高界高速公路改建工程桥梁改造设计要点

2010-04-03胡柳

城市道桥与防洪 2010年2期

胡柳

（安庆市规划设计研究院，安徽安庆246003）

0 前言

高界高速公路于1999年5月建成通车，是安徽省通车较早的高速公路之一。全线为全封闭、全立交、控制出入口的双向4车道水泥混凝土高速公路。起于安徽省怀宁县高河镇，终于皖鄂交界的宿松县界子墩，全长 109.781 km（G50，K569+053～K678+834）。该段是沪渝高速公路的重要路段，是交通部“九五”期间重点建设项目之一，是国道主骨架“两纵、两横”中的“一横”，是安徽省与湖北、江西、四川等地公路运输的主要通道，在国家和安徽省高速公路网中具有极为重要的地位。

随着我国经济的迅猛发展，交通量与日俱增，重车超载情况普遍，通车达8 a的高界高速公路已经开始较为集中地出现一些路、桥面病害，对道路行车的舒适性和安全性产生了严重影响。为进一步提高道路服务水平，改善运输条件和投资环境，项目业主安徽皖通高速公路股份有限公司对高界高速公路改建的时机和方案进行了论证，安徽省交通厅于2006年底批准了该项目，2007年4月高界高速公路改建工程开始进行施工图设计。本文结合高界高速公路桥梁改造方案进行浅析，以供参考。

1 项目技术标准

高界高速公路改建工程路面结构形式采用原水泥混凝土路面经处理后加铺沥青混凝土面层。该项目主要技术标准：改建公路等级为双向4车道高速公路；设计速度为100 km/h；路基宽度维持原设计标准26.5 m（其中，K666+401～K678+834路基宽度为24.5 m）；设计荷载为原设计标准（汽车-超20级，挂车-120），拆除重建桥梁为公路-I级；特大桥设计洪水频率为1/300；路基，大、中、小桥，涵洞设计洪水频率为1/100。

2 全线桥梁概况

高界高速公路全线共设有大桥10座；中桥19座；小桥28座；主线上跨分离立交19座（含1座铁路立交）。主线桥梁上部结构主要为预制空心板梁和预制T梁两种，板梁分为钢筋混凝土板梁（10 m、13 m、16 m跨径）和预应力混凝土板梁（16 m、20 m、25 m跨径），T梁也分为钢筋混凝土T梁（20 m跨径）和预应力混凝土T梁（20 m和30 m跨径）。下部结构均为柱式或重力式桥墩，U型台或柱式台，基础为桩基础或扩大基础。

3 桥梁现状调查及检测

根据《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）及其他现行的有关规范、标准，对全线76座各类桥梁进行质量现状检测。检查桥梁外观，包括上部、下部构造及附属结构是否有开裂、破损、沉降及变形等现象；对桥梁混凝土结构构件的主要尺寸、强度进行检测，查明缺损或潜在病害的性质、所在部位、严重程度及发展趋势。通过检测掌握桥梁实体质量的状况，为桥梁改造设计和施工提供必需的资料和依据。全线桥梁存在的主要问题如下：

（1）桥面铺装均有不同程度的纵横向裂缝、坑槽，部分桥梁修补后仍出现破损现象。

（2）空心板铰缝混凝土浇筑质量差，出现开裂和脱落现象普遍，并伴有渗水现象。

（3）空心板主梁施工质量差，导致梁底出现蜂窝、坑洞、麻面、褶痕等现象，部分桥梁因钢筋保护层不足或厚度不均而引起梁板混凝土保护层剥落，钢筋外露而锈蚀。

（4）多数桥梁伸缩缝老化、变形、堵塞，出现纵横向裂缝，并且大部分伸缩缝已多次修补或更换过。

（5）多数桥梁梁底或墩、台帽顶未处理平整，而出现支座悬空或部分悬空现象，部分桥梁支座出现老化，变形等现象。

4 桥梁改造设计要点

4.1 桥面及梁板改造设计

根据检测资料及结构分析，对于因强度普遍不够或破坏特别严重，评定等级为四类的桥梁上部梁板，则上部结构拆除重建。此时桥面加铺层对于中小桥采用10 cm厚沥青混凝土+防水层+10 cm厚C40混凝土；对于大桥采用10 cm厚沥青混凝土+防水层+8 cm厚C40混凝土。该改建工程共有12座桥梁上部结构拆除重建，其中：大桥3座；中桥4座；小桥5座。

