通行车辆条件下高速公路桥梁拼宽施工技术研究

田泰安,王 勋,张 瑞

(西安交通工程学院,西安 710100)

0 引言

我国道路交通量急剧增长,而初期建设的公路桥梁设计标准较低,道路服务水平已无法满足区域社会经济发展的需要,无法保障车辆行驶的平稳性与安全性,故越来越多的高速公路需要在保证通行车辆的条件下进行改扩建施工。对已有桥梁进行扩建时,由于旧桥处于半幅通车状态,故而交通保畅难度较大,会大大增加安全隐患[1-2]。而车辆行驶产生的剧烈振动与拼宽施工操作会对新、旧桥梁拼宽的整体性产生较大的影响[3],亟需解决这些技术难点及安全隐患。

某大桥需实施桥梁改造及扩建施工,是新旧动能转换的重点项目。施工过程中必须保障车辆通行,故而建设难度较大。该桥上部采用预应力混凝土简支T梁,全桥分为四联,跨径为4×30+5×30+5×30+4×30 m。下部结构为柱式墩、桩基础,桥梁全长540 m,为旧桥完全利用,新桥拼宽,两侧采用预应力混凝土T梁各加宽8 m[4],横向拼宽的整体横断面如图1所示。

图1 大桥拼宽整体横断面

1 桥梁预应力拼宽施工要点

在加宽施工中提出了通行车辆要求,故采取高速公路桥梁拼宽施工技术。技术路线如图2所示,具体要点如下:

图2 技术路线图

进行施工准备,完成新桥的基础及桥梁下部结构施工。对旧桥进行交通管制,拼宽侧道路进入半幅通行状态。

高速拓宽施工梁板安装不具备架桥机架设条件,故新桥主梁架设采用汽车吊机,对梁板进行吊装。新桥主梁架设完毕后,使用沙袋进行压载,压载荷载为22 cm的铺装、标准护栏及1/4的活载,压载时间不小于3个月,压载结束后才能进行新旧桥梁的横向联结。在桥面铺装施工过程中按照等量换重原则拆除预压荷载,进行桥面铺装及附属设施施工。

旧桥护栏切除施工前需确保所需设备已正确安装并调试。使用风钻钻孔,避免钻孔过程中进行清洗作业,因为清洗产生的泥沙会堵塞空口,对打孔作业产生不利影响。打孔过程中必须确保水平与垂直方向都得到充分控制,使其在一点交汇。钻孔作业结束后,安装金刚石绳锯机的导向轮,穿绳锯[5],连接系统后进行竖向切割,再进行水平切割,切割成1.2 m规格的水泥水马,吊装整体装车外运。

对旧桥需要进行破拆翼缘板的区域进行清理,按照设计图纸放线,将高压水射流设备吊装至工作场地,进行水射流标准化破拆,将破除的混凝土清理干净。高压水射流破碎混凝土技术具有高效率、低耗能的特点,可取代传统的人工锤击破碎,在不损伤钢筋的前提下有效破除混凝土,可在短时间内完成维修工程,恢复正常交通。

在新桥预压工程结束半年后进行钻孔作业,钻孔前使用钢筋探测技术,检查新旧桥梁拼接处的钢绞线位置,使用记号笔标注预应力钢绞线的准确位置。在避开钢绞线的条件下,在靠近横隔板的相邻梁腹板之间钻孔,将精轧的螺纹钢筋穿入钻孔中。

