杭金衢高速公路改扩建工程桥梁设计思路探析

徐云涛，余茂峰，叶建龙

(浙江省交通规划设计研究院，杭州　310006)

杭金衢高速公路改扩建工程桥梁设计思路探析

徐云涛，余茂峰，叶建龙

(浙江省交通规划设计研究院，杭州310006)

摘要：简要介绍杭金衢高速公路改扩建工程中桥梁设计概况、主线桥梁拼宽和拆除改造方案，论述改扩建工程中桥梁设计关键问题和所采取的针对性技术措施。

关键词：拼宽；拆除改造；便道；超拼；关键问题；技术措施

1工程概况

1.1项目概况[1-2]

杭金衢高速公路改扩建工程起自杭金衢高速公路与杭甬高速公路交叉处红垦枢纽南K1+900处，沿老杭金衢高速公路路线，经杭州市萧山区、绍兴市、金华市，终于金华市婺城区杭金衢高速公路金华互通式立交，路线终点桩号K152+700，路线全长150.80 km。全线新建和拼宽桥梁共有67座，总长度5 633.69 m，其中特大、大桥有6座，长3 067.65 m；中小桥有61座，长2 566.04 m。互通式立交有19 处，拼宽、新增、改建分离式立交桥梁66处。

本改扩建项目按JTG B01—2003《公路工程设计标准》高速公路双向8车道标准设计，设计速度120 km/h，整体式路基标准宽度42.0 m，桥梁标准横断面宽度41.5 m。

1.2桥梁设计原则

杭金衢高速公路改扩建工程桥梁设计遵循以下原则。

1) 安全、耐久、适用、环保、经济、美观和技术先进。

2) 统筹兼顾，即对桥梁的历史、现状、未来的状况以及施工、运营管理等进行全面考虑。

3) 结构同型，即新建桥梁的结构型式和既有桥梁尽可能保持一致。

4) 易于拼接，有利质量，即拼接部位的设计应易于施工，满足施工必须的浇筑、振捣、养护要求。

1.3桥梁荷载标准[3-6]

原杭金衢高速公路桥涵设计荷载为“汽-超20”，验算荷载为“挂-120”，本项目设计时高速公路桥涵荷载标准为“公路- I级”。根据本项目具体情况，桥涵荷载标准最终确定为“老桥老标准，新桥新标准”，具体按以下原则执行。

1) 对原桥涵进行评价，采用老荷载标准。

2) 拼宽桥梁拼宽新建部分采用新荷载标准，且满足新标准承载能力极限状态和正常使用极限状态各项要求；老桥部分按拼宽后整体断面采用新荷载标准进行验算，其承载能力极限状态应满足新标准要求。

3) 整体新建桥涵采用新荷载标准。

4) 桥涵拼宽设计中，对原桥涵、拼宽新建部分和拼接部位均按拼宽后的整体断面进行结构分析和验算。

2主线桥梁拼宽方式[1]

2.1老桥结构形式

杭金衢高速公路老桥结构形式比较单一，以简支桥面连续的预制空心板梁为主。跨径6～10 m的桥梁上部结构采用普通钢筋混凝土空心板梁，跨径13～30 m的桥梁上部结构采用后张预应力混凝土空心板梁，跨径40～50 m的桥梁上部结构采用后张预应力混凝土T梁。老桥下部结构1孔通道桥采用薄壁桥台或U台；多孔桥桥墩为桩柱式，桥台为柱式台、肋台或U台。

2.2主线桥梁拼宽方式

对于原整体4车道路段，其桥梁两侧各拼宽6.75 m；原整体6车道路段，其桥梁两侧各拼宽3.5 m。桥梁拼宽断面如图1所示。

图1　桥梁拼宽断面布置示意

1) 上部结构拼宽方式。

从国内已实施的拓宽工程看，新老梁板间的拼接技术可概括为3类，即纵缝连接、铰缝连接和湿接头刚性连接。 从结构整体性、可靠性和耐久性等方面综合考虑，本项目采用湿接头刚性连接。

