高速公路改扩建预应力混凝土空心板桥梁加宽设计分析

马卫建

(山东省交通规划设计院集团有限公司，山东 济南 250101)

高速公路具有运量大、速度快、辐射远等优点，其作为我国道路交通体系的重要组成部分，不仅促进了区域经济发展，推动了产业结构优化，还提高了运输效率[1]。新时期下，为了进一步满足地区交通量的增长需求，应积极对高速公路已行改扩建，充分利用原有路基，以此减少建设用地，缩短建设周期，提高建设效率。在改扩建中，预应力混凝土空心板占有重要比例，其主要适用于中小跨径桥梁，具有就地取材、施工性好、耐久性好的优点[2]。以下对具体的加宽设计情况展开探析。

1 京台高速泰枣段既有预应力混凝土空心板桥梁概况

京台高速泰安至枣庄段于2001年建成通车，采用设计速度120 km/h，双向四车道高速公路，路基宽度28 m，全线桥涵汽车荷载等级均为汽车超-20级、挂车-120。10～20 m跨径桥梁上部均为预应力混凝土空心板。既有桥梁铺装为10 cm混凝土现浇层+8 cm沥青混凝土。

2 京台高速泰枣段预应力混凝土空心板桥梁加宽设计方案

2.1 改扩建方案

京台高速泰枣段由原来的双向四车道改扩建为双向八车道，改扩建方式以两侧拼宽为主、分离加宽为辅。两侧拼宽路段路基宽度由28 m改扩建为42 m。改扩建后两侧拼宽路段桥梁宽度为42 m。以两侧拼宽路段预应力混凝土空心板加宽为例，介绍空心板桥梁拼宽方案。

2.2 加宽设计基本要求

依据既有预应力混凝土空心板桥梁的实际使用情况、被交道路及河道的情况，遵循尽量利用既有桥梁的设计原则，确定桥梁改扩建方案。对两侧拼宽桥梁，为保证新旧桥梁上部结构刚度接近，宜选用与既有桥梁同结构的桥型。桥梁改扩建遵循“上连下不连”的加宽方式，最大限度避免新旧桥梁因不均匀沉降对桥梁产生不利影响[3]。

2.3 准备工作

首先，在桥梁加宽施工之前，工作人员需要将施工所需的所有机械设备、材料等准备齐全，抽检合格之后方可进入施工场地。要求管理人员合理存放所有材料设备，如水泥、钢筋、钻孔机械等等。由勘察人员对施工现场进行勘察，全面调研并获得精准数据，结合工程实际情况，确定具体的施工参数和方案。将施工场地划分为警示区、过渡区、作业区，并设置好相关警示标语，做好交通导行工作。

其次，施工人员需要对旧桥做好凿除与切割工作，具体流程包含了3个步骤：(1)是护栏的凿除切割施工，施工人员可以采用一次切割法，在桥梁梁板下方预留3～5 cm开始实施人工凿除，保护桥梁结构，避免产生破坏。(2)是边缘线切割，施工人员首先进行划线作业，位置在切割线外侧约为1～2 cm处，这样能够为后续桥梁缝隙的处理预留一定的空间，然后综合划线位置开始切割。(3)是混凝土空心板的凿除，施工人员依据设计要求实施，采取小锤手工法进行凿除，这样能够保护桥梁钢筋结构，避免对其造成破坏，严禁使用风镐等大型机械施工。与此同时，施工人员在凿除作业的过程中，还需要由专门的管理人员做好监督工作，注意施工人员的安全防护工作，以此保障施工人员的人身安全，也避免桥梁结构部位受到损坏。若突发危险情况，应立即停止施工，疏散施工人员，而后派遣专门的人员探寻原因，解决问题。凿除施工完成之后，由专业人员对其质量展开验收，若发现不合格之处需要及时整改。

