既有高速公路橋梁橋臺錐坡拆除與支護工程研究

夏志強

（山西省交通規劃勘察設計院，山西 太原 030012）

近年來隨著各個城市大幅擴展，原本在城市外緣的過境高速公路、環城高速公路等逐漸被城市所包容。為了更好地發展城市經濟、合理地擴大城市規模，縱橫交錯的城市道路不得不穿越既有高速公路。因此，城市建設的高速發展將會帶來越來越多下穿或上跨既有高速公路的城市道路建設。通過新建橋梁上跨高速公路一般是延伸和拓寬城市道路時穿越既有高速公路的最佳選擇，但因其工程造價高、施工周期長，在新修橋梁并非為穿越既有高速公路唯一選擇的情況下往往會采取其他穿越方式。本文依托工程實例，通過方案比選，選擇拆除橋臺臺前錐坡并采用樁板墻作為臺前支護方案以達到穿越既有高速公路、增加車道、拓寬城市道路的目的，并對該方案進行了深入研究。

1 工程概況

山西省原平市平安大街東延工程是利用原有東西方向S310省道長原線進行加寬改造而成，其平面位置如圖1所示。

圖1 平面位置圖

該工程在K0+812.025處下穿大運高速（G55，大同—運城）一座（10+16+10）m鋼筋混凝土空心板分離式立交橋梁，橋梁右前夾角120°，墩臺采用柱式墩、柱式臺，基礎采用樁基礎。該橋設計技術標準為：

（1）設計荷載：汽車—超20級；掛車—120。

（2）橋面凈寬：2×凈—12.25m。

（3）地震基本烈度：8度。

規劃中的平安大街東延工程路基寬度為26.5m，雙向六車道。原S310省道長原線路基寬度為10.5m，雙向兩車道，在與大運高速交叉處通過分離立交橋梁中跨（第2孔）下穿大運高速公路。為避免該道路在下穿大運高速處由雙向六車道漸變為雙向兩車道而造成的交通擁堵，現利用大運高速既有分離式立交橋梁兩邊跨（第1孔和第3孔）各增加一條車道變成雙向四車道，并通過采取道路標線以及車輛限速等措施下穿大運高速。因此，在兩邊跨增加車道時需將既有橋梁0號、3號橋臺錐坡拆除并增加臺前支護。

2 設計方案比選

設計方案在兩種情況下考慮先拆除橋臺錐坡之后再對橋臺臺前進行支護：

（1）中斷既有橋梁所在范圍內大運高速運營，或在此段范圍內修建臨時高速便道；

（2）不中斷大運高速運營。

大運高速公路為山西省境內貫穿南北交通大動脈，要使該公路停運而服務于一條城市道路建設，其難度之大不便于實現；另外，為繞避既有橋梁而修建的臨時高速便道，因其工程造價之高也失去了工程意義。因此，不考慮上述情況（1）的設計方案。

在不中斷大運高速公路運營的情況下，擬采用樁板式擋墻支護（簡稱樁板墻方案）和扶壁式擋墻支護（簡稱扶壁墻方案）兩種設計方案進行比選（見表1）。

表1 設計方案對比表

綜合考慮上述諸多因素，為保證安全、經濟、高效地完成該項目，本設計方案采用樁板墻方案。

3 設計要點

3.1 總體布置

樁板墻樁柱采用間隔跳樁開挖，以避免橋臺錐坡坡體開挖體積過大對橋臺造成不良影響。根據既有橋梁橋臺樁基的間距，樁板墻樁柱之間的間距也設計有兩種，分別為5.54m和5.72m，對應的擋土板也有兩種形式。

既有橋梁橋臺如不考慮臺前溜坡土壓力作用，即直接將臺前錐坡土體挖除，在不中斷該處原太高速交通運營的情況下，橋臺樁柱原設計配筋將不會滿足計算要求。如不采取相應的支護措施，在施工過程中橋梁將會存在較大的安全風險。因此在橋臺錐坡土體開挖過程中采用在臺柱和墩柱之間增設薄壁筒橫撐（鋼管）的方式加強橋臺的穩定性和全橋的安全性。

