公路桥梁拓宽改建设计分析

2021-12-04曾海刘丽

运输经理世界 2021年14期

文/曾海、刘丽

1 前言

公路桥梁拓宽改建工程涉及内容较多，且对技术应用标准有着非常高的要求。为了达到改扩建后的安全性、稳定性要求，在项目开展之前施工单位务必要做好拓宽改扩建设计控制工作，保证设计方案指标要求达到改扩建需求。因此，对公路改扩建拓宽设计内容进行研究，探寻行之有效的设计方案尤为重要。

2 桥梁拓宽改建设计要求

在设计前，工作人员需要进入工程现场收集一手资料，并对全线的构造物进行科学分类，分析地质结构影响因素，合理计划设计方案。在检修桥涵构造物改扩建设计时，按照“经济、适用、安全、环保”等原则设计，设计时要尽量保留原始构造物，创新设计方法，保证设计方案具备科学性。设计时，对现有老旧桥梁需要进行一一验算、检测，做好分类，同时确定科学的加固方案，提高桥梁结构基础承载力[1]。针对相关加固设计方案，要考虑结构的可靠性与耐久性；在改建、扩建方案确定上，需要通过BIM 技术对技术的方案以及施工过程进行统筹分析，保证技术方案实施能与交通组织方案具备一致性，按照“不中断交通通行”原则开展设计。在开展桥梁以及桥涵等区域改扩建工程时，需要考虑通行静空区，按照交通规划要求，做好相关组织协调工作。一般而言，在顶升、下挖设计上，可适当提升静空区标准，以减少后续工作开展的难度。

3 基本资料

3.1 工程概况

某二级公路项目的路基顶部宽度尺寸为12m，断面形式如下：1.5m(土路肩)+9m(车行道)+1.5m(土路肩)。水泥混凝土路面结构形式由于宽度比较小，机动车道的运行受到非机动车的严重影响，通行质量比较差，需要及时进行拓宽改造处理，考虑到当地的实际情况，做好多个方面对比和分析，最终选择使用单侧加宽7m 的改造方式，并且使用沥青混凝土路面结构，保证路面通行质量和效果，但是改造后还是按照二级公路标准进行。

3.2 桥梁现状

该公路项目总计分布着8 座桥梁，其中包含单跨、多跨两种形式，上部结构都是预制板梁的形式，梁体结构长度为8m、12m、16m 三种情况。单跨桥梁的桥台主要是重力式扩大基础的结构形式，多跨桥则采用的是墙式墩的形式，桥台为排架的结构形式。

4 技术标准

道路等级：二级公路，设计最高行驶速度80km/h。设计荷载：公路—Ⅱ级；新改建部分的工程设计基准期为100年；该桥梁结构设定为3 级安全标准，重要性参数为0.9。抗震设计：桥梁项目地震加速度为0.05g，抗震设防烈度为6°；环境类别为Ⅰ类(一般环境)。

5 老桥利用的可行性研究

按照整体性的设计方案分析可以发现，该项目最终选择单侧加宽7m 的方式进行改建施工，结合现场的勘察结论和标准，除了有少数的梁板发生严重损坏问题，比如底部裂缝严重、混凝土结构脱落、钢筋腐蚀等问题，其他大部分的梁板都处于良好的运行状态中，没有任何病害问题。本次改造以经济、安全、实用、美观为出发点，首先需要综合分析原有桥梁结构的利用问题。经过现场的全面分析和研究，总结出原桥梁结构有如下方面的问题：通过竣工资料的分析和研究，采用平面杆系有限元程序验算和分析上部结构8m、12m、16m 的板梁结构，确定汽车荷载横向分布系数，根据铰接板梁法进行计算分析，为了能够达到路拱要求的当前板梁标准，需要加铺10.5cm 的钢筋混凝土结构层作为恒载要求[2]。