再次，凿除工作验收合格之后，进入到钢筋植入环节。施工人员依据旧桥梁的结构特点，对其边缘部位的钢筋植入位置进行放样划线，然后再安装对应的钻孔设备开始下一步的施工。在钻孔作业的过程中，施工人员需要合理控制其钻孔深度，确保钻孔深度大于旧桥梁钢筋植入的设计要求。钻孔作业结束之后，由负责人员对其深度、尺寸、位置等进行验收。四宫格人员将气泵和喷嘴连接在一起，进行钻孔的清理工作，分别是三次吹气。具体而言，第一次吹气的时候，主要是将钻孔内的杂物清理干净。第二次吹气后，采用硬毛刷对其孔洞实施全面清理。第三次吹气旨在提高清理效果。完成后，施工人员开始进行钢筋植入施工，先将孔内灌满水泥砂浆，灌到孔深的四分之三处停止。然后向孔中注入合适量的植筋胶，使得钢筋和钻孔紧密结合。施工人员采用单向旋转的方法将钢筋植入其中，若位置不端的钢筋需要及时调整，使得其垂直度满足设计要求。

2.4 空心板桥梁加宽设计方案

(1)上部结构加宽

既有桥梁拼宽需要同时考虑既有路面加铺方案，交通组织方案，桥梁下部构造拼宽等因素。根据《高速公路改扩建设计细则》(JTG/T L11-2014)，桥梁拼宽后既有桥梁承载能力极限状态需满足公路-Ⅰ级荷载等级，同时根据《交通运输部办公厅关于<公路工程技术标准>(JTG B01-2014)第6.0.10条补充说明的通知》(交办公路函〔2019〕1255号)文件，按照分车道、分车型的计算方法计算空心板的横向分布系数。

相比既有桥梁，拼宽后空心板横向分布系数重新分布，经计算，拼宽后10～20 m跨径预应力混凝土空心板中板考虑15 cm铺装层受力方可满足承载能力极限状态要求。结合本项目路面整体加铺10 cm，因此确定既有空心板桥梁桥面混凝土现浇层厚度为18 cm。既有空心板顶板较薄，若全部凿除既有混凝土铺装，极易造成板顶凿穿，因此本项目桥面现浇层仅铣刨3 cm，保证新老混凝土结合良好，同时加铺11 cm混凝土现浇层，放置两层D12钢筋网。

结合桥梁检测报告，根据现场查看既有空心板状况，外侧边板纵向裂缝和剐蹭较为普遍，且外边板处于第三车道(重车车道)的轮迹带上，综合考虑以上及施工因素，拆除既有桥梁外边板，更换同尺寸的空心板。新做外边板与拼宽的内边板之间采用50.5 cm的湿接缝进行连接，湿接缝宽度设置需考虑拼宽空心板的支座不分别在新旧桥台上，防止不均匀沉降对空心板造成受力不利的影响。以16 m空心板为例，典型拼宽断面图见图1，空心板湿接缝连接图见图2。

图1 空心板拼宽断面图(单位：mm)

图2 空心板湿接缝连接图(单位：mm)

空心板加宽设计需同时考虑施工期间的保通方案，本项目采用双向四车道保通方案，先拼宽A幅，A幅桥梁完成混凝土现浇层施工；将车流调整至A幅，施工B幅桥梁，完成拼宽及沥青施工；将车流调整至B幅，完成A幅沥青铺装。在拼宽A幅桥梁时，拼宽内边板悬臂在预制场完成预制，保通阶段与既有梁板干接，新老板桥面现浇层统一施工。当车流调整至B幅，更换既有桥梁外边板，新做现浇层，完成湿接缝施工。

(2)下部结构加宽

桥梁下部拼宽采用不连接的方式拼宽，可最大限度避免新老桥基础不均匀的沉降问题。为避免拼宽空心板骑缝布设，必要时需要切割、凿除部分桥台。

3 预应力混凝土空心板桥梁加宽施工注意事项

桥梁拼宽施工需要结合高速公路改扩建路线纵断面拟合和道路加铺方案进行施工，既有高速运营时间较长，改扩建后的道路线形均为理论值，纵断面拟合过程中各位置加铺厚度有差别，在桥梁范围内，拼宽范围桥梁施工要顺接既有桥梁，需要提前复测既有桥梁标高，保证新拼宽桥梁板顶标高与既有桥梁板顶标高一致。

在桥梁加宽施工之前，施工人员应做好系列准备工作，确保所有机械设备、材料等准备齐全，抽检合格之后方可进入施工场地。对于材料设备要针对性的存储，如水泥、钢筋、钻孔机械等，避免其丢失、损坏。在实施完成板的架设作业之后，施工人员采用现浇湿接缝方法拼接内外侧板，确保原本的旧桥梁和新建的部分之间形成一个整体，共同发挥受力作用。由于现浇湿接缝施工采用的材料是补偿收缩混凝土，所以为了有效的避免后期使用中材料发生裂缝病害，施工人员应提前做好配比试验工作，确保相关数值在合理范围内[4]。