樁板墻施工過程分為14個階段，各施工階段編號如施工工序總體布置如圖2所示。

圖2 施工工序總體布置圖（單位：cm）

在樁板墻施工前，應對臺后8m范圍內的土體采取注漿加固措施。在順橋方向，為加強臺后土體的整體穩定性，采用5排水平注漿，注漿導管間距1m，呈梅花形布置。為加強臺后土體與基礎的聯系，增設2排傾斜注漿，前傾夾角為10°。臺后注漿示意圖如圖3所示。

圖3 臺后注漿示意圖（單位：cm）

3.2 結構計算

3.2.1 樁板墻設計

（1）結構構造

根據《公路路基設計規范》（JTG D30—2004）相關條文規定，抗滑樁截面形狀宜采用矩形，樁的截面尺寸應根據滑坡推力大小、樁間距、錨固段地基橫向容許強度等因素確定，樁最小邊寬度不應小于1.25m。據此可以擬定樁板墻截面形狀和樁板墻截面尺寸為1.25m×1.25m，截面形狀采用T型，核心截面形狀為矩形。

（2）樁間距

根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG D63—2007）相關條文規定，鉆孔樁中距不應小于樁徑的2.5倍，挖孔樁中距可參照鉆孔樁確定。因此，樁板墻與既有橋梁橋臺樁基最小凈距為：

式中：d1為樁板墻樁基直徑1.77（m）；d2為既有橋梁橋臺樁基直徑，d2=1.2m。

施工布置中，樁板墻距橋臺樁基凈距分別為2.24m和2.37m，均大于上述計算最小凈距，滿足規范要求。

（3）樁板墻計算

基于以樁板墻承擔臺前余下錐坡土體（包含回填素混凝土）產生土壓力的計算原理，本計算采用“m法”并通過理正巖土計算6.0版建立如圖4所示的計算模型。樁板墻底部按自由方式支承。在組合1（錐坡土壓力+汽車荷載）和組合2（錐坡土壓力）這兩種荷載組合下分別計算樁板墻的內力、位移及樁身配筋。

圖4 樁板墻計算模型示意圖（單位：m）

根據結構的重要性及橋址處地質情況，選取如表2所示的計算參數。

表2 計算參數

兩種荷載組合情況下的計算結果如表3所示。

表3 計算結果

從表3中可以看出，在組合1和組合2的荷載組合下，計算出的樁頂位移均小于樁懸臂端長度的1/100，且不大于10cm，滿足相關規范要求。通過計算所得背墻最大彎矩及樁身最大剪力，為樁身配筋提供了設計依據。

另外，橋臺錐坡土體整體穩定驗算所得最小安全系數為1.466，大于穩定計算容許安全系數1.25。因此，在施工過程中橋臺錐坡土體滿足整體穩定性要求。

3.2.2 薄壁筒橫撐設計

為保證施工過程中橋梁的整體穩定性，在順橋向將0號臺、1號墩、2號墩及3號臺相對應的墩臺柱通過薄壁筒橫撐依次連接為一個整體。

通過計算桿件在承受軸向力的作用下桿件的軸應力和桿件的穩定性，可以選擇合適的鋼管桿件作為薄壁筒橫撐。經過計算，邊跨橫撐采用Φ194×10mm鋼管，中跨橫撐采用Φ299×10mm鋼管。