2) 下部结构拼宽方式。

单侧拼宽6.75 m时，拼宽桥下部采用双柱式结构，对于无通航要求的桥梁而言，新老桥下部构造不连接；对于有通航要求的桥梁，新老桥水中墩柱则采用系梁连接，以提高桥墩整体抗撞能力。单侧拼宽3.5 m时，拼宽桥下部采用独柱式结构，且为提高下部结构的稳定性，新老桥下部结构通过型钢或锚筋进行连接。

3主线桥梁拆除改造方案

杭金衢高速公路纵贯浙江省中西部腹地，连接中西部地区的主要市县和交通枢纽。随着沿线地方经济的发展，对地方交通、航道也提出了更高需求，但很多地方交通、航道却受到杭金衢高速公路的制约。因此，在本次改扩建过程中，结合地方交通、航道发展规划的需要，对相关桥梁进行了拆除改造。杭金衢高速公路拆除改造的老桥见表1。

表1　杭金衢高速公路老桥拆除改造一览

杭金衢高速公路改扩建区域内并无十分理想的分流道路，若不能实施4车道通行，则施工期的服务水平将难以接受。因此，杭金衢高速公路改扩建总体方案拟定时均将“保证4车道”通行作为前提和基础，主线桥梁的拆除改造方案也围绕该目标进行不同的技术方案和交通组织方案论证。

3.1双侧(单侧)便道方案

双侧便道方案具体实施步骤为：在老路两侧先建10 m宽临时营运便道以将老路车辆引至两侧便道，维持双向4车道限速通行；然后拆除老桥并挖除老路路基，新建8车道桥梁和路基，将便道上车辆引至新建双向8车道路幅上通行；最后拆除临时营运便道、便桥。双侧便道方案施工期交通组织如图2所示。

单侧便道方案具体实施步骤为：在老路左侧(右侧)先建10 m宽临时营运便道以将老路左幅(右幅)车辆引至便道，维持左幅(右幅)单向2车道限速通行；然后拆除左幅(右幅)老桥并挖除老路路基，新建4车道桥梁和路基，将老路右幅(左幅)车辆引至新建的左幅(右幅)4车道路幅上借道限速通行；待右幅(左幅)桥梁和路基建好后，再将借道车辆均引至新建双向8车道路幅上通行；最后拆除临时营运便道、便桥。单侧便道方案施工期交通组织如图3所示。

便道设计速度需根据地形条件、老路结构物设置情况、老路交通流量等诸多因素综合考虑，一般采用60或80 km/h，且路基宽度为10 m(桥梁宽度为9.5 m)。便道横断面布置为：0.75 m土路肩+0.5 m左侧路缘带+2×3.75 m行车道+0.5 m右侧路缘带+0.75 m土路肩。便道与改建后的桥梁边线距离应满足桥梁施工和便道安全营运的要求，同时便道应预留施工车辆的进出通道，并综合考虑梁板运输和架设要求。

3.2双侧(单侧)超拼方案

双侧(单侧)超拼方案是：按照主线改建的平纵面设计，在老路外侧先建2×9.5 m宽桥梁，新建桥梁与老路边线间距25～50cm(具体间距应根据梁板布置、新建桥梁施工与老路正常营运安全距离要求等因素综合确定)，并将车辆引至外侧新建桥梁，维持双向4车道限速通行；然后拆除老桥，挖除老路路基，按照主线改建平纵施工老路范围内的内侧桥梁；最后施工内外侧桥间预留的湿接缝，使内外侧桥梁形成整体式断面，并按双向8车道运营。由于该方案最终需通过现浇湿接头将内外侧桥梁连成整体，所以一般较适用于预制梁板结构或现浇梁板结构，而对于拱桥、缆索结构桥梁基本不适用。超拼方案桥梁断面布置如图4所示。

