城市高架桥扩建纵向衔接设计

张　磊

(中国市政工程中南设计研究总院有限公司，江苏　苏州　215000)



城市高架桥扩建纵向衔接设计

张磊

(中国市政工程中南设计研究总院有限公司，江苏苏州215000)

在实际工程中，将已建成桥梁扩建继续延伸的情况越来越多。新建桥梁与已建桥梁的衔接是工程设计的关键节点。文章结合苏州市东环快速路南延工程，对现有高架桥梁扩建延伸的衔接方案进行分析论证，得到了合理的衔接方案，并提出了相应的设计要点，可为类似项目提供参考。

高架桥；扩建；纵向衔接；设计

0　引言

随着经济的发展，城市面积不断扩大，一些城市高架桥面临延伸扩建的需要。苏州市东环快速路为苏州内环线南北向高架快速路，高架桥与南环交叉后向南延伸约800 m后开始落地，接入吴东路地面道路，工程于2008年投入使用。根据城市发展需要，吴东路进行快速化改造，采用高架桥梁方式，将东环快速路向南延伸。

将已经落地的高架桥延伸，可以从落地处向前再重新起坡设桥，也可以将落地段桥梁拆除若干联达到合适净空与既有桥梁直接相接。前者会形成一段地面道路，这种情况在苏州地区已建高架桥中有多处先例，在正常通行流量时，造成交通流瓶颈，在高峰时段，堵车非常明显；后者虽然在经济上有一定浪费，从长远看交通流顺畅，符合快速路发展目的。因此决定选择拆除方案进行扩建。

1　桥梁现状

东环快速路在东南环立交与南环快速路交叉后，继续以高架桥的形式向南延伸，在K1+250处(A35墩)跨越东兴路后，开始降坡。以(3×25)m和(4×25)m的跨径组合延伸175 m后，采用填方路基形式，于K1+550处接入地面道路。跨越东兴路采用(30+30+30)m等高预应力连续梁，梁高1.8 m，宽32～35.53 m，单幅布置。桥墩布置于东兴路道路中心处，桥下净空约6 m。

根据规划需要，高架快速路跨东兴路采用一跨跨越。结合现状高架桥梁桥下净空情况，通过经济分析，决定以东新路为界，拆除265 m既有桥梁，分界墩号为A35墩。分界点如图1所示。A35墩为三柱墩，墩身均为矩形断面；基础为群桩基础，中墩6根基桩，两阶承台，两侧边墩各4根基桩，一阶承台，桩径1.2 m，桩长均为53 m。

分界墩A35(南侧拆除)

A35墩北侧(保留)

2　衔接方案的选择

2.1新建桥梁布置

东兴路位于东环路东侧，与东环路T型相交，斜交角72°，路宽38.5 m。考虑交叉口布置需要，结合避让已拆除桥梁的桩基，采用(34.5+60+35)m布跨，与A35墩相邻孔跨径为34.5 m。上部结构类型为变截面预应力混凝土箱梁，跨中梁高2.5 m，中支点梁高3.6 m；桥梁宽度38 m，单幅布置。新建桥墩采用柱式墩，裙桩基础。

2.2衔接组合受力分析

新建桥梁与既有桥梁的衔接，根据A35墩的利用与否，主要有两个方案：(1)利用A35墩作为新建桥梁的支撑，新旧桥梁直接衔接；(2)在A35墩延伸方向12.5 m处新建桥墩作为桥梁支撑，相当于跨径调整为(12.5+22+60+35)m，新旧桥梁在A35墩处顺接。

A35墩北侧相邻联为(3×21)m预应力混凝土连续梁，桥宽19 m，双幅布置。根据收集到的竣工资料，分别对A35墩原桥和新建桥梁进行受力分析，计算结果如表1所示。从结果中可以发现，新建联和拆除联中墩的恒载和活载支反力比较接近，前者的恒载支反力略大于后者。比较两个边墩的恒载和活载支反力，新建联均小于拆除联，即两个边墩满足新建联的承载要求。