经过现场计算分析可以发现，主梁在正常运行下的裂缝宽度、挠度，在承载力作用下会达到运行的标准。下部结构：根据目前所应用的桥台和桥墩做好验算和分析，使其都能够达到设计标准。基础：全面收集和掌握地质勘察的资料与数据，做好重力式桥台扩大基础计算和分析。重力式扩大基础严格执行国家标准和要求，多年使用下并未有任何损坏的路基结构形式，地基承载力容许值乘以抗力系数1.5，路拱结构中进行桥面铺装作业，造成改造实施后桩顶反力出现上升的情况。通过改造处理后地基的承载力均得到了提高，满足改建设计方案标准要求，整体效果良好。

6 老桥拓宽改建方案

从前文分析发现，经过改造处理后老桥梁可以达到应用的标准，仅仅是根据整体设计方案的要求进行拼宽改建即可，下面本文将会从上、下结构以及基础分别进行分析。

6.1 上部结构及桥面铺装

本次工程项目中，上部结构应用的是预制板梁结构形式，保证车辆行驶舒适度，降低养护工作量，最终确定采取“铰接”的方式开展施工。

按照当前设计标准，该桥梁项目单侧拼宽为7m，新加宽的道路中心线和原道路中心线是不重合的，向南移动约3.5m 的距离，且拼宽结束后依然是双面坡的形式，施工单位应该根据原桥面拼装作业进行加罩处理。另外，因为原铺装层结构有病害问题存在，所以本次改造施工进行全部凿除处理，然后整体进行铺装作业，加罩之后将原铺装层厚度8cm 增加到18.5cm。

此外，为了避免出现桥梁恒载过大的情况，保证车辆行驶舒适度，确保防水效果满足要求，提升耐久性，在新加罩的钢筋混凝土面层结构铺装一层7cm 厚的环氧抗滑层结构，具体改造后的结构可见图1所示。

图1 改建后的桥面铺装示意图

6.2 下部结构

在桥梁下部结构设计的过程中，为了切实提升下部结构受力条件，并达到承重力要求，设计时需要考虑拼接施工给老桥梁结构带来的影响问题，同时还需要做好新旧桥梁搭接性能的测试。

在本工程中主要操作方式为：首先将桥梁南侧位置的栏杆全部清除，其次把边梁拆除以后在进行中梁施工，最后和加宽后的盖梁设置2cm 的环形缝，详见图2、图3。

图2 改建后的桥台横断面（重力式桥台）图

图3 改建后的桥墩横断面图

6.3 基础

从现场的全面分析可以发现，当前的桥梁运营时间在20年左右，沉降处于稳定的状态。为了防止新旧桥梁出现沉降不均匀而产生开裂问题，需要通过合理处理以减少新结构沉降绝对值，比如：通过桩基础的方式进行。此外，还要考虑到预制打入桩环节给原桥梁结构带来的不良影响，本次改造应用的是钻孔灌注桩的方式，可以防止发生严重后期沉降问题，保证结构强度性能合格。同时，在基础设计环节中，需要考虑原有基础结构承载力是否达到工程需求，若承载欠佳，则应采用扩大基础设计的方式提升基础承载力[3]。

6.4 减少差异沉降的措施

经过分析研究，减少新、老桥梁沉降差非常重要，由于老桥梁沉降有很长时间，基本完成沉降，所以沉降差异控制就是要进行新建设桥梁绝对沉降的控制。本次工程中，通过采取如下措施进行处理：后压浆方法：钻孔桩进行后压浆施工，可以有效预防出现沉降问题。后浇带：新建设桥梁施工后，桥面铺装暂时不和老桥梁连接，预留50cm 左右的后浇带。预加载：新桥梁建设结束后进行加载处理，此时要连续观测沉降量参数，如果一个月之内沉降量控制在2mm 以内，后浇带浇筑施工，可以通过应用微膨胀混凝土方式，避免产生收缩裂缝的问题。