独柱墩T梁桥与既有T梁桥上下结构相连拼宽施工研究

2023-05-14熊波

运输经理世界 2023年2期

熊波

（贵州省公路工程集团有限公司，贵州贵阳 550001）

0 引言

随着我国交通量的不断提高，早期修建的高速公路运输能力难以满足当前的交通需求[1]。在不断增长的车流量的推动下，在公路改扩建工程中应用桥梁拼宽施工技术的比例将不断提高。目前桥梁拼宽施工中对于新、老桥梁的连接方式分为四种：仅下部结构连接、仅上部结构连接、上下部结构均连接、上下部结构均不连接[2]。其中，新老结构连接越多，其受力分析就越复杂，对于施工工艺的要求也越高。由此可见，为有效保障工程施工技术管理、消除施工安全隐患，在采用“上下部结构均连接”方式的桥梁拼宽施工中，实现施工工艺的模块化具有重要的现实意义。

湄石五标高碑大桥孔径为4×30m+4×30m+3×30m，设计交角90°，桥梁全长345m，整体上全宽33m，拼宽桥宽2×4.25m，最大桥高38m，新、老桥梁桩基距离4.8m。拼宽连接采用上下结构相连类型。下构连接方式：在原四车道外柱外侧新建一根桩柱，且通过在原四车道外柱外侧植筋、新建桩（柱）系梁的方式将新老桥梁下部结构联系在一起，形成整体受力结构。柱顶设置一道盖梁，支撑新加宽的一片中梁和一片边梁[3]。同时，在新旧盖梁底2.5m 处设置一道柱间系梁（简称顶系梁），盖梁与原四车道盖梁不联系。上构连接方式：在原四车道外侧边梁凿除防撞护栏后，漏出翼板钢钢筋与新加宽的一片中梁翼板相连接，同时在T 梁加腹板加厚段设置带精轧螺纹钢的横向预应力，作为桥梁上部构造连接的加固处理，拼宽连接处采用膨胀混凝土浇筑。

1 独柱墩T 梁桥与既有T 梁桥上下结构相连拼宽施工技术特点

第一，在质量方面，针对设计为独柱墩拼宽形式且采用上下部结构均连接的桥梁拼宽工程，在植筋和穿横向预应力精轧螺纹钢时采用钢筋扫描仪定位标记原结构中的钢筋位置，避免因出现废孔而导致原桥梁墩柱、T 梁质量等级降低，同时在上构施工时，采用精轧螺纹钢对现浇横隔板施加横桥向预应力，此举减少了植筋施工对新、旧桥梁体的破坏，有力保障了T梁原有结构受力特性。第二，在安全性方面，针对新桥为独柱墩设计的桥梁拼宽工程，在桩基施工时保护了既有老桥桩基结构的安全；在上构施工时，采用精轧螺纹钢施加横桥向预应力，使新、老桥更好地结合成整体，也降低了植筋施工对老桥梁体的破坏。第三，在进度上，新桥桩基施工时，采用微差控制爆破结合隔振孔爆破减振技术，有效降低了新桥桩孔开挖对旧桥桩基结构的安全性的影响，较之水磨钻等工艺，大幅度缩减了工期；上构梁体施工时，采用钢筋扫描仪定位标记结构中的钢筋位置，避免了因出现废孔而导致的工期延长。第四，在成本上，该施工技术较水磨工艺施工直接成本低，同时施工效果更好，节约了施工间接成本。并且，新桥与原有桥梁的整体性更好，可更有效地节省后期维护费用。

2 独柱墩T 梁桥与既有T 梁桥上下结构相连拼宽施工材料设备

采用该施工技术无需额外材料，隧道施工所需材料按设计要求备制即可。全桥22 根桩基、墩柱、系梁植筋、上构44 片T 梁预制安装，以及架设施工使用设备数量详见表1。

3 独柱墩T 梁桥与既有T 梁桥上下结构相连拼宽施工技术要点

3.1 施工工艺

针对高速公路新桥为独柱墩设计，且新、老桥间为上下结构连接的桥梁拼宽工程施工，为提高施工效率，降低新桥施工对老桥结构安全性的影响，采取如下施工方式：第一，桩基采用微差控制爆破结合隔振孔爆破减振的措施，在降低新桥桩基施工对老桥桩基等结构安全性影响的同时，提高了成孔效率。第二，在上构T 梁拼宽施工时，新桥与老桥梁体间横隔板施加横向预应力，代替植筋连接的方式，提高安全储备，该预应力用于抵抗桥梁后期出现不均匀沉降产生的内力对桥梁整体结构的破坏。该施工方式不但有效降低了新桥施工对原有桥梁结构安全的影响，同时使新桥与老桥实现了稳固可靠的连接，提高了拼宽工程的整体性，缩减了施工工期，有效节约了施工成本[4]。