图2　双侧临时便道方案施工期交通组织示意

图3　单侧临时便道方案施工期交通组织示意

图4　超拼方案桥梁断面布置

车辆在外侧超拼桥梁上通行时，限速60或80 km/h。桥梁断面布置为：0.5 m防撞护栏+0.5 m左侧路缘带+2×3.75 m行车道+0.5 m右侧路缘带+0.5 m防撞护栏。该方案单侧较正常断面桥梁需超拼约3.25 m。

3.3方案比选

本文以戴进路分离式立交为例，对便道方案和超拼方案进行综合比较。戴进路为规划329国道的一部分，与杭金衢高速公路相交于K26+739.5处，该处高速公路为路基，填土高度约3.3 m。经反复分析、比较，最终确定戴进路下穿杭金衢高速公路。为避免将来329国道实施时对杭金衢高速公路进行2次开挖，杭金衢高速公路拓宽工程下穿工程提前实施，并将该处路基开挖改为桥梁。

3.3.1方案1：两侧便道方案

方案1：桥梁配跨为4×25 m，桥梁宽度为2×20.25 m。上部结构采用25 m先简支后连续小箱梁；下部结构桥墩采用柱式墩台，桩基础。

本方案施工步骤为：在老路路基外侧先建2×10 m宽便道(便道与老路路基间距约15 m)并将车辆引至外侧新建便道，双向4车道限速通行；然后挖除老路路基，新建桥梁；最后拆除便道，将车辆再引至高速公路，双向8车道通行。方案1桥梁断面如图5所示。

3.3.2方案2：两侧超拼方案

方案2：上部结构也采用25 m先简支后连续小箱梁，下部结构桥墩采用柱式墩台，桩基础。方案2桥梁宽度为2×23.5 m，单侧较正常断面超拼3.25 m。

本方案施工步骤为：在老路路基外侧先建2×9.5 m宽桥梁(新建桥梁与老路路基间距50 cm)，将车辆引至外侧新建桥梁，双向4车道限速通行；然后挖除老路路基，并施工老路路基范围内的内侧桥梁，且内侧桥桥宽与老路路基同宽，为2×14 m；最后施工内外侧桥间50 cm的湿接缝，形成宽度为2×23.5 m的桥梁，双向8车道通行。方案2桥梁断面如图6所示。

上述2个方案的综合比较见表2。

图5　方案1桥梁横断面示意

图6　方案2桥梁横断面示意

4改扩建工程中桥梁设计关键问题和所采取的针对性技术措施

4.1桥梁检测与评价

改扩建工程既有桥涵检测在常规检测基础上应有所侧重，并增加部分检测项目。检测上部结构时，要重点检查边板的状况，且对横向联系、水中桩基状况进行检测，以便为上部结构和下部结构拼宽形式的选取提供依据。此外，还需调查铺装层厚度、现状、修复状况，并对敷设在桥梁上且对拼宽有直接影响的设施等进行量测。

另外，需进行结构检算、承载能力试验等，以提供老桥拼宽评估建议。评估内容包括：1) 对拼宽后原桥承载能力进行评估，并对梁板是否可以利用提出建议；2) 对拼宽后可能对老桥的不利影响进行评估，包括新建梁板收缩徐变对老桥附加内力的不利影响、新建下部结构沉降对老桥的不利影响。

4.2老桥病害处治

为提高老桥的结构性能和耐久性，确保新老桥能够整体协调受力，新老桥拼接前，应对老桥病害进行处治。《中小跨径桥梁典型病害防治手册》[6]对过去应用十分广泛的预制结构的典型病害进行了详细调研和分析研究，为老桥的维修加固提供了较好的参考。《中小跨径桥梁典型病害防治手册》指出，空心板梁主要病害为预应力混凝土空心板板底纵向裂缝、钢筋混凝土空心板板底横向裂缝、台帽盖梁竖向裂缝、立柱环向裂缝、桩基偏位、支座老化开裂剪切变形、桥面破损开裂等。通常，对于非结构性裂缝要进行封闭处理，对结构性裂缝应采取加固措施，如粘贴碳纤维布、粘贴钢板、增大截面、施加体外预应力等。

4.3拼接部质量控制[7-8]

