淺析高速公路中小跨徑橋梁的加寬設計

王令斌 湛秀玲

1 概述

隨著我國經濟的高速發展,特別是隨著汽車保有量的快速增加,許多高速公路的通行能力和服務水平已經不能滿足交通量增長的要求,經常出現較為嚴重的擁擠和堵車現象。

隨著深圳經濟的進一步發展及人民生活水平提高,梅觀高速公路梅林關口交通壓力日益增大,車輛擁堵情況比較嚴重,已經成為影響梅觀高速公路通行能力的一個重要因素,為此,梅林收費站拓寬改造的必要性較為緊迫。橫嶺中橋是深圳市梅觀高速公路緊鄰梅林收費站的一座跨路中橋,建成于 1995年,橋梁全長43.3m,上部結構形式為3×13m的預應力混凝土空心板,橫向布設 15片梁,斜交角為 120°;下部結構形式為柱式墩,肋式橋臺,樁基礎。

2 加寬設計

本橋根據項目總體加寬要求,只需加寬右側,加寬設計原則要求跨徑、結構形式和伸縮縫設置位置等要與舊橋保持一致,即以“同結構、同跨徑、上連下不連”的原則加寬。

“上連下不連”是將新舊橋上部結構連接在一起形成整體,蓋梁處設縫隔離,互不連接。該方法既能保證橋面接縫處平整,又可共同受力,同時避免下部結構剛性連接對橋梁結構的不利因素。上部結構采用同結構、同跨徑,受力模式簡潔,新舊結構受力一致,有利于力的橫向傳遞。

2.1 橋面加寬

該舊橋橋面鋪裝厚度16 cm,為10 cm現澆混凝土調平層+6 cm防水混凝土鋪裝。橋梁加寬部分采用相同厚度的橋面鋪裝。

橋面鋪裝施工時,應先鑿除舊橋護欄,手工鑿除 75 cm范圍內的橋面混凝土鋪裝,然后在加寬橋面和舊橋鑿出區鋪設新的橋面鋪裝,將新舊橋面鋪裝鋼筋焊接,焊縫長度須滿足規范要求。現澆混凝土橋面板混凝土澆筑前,應將混凝土結合面進行鑿毛(按照施工縫來處理),其粗糙面的凸凹不小于 6mm,再進行清洗和保濕處理;還宜在結合面處均勻涂抹界面膠,然后再澆筑混凝土(見圖 1)。

2.2 上部空心板加寬

橋梁的上部板與原橋的對應部位橫橋向通過植筋,采用現澆濕接縫方式連接到一起(見圖2)。

在原橋外側邊板上植筋,待拼接部分的板架設完畢后,利用現澆濕接縫將原橋外側邊板與拼接部分的內側邊板連接起來,形成原橋與拼寬部分共同受力的結構體系。現澆濕接縫的混凝土宜采用UEA——補償收縮混凝土。為保證橋梁在施工和運營狀態下結合面不出現收縮裂縫,施工前應做好配合比試驗,控制UEA的摻量及膨脹率;混凝土澆筑時,應連續澆筑,避免出現接縫,還必須保證混凝土振搗密實;還應特別加強澆水養護,7 d～14 d仍需繼續保濕養護,以保證膨脹效能的繼續增長。

植筋工藝是首先將舊板植入鋼筋,其埋置深度和最小厚度(距空心板邊緣距離)必須滿足產品要求,鋼筋和新板頂的預埋鋼筋順橋向按 10 cm間距均勻布置,待新板安裝就位后,將二者焊接。在植筋前必須檢查舊橋結構混凝土的現狀,看有無裂縫等病害,確保植筋在其中能有結力。植筋孔按設計要求布孔定位后,應采用鋼筋探測儀測定孔位處有無受力鋼筋,有鋼筋時位置適當調整,盡量避免傷及原有鋼筋,植筋應控制對原結構物內鋼筋破壞低于15%。

在舊梁板上植筋,植筋膠的變形能力起至關重要的作用,合適的彈性模量是拉力傳遞的保證,必須保證植筋膠的質量,應具有環保、耐高溫、耐老化的性能,要求固化后E值與混凝土相近。對于施工采用的植筋膠,在全面施工之前,均應做植筋錨固強度試驗,以抗拔力為主要試驗控制參數,按設計要求的孔深鋼筋達到屈服強度而不被拔出的控制要求,試驗結果應滿足植筋深度與抗拔力匹配方可全面實施。植筋膠必須保證植入鋼筋具有耐高溫可焊性,即可在被錨固鋼筋根部焊接,采用的植筋膠不能因為鋼筋的焊接而失效,降低性能要求,該項須做現場試驗。同時植筋膠材料與工藝本身有關,要求所采用的材料與提供材料廠商所要求的施工工藝、技術參數、指標一致。

2.3 下部構造加寬

避免橋梁縱向接縫的產生是橋梁拼寬設計中的重點及難點,橋梁下部蓋梁的連接方式和上部梁板連接方式是密切聯系在一起的。

本橋采用新舊橋梁蓋梁不連接的方式。采用此方案舊橋蓋梁不改變受力模式,受力明確,不必改變舊橋蓋梁內鋼筋布置,若新橋發生沉降,可以相應調整上部梁板,以滿足銜接要求。橋梁蓋梁在施工時,首先鑿除舊橋墩臺蓋梁外側擋塊耳墻混凝土,蓋梁鑿除面需涂刷防水防腐涂料,并保證足夠的保護層厚度,以保護鑿除面的鋼筋。然后現澆加寬部分蓋梁,在新舊蓋梁之間可涂隔離劑,使新舊蓋梁均單獨受力。

新老結構的不均勻沉降問題是舊橋加寬較難解決的問題。本橋舊橋已建成十五年,沉降已基本完成,而新建的拼寬部分基礎沉降較大,在此情況下,若不采取適當的措施來消除或盡量減小新建拼寬橋的基礎沉降,勢必造成新橋與舊橋接縫處因新舊結構間的不均勻沉降而產生過大內力,從而危及到結構的安全,故設計時將新橋與舊橋間的連接構造按鉸接處理,下構基礎采用樁基礎,且在滿足設計要求的情況下適當增加樁長。施工時待新建拼寬部分橋面現澆層混凝土澆筑完成后(外側邊板處的護墻施工完畢后),新舊板間暫不連接,在橋面通過均勻堆放砂袋等方式進行壓重,其重量與汽車荷載及防水混凝土鋪裝層的重量相當,放置 2個月 ～3個月后,等新建拼寬部分沉降基本完成后,再進行新老結構間的拼接。

3 結語

由于我國社會經濟快速增長,高速公路加寬勢在必行,舊橋的拓寬改造技術復雜、前景廣闊。在設計及施工過程中,只要處理好新舊橋梁連接、新老結構物的不均勻沉降等問題,就一定能達到令人滿意的效果。

[1] JTG D60-2004,公路橋涵設計通用規范[S].

[2] JTG/T J22-2008,公路橋梁加固設計規范[S].

[3] JTG/T J23-2008,公路橋梁加固施工技術規范[S].