在浇筑混凝土的过程中，施工人员应当遵循连续性的原则，有效的避免外界因素的负面影响，降低接缝现象的发生。加强振捣作业，确保混凝土的密实性较高。定期洒水养护，在一周之后可以转换为保湿养护法。施工人员必须要做好各类养护措施，才能有效达到混凝土膨胀效能最优的情况。在进行植筋作业的时候，需要注意的是将旧板植入钢筋，施工人员应合理控制其埋置深度和最小厚度。新板顶的预埋钢筋采用的是顺桥向布设方法，施工人员需要确保彼此之间的间距为10 cm。完成新板的安装工作之后，需要在第一时间焊接钢筋。在植筋作业之前，施工人员需对其展开全方位的检查，把握旧桥结构混凝土的实际情况，了解其是否发生病害，并及时处理。依据设计方案布设植筋孔，采用钢筋探测仪，逐一检测之后明确孔位处是否存在受力钢筋，如果有则需要调整其位置，避免其对钢筋造成损害。

旧梁板上植筋的关键之处就是施工人员使用的植筋胶具有的变形能力是否较好，施工人员应当确保该项材料的弹性模量控制在合理范围内，避免其出现拉力传递异常。同时，施工人员在选择植筋胶时，应考虑到其环保、耐久性好的特点，并进一步控制固化后E值。加强对抗拔力的检测和控制。

4 质量保障优化措施

为了进一步提高桥梁加宽的质量和使用优势，在加宽施工之前，施工单位应积极和当地的交通部门、道路管理部门等紧密联系，获取桥梁现阶段的基本行车量，以及不同时段的行车量变化规律。了解桥梁周围的交通情况，制定对应的交通导行方案，从而有效的避免交通压力增加，尽可能的降低施工作业对交通出行的负面影响。同时，施工单位还可以和气象局积极取得联系，了解未来的天气变化，并及时作出施工方案的调整，做好雨水的防范工作，合理安排施工时间，最大程度的降低恶劣天气对施工造成的负面影响[5]。

在方案设计时，设计人员需结合实际情况综合考虑影响因素，尤其是要关注桥梁的整体结构性能。明确了施工方案之后，采用信息技术对该方案进行建模，明确其中存在的问题和不足，不断调整和完善。对比桥梁加宽前后的整体性能变化数据，并就设计方案中存在不合理的情况找到解决措施，从而有效减少桥梁沉降等问题。

正式施工之前，施工单位需针对性的开展集中式培训工作，包含了技术培训、安全培训等。做好技术交底工作，确保每一位施工人员都能在自己的岗位上扎实工作，熟练应用各类机械设备，严格按照相关要求执行。针对个别特殊岗位，需要检查对应工作人员的从业资格证，严禁没有证件的人员上岗。组建专门的监督小组，每日对施工现场进行监督管控，了解施工人员是否按照正确流程作业，并及时指出存在安全隐患的地方，将安全风险降到最低。对施工质量进行监管，从细节着手，做好养护工作，检测桥梁的质量情况。

由负责小组做好验收工作，采用堆载预压法和沉降监测法等，做好质量检测工作。其中，堆载预压法主要是指借助一定荷载的重物，在桥梁加宽工作完成之后对其进行预压，检测桥梁各处是否出现变形情况，以及变形的程度等。若变形的程度超过了设计的要求，需要立即整改，整改合格之后方可投入使用。若没有出现变形等情况，说明施工质量合格。而沉降监测法则是指在施工完成后，施工人员长时间监测加宽部位接缝处的沉降值，结合数据判断施工质量是否达到标准。

5 结 语

新时期下，高速公路改扩建预应力混凝土空心板桥梁加宽的重要性逐步凸显，做好加宽设计工作不仅会保障桥梁使用的稳定性、安全性，还为交通建设发展夯实基础。设计人员及施工人员必须要结合现实需求，从使用情况出发全面掌握桥梁情况，制定出切实可行的设计方案。做好系列施工工作，提高新旧桥梁的完整度，为人们的出行提供安全高效的通行环境，持续增强桥梁的通行服务能力。