)目采用翼緣連接，上部結(jié)構(gòu)鑿除部分整體化層、邊板懸臂后植筋，用C50補(bǔ)償鋼纖維混凝土將新老空心板整體化層及接縫一并澆筑，大樣圖見圖4。

橋墩獨(dú)立施工；橋臺(tái)鑿除原蓋梁耳墻，在臺(tái)帽及背墻側(cè)面植筋，與加寬部分臺(tái)帽一并濕接；臺(tái)后伸縮裝置鑿除原預(yù)留槽內(nèi)混凝土，焊接加寬型鋼裝置，整體更換橡膠條；臺(tái)后搭板植筋與原搭板連成整體。完成空心板的支座安裝、架設(shè)后，施工橋面現(xiàn)澆層，對外露鋼筋做好防腐處理，橋面現(xiàn)澆層澆筑后靜置6個(gè)月，以消除基礎(chǔ)沉降和減少混凝土收縮徐變的影響。

按原設(shè)計(jì)方案，接縫混凝土在達(dá)到強(qiáng)度之前采用半幅通車，但是邵永高速交通流量較大，半幅通車將會(huì)降低通行能力，加大堵車和引發(fā)交通事故的概率，業(yè)主要求保證雙向四車道通行。鑒于保通要求的情況下，參照滬杭甬拓寬工程的成功經(jīng)驗(yàn)，采用Ⅰ22的工字鋼夾具，新老梁板的拼接位置形成體外剛性連接，活載通過該剛性連接傳遞，使體內(nèi)的濕接縫混凝土在澆筑過程中變形連續(xù)，保證混凝土的施工質(zhì)量，具體做法見圖5，圖6。

6 結(jié)語

本文較為詳細(xì)的分析和總結(jié)了改擴(kuò)建項(xiàng)目橋梁拼寬的特點(diǎn)及難點(diǎn)，歸納了目前工程實(shí)踐中常用的橋梁上下部結(jié)構(gòu)拼接方案的優(yōu)缺點(diǎn)和結(jié)構(gòu)形式選取的原則，以白新高速××空心板橋拼寬為載體，詳細(xì)的介紹了拼寬橋梁設(shè)計(jì)思路及原則在工程實(shí)例中的應(yīng)用，并針對施工期間的保通提供一個(gè)解決方案,為類似工程提供了借鑒和參考。