为了确保结构的稳定性,在中横隔板的两端放入4道支撑槽钢,防止施工过程中梁体变形,槽钢支撑安装的同时安装高强螺栓外侧锚具垫块,锚具垫块根据现场实际尺寸调整。

根据T梁拼宽横隔板位置,对混凝土界面进行凿毛处理,预应力高强精轧螺纹钢筋位置确定后,再按钢筋断面设计图确定钢筋绑扎位置,以保证高强精轧螺纹钢筋能被浇筑后砼全部包裹,植筋前进行植筋点放样,标明记号。为了确保钻孔的垂直性,应将钻头精确地定位在植筋点上,令深度达到设计要求,尽量避免与原结构的主筋接触,根据实际情况实时调整。为了确保钻孔深度达到要求,钻头长度应超过设计深度,在钻头超过2 cm的位置做好标记,以便更好地控制钻孔深度。进行植筋操作前,用刷子去除孔壁碎渣,利用强力吸尘器对其进行彻底的清理。为了确保植筋质量,选择黏接效果良好的环氧类植筋胶作为黏合剂,按照产品的使用说明,确保所有材料都具有良好的抗疲劳及耐高温特性。植筋孔验收完成后,缓慢进行注胶,以免将大量的空气压入孔内,确保注胶量不超过孔深的2/3。注胶完成后,对钢筋施加适当的压力,朝着相同的方向缓慢插入孔洞,插入过程中要尽量把胶中的空气排出,确保插入的钢筋达到设计深度。为了确保钢筋的牢固性,应立即处理掉溢出的植筋胶,使其表层的涂层变得更加光滑、完整。植筋施工结束前,使用千斤顶来施加拉力,检测植筋效果。试验过程中以均衡的速度施加压力,直到达到预期的荷载,施工需持续2～3 min,以评估植筋施工质量。

待加宽桥各T梁架设完毕并预压空置半年后,把精轧螺纹钢在旧的梁腹板锚固,另一端使用手持式智能数显张拉千斤顶,张拉预应力高强精轧螺纹钢筋。张拉至所需预应力时,使用锚具进行锚固,最好同时分批张拉,以提升拼接梁的整体性,张拉过程中应监测梁体的变形。

预应力筋张拉应通过应力与伸长值进行双控。预应力张拉时的控制应力,应将实际伸长值与理论计算伸长值进行校核,两值相差控制在6%以内,否则应暂停张拉,查清原因并采取措施加以调整,再继续张拉。

根据实验室与现场试验得出,张拉控制应力最佳计算公式如下:

σcon=0.4fpk

式中,σcon为张拉控制应力,fpk为所选精轧螺纹钢的抗拉强度标准值。

根据《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T 3650-2020)公式7.6.3-1[6]得到高强精轧螺纹钢理论伸长值公式为:

△LL=(Pp×L)/(Ap×Ep)

Pp为预应力筋的平均张拉力(N),直线筋按PP=P计算,L为预应力筋的长度(mm),AP为预应力筋截面面积(mm2),EP为预应力筋弹性模量(N/mm2)。

完成张拉工作后,将HY-150化学胶填充到原有的桥梁与加宽的桥腹板孔道中,完成封孔作业。

进行横隔板混凝土浇筑前,使用8 mm、10 mm、12 mm、20 mm的钢筋进行绑扎,并对桥的湿接缝处的钢筋进行单面焊接,焊接长度大约为10 d。钢筋绑扎完成后进行浇筑模板安装固定。

模板安装完成后,启动砼浇筑工作。浇筑混凝土的强度应与T梁的混凝土等级相同,浇筑过程中使用溜槽灌浆,充分振捣密实混凝土。浇筑完成后,立即用土工布覆盖洒水养护,保持至少7 d。一孔拼宽横隔板施工完成后,立即施工纵向湿接缝[7],浇筑宽度为70 cm。

当浇筑混凝土的强度达到设计强度的80%时,将槽钢拆除。横隔板施工完成后,锚具要用环氧树脂来保护。纵向湿接缝混凝土浇筑完成后,进行适当的覆盖,表面收浆后即开始洒水养生,洒水时间7 d以上,待混凝土强度达到设计强度以上时,即可拆除模板。

2 结束语

通行车辆条件下高速公路桥梁拼宽施工,利用气镐(风钻)、金刚石绳锯机、高压水射流设备、汽车吊等设备,发挥各自的性能优势,高效完成拼宽施工。该技术可在车辆行驶条件下展开施工,减少封闭交通对周围产生的影响,进一步节省成本,缩短工期,解决拼宽后的不均匀沉降问题,为提升桥梁运营的安全性提供保障。