3.2 施工流程

拼宽桥梁施工过程中必须对旧桥结构加以保护，以保持安全性。通常而言，采取水磨钻等桩基成孔措施对旧桥结构的安全性影响最小。但水磨钻施工效率低、成本高。为此，采用微差控制爆破结合隔振孔措施，以实现上述目标。在施工过程中需对原桥结构进行监测，发现异常及时处理。施工流程详见图1。

图1 拼宽桥梁工程施工流程示意图

3.3 新桥桩基施工

在桥区下伏基岩为强风化或中风化灰岩等地质条件下，在岩层较好的段落采用水磨钻和机械成孔的施工方式，成本较高、工效低、工期长，所以在岩层段开展成孔施工时，采用微差控制爆破结合隔振措施的爆破方式，在保障旧桥桩基结构安全的同时，可极大程度地提高施工效率。进入岩层后，在面向既有老桥桩基方向120°的范围内，在周边眼径向外侧增设一排隔振孔，与周边眼间距0.1m。为最大限度地阻隔爆破产生的震动波，可对隔振孔进行加密，爆破设计按微差控制爆破进行设计。按微差控制爆破的一般原理，设计桩基爆破方案，设计爆破网络、装药量等参数。通过监测新桥桩孔爆破中，震动波传递至既有老桥桩基上产生的质点振动速度，不断优化爆破方案。在打孔装药前需注意岩层变化情况，岩层出现变化需减少用药量。

3.4 系梁植筋施工

通过钢筋扫描仪对原桥梁的墩柱钢筋进行定位，避免在原桥梁的墩柱上进行植筋钻孔时破坏钢筋，对T 梁横隔板穿精轧螺纹钢施加横向预应力时，避免废孔对T 梁本身结构的破坏。先采用钢筋扫描仪测量老桥墩柱上系梁连接处保护层厚度和钢筋位置，采用切割机在墩柱上沿轮廓线内侧约1～2cm 切割一道缝，作为墩柱钢筋保护层凿除施工界线[5]，随后采用人工持电锤方式凿除墩柱保护层混凝土，将墩柱钢筋主筋剥离开来。根据设计图纸，采用钢筋扫描仪避开受力钢筋进行放线，标明植筋锚固点的钻孔位置，然后使用水钻钻孔。清孔是植筋施工的关键环节之一，若清孔施工时未将孔内残渣等清除干净[6]，则应使用高压水枪将孔内混凝土残渣等清除干净。

3.5 T 梁拼接施工

在新、老桥T 梁连接处增加的微膨胀混凝土横隔板中施加横向预应力，以横隔板作为新、老桥应力的传递介质，使拼宽桥与老桥成为一个整体，并以预应力抵抗不均匀沉降产生的内力。钻孔前应先采用钢筋扫描仪探测原桥外边梁和加宽拼接中梁腹板内预应力钢绞线的精确位置，同时对所要施作横隔板位置的T 两腹板进行凿毛处理[7]。凿除拼接处墩柱钢筋保护层，将剥离出的主筋、箍筋清理干净，并确保老混凝土表面的粗、细骨料都外露，形成凸凹不平的表面。采用电动钢丝刷对剥离面进行清理，消除松动混凝土，并用压力水冲将剥离面洗干净[8]。在结合面混凝土浇筑施工前，不间断浇水3～6 小时，然后盖上湿麻袋，直至老混凝土及黏结面上无明水，保湿12～24 小时。之后浇筑微膨胀混凝土，现浇混凝土强度达到80%后方可拆除槽钢。

4 独柱墩T 梁桥与既有T 梁桥上下结构相连拼宽施工效益

随着经济的发展和交通流量的不断提高，高速公路建设由干线网络进入加密网络后，桥梁拼宽工程将广泛应用于在高速公路桥梁工程施工。

4.1 经济效益

该施工技术为拼宽桥梁施工带来的经济效益主要体现在如下方面：第一，拼宽桥桩基采用微差控制爆破结合隔振措施施工工艺，相比水磨钻施工工艺，能够缩短工期、节约成本；第二，采用精轧螺纹钢施加横向预应力，可使新、旧桥的整体性更好，质量可控，可降低不均匀沉降导致的开裂等病害，能够节约后期运维成本。湄石高速高碑大桥拼宽段工程的综合效益分析情况见表2。

表2 综合效益对比分析表

4.2 社会效益

第一，在拼宽桥梁桩基础施工中，采用微差控制爆破结合隔振措施的爆破施工方式，可极大程度地提高施工效率，缩短项目建设工期，不仅能够保证施工质量及施工安全性，还能节约工程建设成本。第二，根据独柱墩T 梁桥与原有T 梁桥上下结构连接拼宽工程要求，提出桩基、墩柱与上构T 梁连接施工的成套施工方法，对推动桥梁复杂结构模块化、流程化施工技术的发展，有重要意义[9]。