乌赛高速20 m空心板旧桥加固方案比选

2018-02-14刘德品

建材世界 2018年6期

刘唐，刘德品

(湖北交通职业技术学院公路与轨道学院,武汉 430079)

新疆G30乌苏至赛里木湖一级改高速项目采用双向四车道高速公路，途经新疆塔城、博州两个地州，路线全长300km，其中新建40km，利用原奎赛一级公路升级改建260km，需要加宽、加长梁桥62座，加固梁桥156座，其中包括8座20m空心板简支梁桥。

1 工可阶段确定的改造利用基本原则

1.1 旧桥荷载与状况

乌赛高速改建段20 m预应力空心板旧桥于2001年建成，采用原交通部通用图纸施工，系主梁简支、桥面连续，荷载标准为汽-超20、挂车-120。路段穿越北疆戈壁、盐碱地区，受气候寒冷、冬季撒盐除雪等原因影响，旧桥技术状况评定一般在二类，部分处于三类[1]。

1.2 旧桥利用的基本原则

针对旧桥利用较多的实际情况，在工程可行性研究阶段，确定了加固利用的原则。

1.2.1 以提高耐久性为目的

桥梁加固以恢复使用功能、提高承载能力、增强安全性和耐久性为目的，针对桥梁病害产生的不同原因对桥梁的主要承载构件进行加固设计。

1.2.2 需进行承载能力检验

沿线拟加固桥梁需经过技术状况评定及承载能力检验，确认经过加固能满足结构安全或正常使用要求，加固方法应根据评定结论和使用要求确定。

1.2.3 需进行必要的计算

桥梁加固设计前，应按照《公路桥梁加固设计规范》(JTG/TJ22—2008)中的加固基本原则与设计程序进行验算、设计。桥梁加固前须根据原桥设计图及现场检测结果，按照原荷载等级对桥梁承载力进行检算;加固计算则根据所确定的荷载等级，除对加固后的桥梁承载力及稳定性进行计算外，还需验算加固施工中桥梁的强度、刚度及稳定性，保证加固后的桥梁在施工、运管过程中的安全。

1.2.4 需考虑施工难度

桥梁加固应选择构造合理、技术可靠、施工难度小、工艺成熟、质量及工期易控制的加固方案。

结合以上原则，根据加固桥梁评定、检验资料，确定合理的桥梁加固方案，并按照规范要求，对桥梁加固各个阶段进行验算。同时，设计单位还需根据加固方案进行造价比较，并提出具体的施工方法、流程、工艺，确保加固桥梁结构的安全[2,3]。

1.3 工可阶段的利用方案

乌赛一级改高速工可阶段，对于20 m空心板简支桥梁主要采取裂缝封堵、沥青铺装洗刨等措施予以维修后直接利用。

2 初步设计阶段20 m空心板旧桥改造方案

2.1 初步设计评审阶段的意见

在初步设计评审中，部分专家提出，老标准汽车—超20、挂车-120施工的20 m空心板梁，部分技术指标不能达到公路Ⅰ级标准，提出凿除原桥面10 cm现浇混凝土层后，重新浇筑14 cm现浇混凝土铺装，并增设φ14双层钢筋网以提高桥梁承载力[4]。

该方案涉及到改建段的8座大中桥梁，其中两座为跨越铁路桥梁，三座位于分离式路基的长大下坡路段。

2.2 加高桥面施工方案面临的困难

从施工角度来看，如采取加高桥面方式以提高承载力有如下问题：

2.2.1 施工难度大

凿除原有桥梁的钢筋混凝土现浇层，不能使用大型机械作业，否则对于原梁体极易造成损害，只能通过人工用风镐敲除，但施工效率低，封闭交通时间长，影响当地出行。

2.2.2 可能破坏原有梁体

原标准图20 m空心板顶板设计厚度为10 cm，施工中往往存在芯模上浮问题，造成顶板厚度不足的事实，从国内其它地方旧桥调查来看，个别桥梁空心板顶板厚度低于5 cm。凿除现浇层过程中，一旦控制不严，势必造成空心板顶板破坏，导致空心板修复困难，造成难以逆转的结构性损伤。

