桥梁拼宽设计施工关键技术探讨

2021-03-12

工程技术研究 2021年4期

嘉兴市规划设计研究院有限公司，浙江嘉兴 314000

近年来，我国基建事业迅速崛起，方便了人们的出行，也带动了经济的快速发展，同时也出现了道路通行能力与交通流量不匹配的问题。为满足人们的出行需求，低等级公路开始提高公路等级，提升公路指标，同时对原有公路进行扩建。公路工程中最关键的技术工作是桥梁的扩建与拼宽处理，这是整个改扩建中的重点项目[1]。如何进行合理的技术安排，如何提高地基承载力，如何保证拼宽桥梁的安全性和耐久性，是桥梁拼宽的关键部分。

1 桥梁拼宽原则

桥梁拼宽技术受到的影响因素有很多，主要包括外在环境因素和内部结构变化因素。外部因素主要包括施工期间保证交通顺畅的手段、地质特性和地理环境的变化、气候条件等；内部因素主要有桥梁自身承载能力的变化、构件安全性和耐久性的变化，以及混凝土的收缩徐变等。桥梁在拼宽过程中应保证新旧桥梁的变形能协调一致，最大程度上减少不均匀沉降，使桥梁在运营过程中共同受力。

桥梁在拼宽过程中应遵循如下原则：（1）新旧桥梁在完成拼宽施工后应保证具有足够的稳定性，同时保证整体的协调变形能力满足要求。（2）新旧桥梁应采用统一的荷载等级和设计标准，设计施工前应对原桥的结构进行受力分析及验算，保证原桥具有一定的承载能力[2]。（3）在新桥建设的过程中应保证地基承载力满足结构要求，新桥的基础形式通常以桩基础为主，当基础条件较好时可采用类似原桥的基础形式；当基础条件不好时进行承载能力计算，可进行土质改良或采用较为稳定的基础形式。桥梁基础设计施工的关键问题在于控制基础沉降，避免桥梁出现过大的不均匀沉降，同时保证原桥的基础不受施工的扰动，拼宽后二者协同工作，共同变形。（4）桥梁横隔板主要起到横向连接的作用，使新旧桥梁更稳定工作，其特点是具有较高的强度和刚度，能够承受主梁荷载。同时该结构也有一定的缺点，如刚度强柔性差、协调变形能力不足、在拼接过程中会因出现应力集中而导致结构发生脆性破坏。对此，桥梁拼宽时还可采用边梁形式[3]。

2 工程概况

文章主要对我国某一级公路部分桥梁进行分析。经调查分析可知，该项目的大多数桥梁结构形式如表1所示。

表1 桥梁结构统计结果

该路段是连接两省之间的重要交通纽带，但近年来日益增长的交通流量已达到51003pcu/日，已经超出原有道路的服务水平。桥梁开始出现不同程度的病害，主要特征如下：（1）桥梁左右幅建设工期和建设时间存在差异，跨径和结构形式都不相同，在运营期间交通流量的通过量也不同，导致现有病害复杂不一致；（2）小型桥涵结构不标准，通道净空不一致，梁板出现混凝土脱落、钢筋外露等情况；（3）沿线特大桥、长联桥未设预应力负弯矩束，中支点处受拉开裂，增加了改造难度[4-5]。

2.1 长联桥改造方案

原有桥梁与拼宽桥梁在建造时间上存在差异，导致混凝土的收缩徐变程度不同，两个构造之间存在龄期差，成桥后的拼宽桥的整体结构会在横桥向产生很大的挠曲变形，在设计过程中不可忽视该类问题的存在。文章提出如下两种解决方案。

（1）为解决原桥与拼宽桥之间因混凝土收缩徐变引起的横向挠度，对长联桥横向进行解联，如图1所示。

图1 连续T梁拼宽（单位：cm）

（2）将长联桥的上部结构拆除，主要拆除结构有梁板和帽梁。拆除旧桥上部结构方案的顺序如下：对原有上部结构进行拆除（梁板、帽梁）→新建墩柱、桩基→整体浇筑帽梁→架设上部梁板。该方案的优点是技术难度小、施工简单，消除了长联桥的病害；缺点为施工投入大，造价高，造成的社会影响和环境污染大，与环保施工的原则相违背。

2.2 桥梁拼宽施工

（1）梁板拆除。文章依托项目半幅通车半幅施工，为防止拆除作业时对通行车道产生安全隐患，在中央分隔带位置设置了安全网。桥梁结构的拆除应按下列顺序进行：拆除梁与墩台的抗震结构→拆除护栏→清除湿接缝→拆除腹板和钢筋。

（2）施工测量。桥梁上部结构拼宽是整个过程的重点，影响上部结构位置以及平面高程的因素有铺装层厚度、桥梁的横纵坡度等。在桥梁拼宽前应对原有结构物进行坐标测量和高程测量。桥梁拼宽施工前还应对原桥的墩柱和台身进行复测，精确确定结构位置[6]。新旧桥梁上部结构拼接过程中的难点在于高程控制，施工时高程控制应满足结构受力的需求。

（3）下部结构施工。由于该项目在改造过程中桥梁净空不够或因结构需要需将盖梁拆除，因此要对墩柱进行处理。对下部结构进行改造采用的方法是绳锯切割，局部人工凿除，对焊接钢筋进行盖梁新建。该项目中一般柱高为4～8m，可以破除80cm的混凝土后在此基础上直接接高。在桩号为K122+523段的柱高仅为2m，破除80cm高的混凝土后剩余柱高在1m左右，使用价值很小。对于这种矮墩柱常采用的方式是将墩柱整体拆除。系梁存在严重缺陷的应一起拆除，同墩柱重建。

（4）盖梁加固施工。拼宽部分的T梁截面尺寸比原桥T梁的要大，自重增加较多。拼宽横断面如图2所示，原桥盖梁上有6片T梁。通过计算可知旧桥盖梁两端抗剪强度不足，需要对该处进行加厚补强设计。具体设计方法：清除盖梁5cm的保护层厚度，使其钢筋骨架外露，然后凿除盖梁顶约5cm保护层砼，露出顶面钢筋骨架，接着在墩顶混凝土中植筋，铺设2层钢筋网，同时预埋支座垫石钢板，最后进行混凝土浇筑。支座垫石钢板标高即为盖梁顶标高。将盆式橡胶支座与预埋钢板进行焊接。

图2 拼宽横断面（单位：cm）

（5）沉降控制技术。通过对沉降观测数据进行分析可以看出，桥墩沉降变化无明显规律，沉降量较小，平均值为1.55mm。梁体对桥墩沉降影响不大，一般约增大0.2～0.4mm。梁板施工后依据设计文件进行拼接施工，即完成一期恒载6个月后进行拼接，同时应采取预压措施来降低基础的不均匀沉降。主要措施为对拼宽桥梁的湿接缝和横隔板进行施工，使其与梁板形成整体结构。同时也按该方法对原桥进行施工。为了不影响工期，可以将拼宽桥与原桥间的湿接缝、横隔板以及墩顶端横梁的钢筋进行焊接，而不进行混凝土的浇筑。根据基础沉降的观测数据进行拼宽桥与原桥间的混凝土浇筑，这样可以避免由基础的不均匀沉降带来的开裂。