根据路面加铺厚度及纵断面设计需要，考虑桥梁上部恒载增加后对结构受力的影响，在桥面设计中，对于结构保持较好的中、小桥梁采用增大断面法进行改造,即凿除原桥面铺装,同时对铰缝进行修补或更换,重新浇筑一定厚度的C40混凝土整体化空心桥面板,经防水处理后加铺10 cm厚沥青混凝土。在原梁板上加铺空心桥面板，不仅可以减小加铺恒载，而且通过植入的钢筋来承接和传导因弯矩而引起的减力，使新旧混凝土形成有机整体，达到增大主梁有效高度和抗压截面的目的，从而提高主要承重结构的抗弯承载能力。该方法桥面加铺厚度与路面加铺厚度一致，不改变原有纵断面线形，行车舒适性较好，且施工方便，节省工程造价。

对于上、下部结构保持较好的大桥一般采用直接加铺的方法。这种方法是在桥梁两端一定范围内调整纵断面线形，在桥面上直接加铺一层高强沥青混凝土面层，以降低桥面加铺厚度。具体方案为：先对原桥面裂缝和破损处进行补强（若桥面铺装损坏严重，则凿除原铺装，重新浇筑C40混凝土桥面铺装），然后进行铣刨做桥面防水层，最后加铺约4 cm厚高强沥青混凝土面层。由于纵坡设计需要，桥面加铺厚度一般为变值，但对于凿除原铺装的桥面改造，为了便于施工和控制，则采用4 cm等厚度的沥青混凝土，余下厚度通过C40混凝土铺装来调平。该种桥面加铺方式简单，加铺厚度也大为减小，因而可以在很大程度上减小桥面恒载，有利于结构受力，但是对沥青混凝土面层质量要求很高，而且为满足纵断面需要，路面加铺厚度需在桥梁两端一定范围内实行过渡，大范围采用该加铺方式对行车舒适性有较大的影响。基于以上优缺点分析，该项目仅对大桥采用该种加铺形式。

另外，少数桥梁梁板在桥面改造加铺后,虽然能满足结构受力要求，但是承载能力富余较小。考虑重载和超载车辆的日益增加,必将对上部梁板产生影响，为改善桥梁的承载能力和使用性能，设计时采用补强的方式在受拉区粘贴碳纤维布或钢板替代配筋来提高下缘拉应力的富余值。在设计中，主要对20 m和25 m跨径的上部空心板进行了加固处理。

4.2 桥梁附属构件改造设计

4.2.1 桥上护栏

跨径总长大于50 m的桥梁，外侧采用混凝土墙式护栏，内侧采用波形梁护栏。对于原大桥上已设的内、外侧混凝土墙式护栏，考虑到能够满足现行规范和防撞等级，桥面改造后对其进行加高处理，再次利用。跨径总长≤50 m的桥梁，内、外侧护栏均采用波形梁护栏。

4.2.2 泄水管

由于全线大多数中、小桥梁均未设泄水管，根据桥梁改造方式，在中、小桥护栏底座新设斜置式UPVC泄水管（直径11 cm）。上部拆除重建的大桥采用新的铸铁泄水管；不拆除上部的大桥保留原有泄水管，并做好桥面排水和防水设施。

4.2.3 伸缩缝

在桥面改造加铺的同时，对桥梁伸缩缝进行更换。改造设计中，大桥伸缩缝采用毛勒式伸缩缝，中、小桥采用波形伸缩缝。

4.2.4 支座

由于部分桥梁支座出现悬空或部分悬空现象，对损坏和脱空的支座予以更换。同时为避免再次发生脱空现象，对原支座垫石以及梁底进行砂浆抹平或用砂轮找平，确保支座水平放置，以防止梁板不均衡受力而造成损伤。

4.2.5 桥头搭板

该改建工程原桥头搭板均有不同程度的破坏和沉陷，桥头跳车现象较为普遍。在改造中，先对原破损桥头搭板进行修复，然后根据路面加铺厚度在原桥头搭板上浇筑一定厚度的钢筋混凝土板，最后加铺10 cm厚沥青混凝土；或者在原破损搭板修复后，直接按路面加铺形式进行改造。

4.3 桥梁下部结构改造设计

桥梁上部结构因桥面加铺而使自重增加，设计时需对下部结构即盖梁、桩长和扩大基础的基底承载力进行验算。计算表明，桩长和扩大基础的基底承载力均满足原设计要求。只是T梁结构的桥墩和桥台盖梁，在桥面加铺后，抗弯和抗剪承载能力基本无富余，故需对T梁结构的盖梁进行抗弯和抗剪承载力的加固。在设计中，采取在盖梁上部两侧面对称粘贴钢板的方法进行加固，利用钢板来承担桥墩负弯矩区的抗弯钢筋以及斜截面抗剪不足的部分，从而达到提高盖梁结构抗弯和抗剪承载能力的目的。