表1　上部结构支反力值表(kN)

对桥墩墩身和桩基础承载力进一步计算分析，发现在新建桥的荷载下，桥墩墩身承载力和裂缝均能满足新建桥梁使用要求。原基桩设计承载力复核为4 352 kN，新建桥梁后最大桩顶力为4 490 kN，原基桩设计承载力比新建桥梁桩顶力小(见表2)。

表2　A35墩桩顶力值表(kN)

2.3衔接方案确立

通过上面的计算分析，除A35墩中墩桩基承载力不满足新建桥梁要求，两侧桥墩可以直接利用。若采用新建桥墩方案，将造成上部结构比例欠佳，悬臂端需要配重的结果，影响使用效果，并且相邻较近的两个桥墩在外观上也不美观，同时新建桥墩耗资较大。综合比较分析，选择将新建桥梁直接支承于A35墩上。

直接利用A35墩方案的关键在于要对其进行加固。在现在的工程条件下，加固利用技术已经非常成熟完善，施工质量能够保证(见表3)。

表3　方案对比表

3　关键节点设计

A35墩主要有两方面需要加固：(1)增加桩基数量，提高桩基承载力并留有一定的安全储备；(2)是对墩身断面进行加强，作为安全储备。加固原则是尽量减少对过渡墩的影响。

3.1基础加固设计

根据计算分析，A35墩中墩增加两根桩基，边墩增加一根桩基，桩径和桩长与原桩基一致。因桥相邻联桥下净空约6 m，无法进行钻孔灌注桩施工，因此，仅在新建桥梁一侧增加基桩。

增加桩基的关键是将承台加长，并保证新旧承台连接可靠，共同受力[1]。将原承台顺桥向加长，厚度与原承台相同，并在加长后的承台顶再整体加厚1 m，与二阶承台顶面同高。接长承台通过植筋与原承台连接。在原承台接触面一周进行植筋，作为新旧承台连接受力主要钢筋。植筋布置于主筋内侧并与主筋间距≥40 mm。植筋采用φ25热轧带肋钢筋，间距为200mm。单根植筋锚固承载按照公式(1)计算：

(1)

fy——植筋钢筋的抗拉强度设计值；

As——钢筋截面积。

植筋锚固深度按照公式(2)、(3)计算：

ld≥ψNψaels

(2)

ls=0.2αsptdfy//fbd

(3)

式中：ld——植筋锚固深度设计值；

ψN——考虑各种因素对植筋受拉承载力影响而需加大锚固深度修正系数；

ψae——考虑植筋位移延性要求的修正系数；

ls——植筋基本锚固深度；

αspt——为防止混凝土劈裂应用的计算系数；

d——植筋公称直径；

fbd——植筋用的胶黏剂的黏结强度设计值。

通过计算得出，单根植筋锚固的承载力设计值应≥162 kN。植筋锚固深度设计值≥600 mm。锚固胶采用专用改性环氧胶黏剂、改性乙烯基酯胶黏剂或改性氨基甲酸酯胶黏剂，等级为A级胶。接长承台主筋与植筋采用绑扎搭接，不允许焊接。

为增加新旧混凝土之间的连结，将原承台所有接触面上混凝土凿除，并露出原钢筋。混凝土接触面上涂刷界面剂。在接触面内植短钢筋。植筋采用φ25热轧带肋钢筋，双向间距300mm。所有植筋均不得破坏原钢筋。新建结构混凝土强度等级均比原结构提高一个等级[2]。

沿接长承台的接触面，竖向布置两排φ20热轧带肋钢筋提高抗剪能力，横向间距300mm，见下页图2。

3.2墩身加固设计

墩身加固采用在墩身周围包裹一层厚度为250mm的混凝土，即可将墩身截面扩大。包裹混凝土内的竖向钢筋采用植筋方式与承台连接，植筋要求与承台植筋要求相同。竖向钢筋采用φ25热轧带肋钢筋，间距200mm。