2.2.3 凿除原有现浇层后，新浇筑现浇层与空心板之间存在连接困难的情况

凿除原有现浇层过程中，对于空心板顶部预制阶段原预留的伸入现浇层的搭接钢筋，不可避免地会造成损坏，影响现浇层与预制主梁之间的连接。

2.2.4 协调困难

高速公路建设中，凡是涉及铁路跨线桥的问题，一般需要由铁路部门设计、铁路部门施工，在铁路信号控制、时间安排上存在协调上的层层障碍，影响该方案的实施。

2.2.5 安全风险高

以四台1号大桥为例，该桥处于分离式路基长大纵坡范围，属于交通事故高发地带。SK510+500～SK542+500上坡路段共计约32 km，平均纵坡约4%，最大纵坡5.95%。XK510+500～XK549+925下坡路段共计约9.4 km，平均纵坡约3.3%，最大纵坡5.041%。

如采取凿除现浇层加高主梁施工方案，下行车辆改走上行线，纵坡加大，而且上行线没有避险车道，一旦下行车辆出现刹车失灵的故障，将造成重大交通事故。

2.2.6 工期难以保证

由于必须维持交通，只能采取半幅施工。以第一合同段为例，共计需要拆除35 000 m2桥面，按照常规的工作效率(见久久信息网:http:// www.99inf.com/ jianzhu/ dlql/ 503671.html)计算， 5座桥同时开工，半幅凿除需要94个工作日；桥面浇筑、混凝土养生约60个工作日，半幅施工实际需要154个工作日，总工期为308 d。

若采用目前较先进的混凝土分裂机作业，每台机器日均拆除量可达50 m2左右，5座桥梁同时开工，半幅施工全部改造完毕需要260个工作日。前提是施工单位必须投入5台混凝土分裂机。

原计划工期7个月，无论是人工凿除还是分裂机作业，均难以实现预期目标。

2.2.7 凿除费用高

如采用人工凿除，每个工日按照150元计算，第一合同段人工凿除费用为420万元。若同时投入5台混凝土分裂机，机器购置和人工合计约443万元。无论采取哪种方式，必将投入巨大。

3 施工阶段的方案变更

3.1 梁底加固方案的提出

施工阶段，施工方提出采取主梁底面加固以提高承载力，目前国内比较成熟的经验有在板底贴钢板、贴碳纤维等方式[5]，优势如下：

3.1.1 封路时间短，有利于减少交通安全风险。

只在沥青路面洗刨阶段短暂封闭交通，而不需要将下行线车辆引导走上行线，减少安全风险。

3.1.2 对主梁造成损伤相对较小

通过贴钢板或者贴碳纤维的方式，不需要进行凿除施工，不破坏原有桥梁的整体性。

3.1.3 可以加快施工进度

作业相对简单，可以多个作业面同时开工以加快进度。乌赛高速系国家“7918”国高网中重要的一横，交通流量大，社会影响面广。如果长期处于封闭施工状态，会对边贸经济和交通行业带来负面社会影响。

3.2 旧桥荷载试验的结论

经过参建各方的商议，抽取2座相对状况较差的桥梁进行荷载试验，主要确定应力、裂缝、挠度等指标，以便确定旧桥实际承载能力。

荷载试验结果表明，旧桥在试验荷载作用下，所有应变和挠度的实测值均小于理论计算值，结构应变校验系数和结构挠度校验系数均小于1;最大残余变位没有超出规范规定的20%。桥梁基本满足汽-超20荷载的相关要求，可以采取裂缝修补、局部钢板加固等办法，延长结构的耐久性[6]。

4 梁底粘贴与桥面铺装加厚的方案比较

4.1 造价比较

乌赛项目全线20 m空心板加固施工，经计算，梁底粘贴加固相比梁桥桥面铺装加厚方案，节约工程造价约900万元。

4.2 工期比较

除去旧桥检测、方案论证约2个半月，梁底加固比桥面加厚方案实际节约工期100余天。

5 加固方案对参建各方的影响

对比桥面增加铺装厚度和梁底加固的方案，对参建各方的影响如下：

5.1 对于施工方的影响

5.1.1 施工方的风险

变更由施工方提出，必须先做荷载试验，检测费由施工方负担。一旦荷载试验证明梁底加固不能满足现行规范要求，需要维持原设计，即拆除原有桥面铺装后重新加厚施工、补强，则施工单位损失了工期和检测费用。

5.1.2 施工方利益

施工单位初步测算，由于该类型桥梁改建，或者投入大量人工，或者采购新的混凝土破除设备，投资巨大，基本处于亏损边缘，特别是两处跨铁路的20 m空心板桥，桥面是公路边通车边施工，下面铁路需继续营运，如果管理不当，公路或者铁路均有出现重大事故的可能性；尤其是下穿的铁路，存在高空坠落等重大风险隐患。铁路部门的信号、安全设施、维护成本高，施工过程中必须接受铁路部门的监督管理，影响施工效率[7]。