桥梁拼接部易出现裂缝等一些质量问题，影响结构的耐久性，严重的还会使新老梁板连接失效，形成单板受力，引起更多其它病害。

本文对桥梁拼接部易出现质量问题的原因进行了分析，并针对各种问题提出了如下针对性技术措施。

表2　2个方案综合比较

1) 现浇混凝土未形成强度前，会受到车辆通行震动的影响。因此，应要求施工单位加强施工工艺研究，加强混凝土振捣、养护工作，保证混凝土浇筑质量。

2) 新老桥沉降差过大，会产生较大的附加内力。因此，拼宽桥梁桩基础应以沉降差来控制设计，具体措施有：进行连接构造施工前，梁板架设后应至少放置5～6个月，并在拼宽梁板上放置重物；桩基选择合适的持力层，并适当加大桩长；对于软弱地基土层较厚、持力层较好的地基，桩基计算应考虑路基填土荷载或地下水位下降等因素所引起的负摩阻力影响；桥台台后采用轻质填料等。

3) 混凝土收缩徐变和温度效应会引起较大的附加内力。为此，针对用作湿接缝的混凝土，应要求施工单位优化配合比设计，并选择合适的水泥和胶凝材料，以控制混凝土的塌落度。另外，可采用微膨胀混凝土，并掺入纤维材料。

4) 拼接部空间狭小，不利于施工。拼接部湿接头宽度应不小于30 cm，以方便钢筋连接、混凝土振捣和养护等。

5) 施工队伍缺少经验，专业性不强。拼接部位要大量应用植筋、锚筋、粘贴钢板等加固技术，而施工质量的好坏直接影响结构的承载能力和耐久性能，因此应从材料、施工工艺、试验检测等多方面严格控制，并由专业化施工队伍施工。

6) 其它病害引起拼接部受力增大。梁板支座脱空、铰缝破损失效等病害会造成拼接处受力增大，故须对老桥进行详细的检测和评价，对重点病害进行维修加固处理。

新老桥梁拼接部受力相对复杂，其受到材料配合比、施工方案、设计富余度、后期营运管理等多个因素影响，故也有必要进行一些理论和试验模型研究，以探究行车动挠度对接缝混凝土浇筑质量的影响，并验证和分析分层浇筑、施加钢骨体系措施对接缝可靠连接的有效性，拼宽后梁板传力可靠性和承载性能。

5结束语

本文简要介绍了杭金衢高速公路改扩建工程主线桥梁拼宽设计的总体思路，包括项目概况、桥梁拼宽、拆除改造方案等，对拼宽桥梁的关键问题进行了总结，并针对新老桥梁拼接部易出现质量问题的原因进行了分析，提出了相关技术措施，为同类改扩建工程的桥梁设计和施工提供参考。

参 考 文 献

[1]浙江省交通规划设计研究院.浙江省杭州(红垦)至金华高速公路改扩建两阶段施工图设计文件[Z].杭州：浙江省交通规划设计研究院，2013.

[2]交通运输部公路局，中交第一公路勘察设计研究院有限公司.JTG B01—2014公路工程技术标准[S].北京：人民交通出版社，2014.

[3]交通部公路规划设计院.JTJ 021—89公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，1989.

[4]中交公路规划设计院有限公司.JTG D60—2004公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[5]浙江省交通运输厅.JTG/T L11—2014高速公路改扩建设计细则[S].北京：人民交通出版社，2015.

[6]浙江省交通运输厅.中小跨径桥梁典型病害防治手册[M].北京：人民交通出版社，2011.

[7]李群，叶建龙，余茂峰. 沪杭甬高速公路拓宽工程通车状态下新老桥梁的拼接工艺[J].公路交通技术，2011(4)：74-78.

[8]王学军，杜进生，吴沛林.高速公路桥梁拓宽中几个问题的讨论[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

作者简介：徐云涛(1963-)，男，浙江省武义县人，硕士，高工。

文章编号：1009-6477(2016)03-0078-06中图分类号：U442.5

文献标识码：B