图2　承台和立柱加固示意(倾向)

①接触面一周植筋②接触面面内植筋③沿接触而竖向布置两排钢筋④墩身竖向植筋⑤墩身接触面植筋

将原有墩柱表面进行凿毛处理，并将转角处混凝土凿除，形成135°角。箍筋除矩形闭合箍筋，另外配置辅助箍筋，辅助箍筋采用多边形。箍筋布置如图3所示。

图3　墩柱箍筋布置图

在原来立柱表面植入φ20热轧带肋L型短钢筋，双向间距300 mm。L型短钢筋末端与箍筋连接。

3.3地基处理

为防止新旧基础的沉降差异，利用两根新建桩基对地基进行后压浆处理，提高土体的抗变形能力，减小不均匀沉降[3]。

桩基后压浆是一项对已有工程桩补强的措施。工程上，由于持力层不够、沉渣等原因，基桩的单桩极限承载力不能满足设计要求或地基为了控制沉降，则必须对该基桩采取必要的措施，使其承载力能满足设计要求。通过埋管把配置好的水泥砂浆用一定压力强行注入桩端土层或者桩周土体，以提高土层承载力及桩与土之间的摩阻力，达到提高桩极限承载力的目的。以压浆泵将配制好的水泥浆增压压入桩身内管，通过桩底或桩侧注浆阀注入周围介质。灌注桩后压浆是借助于事先安设于桩身内的构件进行压浆以达到加固目的，或者通过桩端与地基间的界面或沉渣进行压浆以使桩身有效地将荷载传递到持力层上，或者通过对地基“后灌浆”以达到桩基加固目的。

苏州地处中国东部，属于软土地区，项目区土质以黏土、粉质黏土为主，含水量较高。通过现场试验并对原参数进行修正，最终确定，注浆用水泥浆水灰比为0.55，压浆速度55 L/min，撞断压浆终止压力为2 MPa，总浆量为4 m3。

3.4牛腿处理

新建桥梁梁高2.5 m，原桥梁高为1.8 m，A35墩两侧梁高不一样，因此，新建联端横梁在三根墩柱处，采用牛腿构造，将横梁支撑在A35墩墩柱上。牛腿处横梁高度1.8 m。在墩柱范围外，端横梁高度依然为2.5 m。

4　结语

这一节点衔接已经顺利施工结束并投入运营，效果良好。对于高架桥梁扩建纵向延伸的情况，采用加固后进行利用的方案具有很大的优势。虽然会对原有结构带来一定的影响，但是在当前桥梁加固技术成熟、可靠的条件下，不失为一种兼顾安全、经济和美观的选择。通过对新旧结构的计算分析，提出可靠的设计方案，结合精细施工，能够得到良好的使用效果。

[1]GB 50367-2013，混凝土结构加固设计规范[S].

[2]JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3]JTG/T J22-2008，公路桥梁加固设计规范[S].

Longitudinal Convergence Design of Urban Viaduct Expansion

ZHANG Lei

(Central and Southern China Municipal Engineering Design & Research Institute Co.，Ltd.，Suzhou，Jiangsu，215000)

In actual engineering，more and more expansion and extension projects of existing bridges can be seen.The convergence between new bridges and existing bridges is the key node of engineer-ing design.Combined with south extension engineering of East Ring Expressway in Suzhou City，this article analyzed and demonstrated the convergence plan for the expansion and extension construction of existing viaduct bridges，obtained the reasonable convergence program，and proposed the corre-sponding design key-points，which can provide reference for similar projects.Keywords：Viaduct；Expansion；Longitudinal convergence；Design

U445.6

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.03.017

1673-4874(2016)03-0061-04

2016-03-08

张磊(1982—)，工程师，研究方向：桥梁设计。