墩臺柱在高度上分三層支撐：最下層設于墩臺樁基頂端；中間設于墩臺柱中部；最上一層設于墩臺柱頂端位置。

4 主要施工工藝及注意事項

具體施工流程為：施工前準備→放樣、注漿孔定位→臺后注漿→安裝薄壁筒橫撐→開挖橋臺錐坡土體→樁板墻施工→拆除薄壁筒橫撐→安裝擋土板→砌筑擋土墻。

4.1 主要施工工藝

4.1.1 臺后注漿

（1）鉆孔

先按設計的技術參數測量布孔，并用油漆做標記，然后在布好的孔位上鉆孔至設計深度。鉆進過程中應時刻注意孔徑及孔深，最上一排鉆孔務必控制在原太高速路面2m以下。

（2）安裝注漿導管

鉆孔完成后要及時將注漿導管裝入孔中，并在順孔方向輕緩插入注漿管，避免擾動孔壁，造成堵孔。

（3）封孔

注漿管安裝后，要進行封孔處理，以免注漿時漿液在壓力作用下向上冒出。封孔深度根據注漿壓力可確定為1～2m，封孔水泥漿養護48h后便可進行注漿作業。

（4）注入漿液

上述工序完成后便可開始注漿，注漿壓力為0.5～1MPa。注漿結束后，拆除注漿管接頭并迅速用木塞堵孔。

（5）養護與評估

注漿完成后養護時間要達到7d以上，然后進行注漿加固效果評估，當加固效果達到設計要求后方可進入下一工序的施工。

4.1.2 安裝薄壁筒橫撐

待橋臺錐坡注漿結束并已達到設計強度后，即可按間隔跳樁施工順序分別安裝薄壁筒橫撐。橫撐在順橋向依次連接0號臺→1號墩→2號墩→3號臺。為保證橫撐的穩定，在墩臺柱周圍搭設鋼管架對橫撐進行支撐、加固，并在橫撐與柱身接觸面位置墊設10mm厚鋼板。

橫橋向薄壁筒橫撐兩列為一組，安裝時分三組安裝，分別是圖2中的步驟①、④、⑦，但拆除時應單列拆除。

橫撐安裝需與錐坡開挖密切配合，按照由上至下的順序進行。開挖一節土體，有足夠的工作面后進行橫撐安裝，然后再開挖下一節土體。

4.1.3 樁板墻施工

待橋臺錐坡注漿完畢、注漿效果達到設計要求并完成薄壁筒橫撐安裝后，便可進行樁板墻施工。樁板墻樁柱采用間隔跳樁開挖，結合施工順序總體布置圖，其具體施工工藝流程為：施工準備→測量放樣→澆筑2號樁柱→安裝3號擋土板并回填混凝土→澆筑5號樁柱→安裝6號擋土板并回填混凝土→澆筑8號樁柱→安裝9號擋土板并回填混凝土→澆筑10號樁柱→安裝11、12號擋土板并回填混凝土→澆筑13號樁柱→安裝14號擋土板并回填混凝土。上述施工流程應注意：在安裝擋土板過程中應從下至上拆除相對應的薄壁筒橫撐。

臺前錐坡土體按樁板墻施工順序依次分別開挖。在清除樁柱附近土體時，開挖形成一個如圖5所示用于施工樁板墻的工作平臺。開挖土體時，宜采用人工配合小型機械作業，盡量減少對臺前土體的擾動，并隨時注意觀察周圍土體的穩定性。

圖5 工作平臺橫斷面

4.1.4 安裝擋土板

待樁板墻及預制擋土板達到設計強度后，即可從下往上依次拆除相應的薄壁筒橫撐以便安裝擋土板。

薄壁筒橫撐拆除后應迅速安裝擋土板。由于橋下凈空高度有限，可采用40型裝載機運輸、吊裝擋土板。擋土板安裝要求中線、標高、位置正確，表面平整，光潔度好。擋土板施工時，必須掛線作業，保證所有擋土板在同一平面上，且垂直度符合要求。

擋土板每安裝一節即應在其后回填一節貧混凝土，并用插入式震搗器震搗密實。

4.2 施工注意事項

（1）樁板墻施工時，盡量少開挖臺前錐坡土體。

（2）安裝擋土板時，在拆除相應薄壁筒橫撐后應及時回填擋土板背后的貧混凝土。

（3）根據實際情況確定橋臺兩側處與樁板墻相銜接的錐坡擋土墻的具體施工位置及長度。

5 結論

高速公路橋梁在建成并運營多年之后其橋臺錐坡土體已達穩定狀態，錐坡作為橋梁重要組成部分一般不應輕易拆除。本文通過實例工程，對橋臺錐坡拆除、臺前支護等方面進行了深入研究，提出了間隔跳樁開挖的施工工藝及其注意事項。由于目前我國此類實際工程較少，在這方面所積累的經驗也不夠豐富，因此與之相關的工作仍需進一步研究。本文的研究成果亦可為類似工程提供借鑒、參考。

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