某市政高架橋落地段設(shè)計預(yù)留后期調(diào)坡頂升的對策分析

■柴會海

(蘇交科集團股份有限公司，南京 210017)

1 項目概況

某市規(guī)劃的“一環(huán)八射”快速路網(wǎng)結(jié)構(gòu)近年來正逐步推進建設(shè)，“一環(huán)”由于里程長、建設(shè)資金需求量大，結(jié)合城市發(fā)展規(guī)劃、近遠期交通量分期實施。一期工程終點跨越東南大道平交口后落地，待將來二期工程實施時對一期落地段的連續(xù)箱梁進行改造，主線全程以高架形式貫通。

基于目前橋梁頂升成熟技術(shù)、類似項目成功案例及技術(shù)標準，對落地段連續(xù)箱梁調(diào)坡頂升改造可以免拆原橋，減少資源浪費，節(jié)省造價，縮短工期，最大限度地減少對周邊交通及環(huán)境的影響，有著良好的經(jīng)濟效益和社會效益。故一期工程落地段連續(xù)箱梁設(shè)計即考慮利于未來調(diào)坡頂升改造的可行性、便利性。

2 落地段高架總體設(shè)計

本項目采用主線高架快速路+地面輔道系統(tǒng)的城市快速路標準建設(shè)，主線設(shè)計速度采用80km/h，采用高架雙向六車道標準；地面輔道系統(tǒng)按城市主干道標準建設(shè)，標準橫斷面如圖1所示。

一期高架末段采用 (35+55+35)m變高度連續(xù)箱梁跨越東南大道平交口后接多跨30m標準跨徑箱梁逐漸落地，如圖2所示。

考慮二期工程改造銜接，縱斷面設(shè)計應(yīng)考慮以下幾點要求：

(1)(35+55+35)m一聯(lián)跨越市政主干道，平交口交通繁忙，且箱梁噸位較大，對頂升技術(shù)、設(shè)備要求高，應(yīng)盡量避免二期對其進行調(diào)坡改造。

圖1 快速路標準橫斷面

(2)應(yīng)滿足二期落地段高架調(diào)坡頂升的需要，盡可能減少改造長度。

(3)凸曲線設(shè)置盡可能取大，橋梁分聯(lián)長度宜小，以利于調(diào)坡頂升施工控制，減少一二期工程橋梁縱斷面設(shè)計標高調(diào)整差。

(4)一、二期縱斷面銜接改造前后均滿足規(guī)范設(shè)計指標要求。

一期工程縱斷面設(shè)計以14#墩為調(diào)坡頂升分界墩，根據(jù)城市道路工程設(shè)計規(guī)范，14#墩前采用排水所需的最小縱坡i1=+0.3%，14#墩后采用規(guī)范最大值縱坡推薦值i2=-4%，豎曲線半徑R=3800m(規(guī)范最小值R凸=3000m)；二期工程縱斷面改造為i1=+0.3%，i2=-0.3%，R=27000m，如圖3所示。

為減小二期工程調(diào)坡頂升長度，落地段高架路橋分界高度以≤6m控制(常規(guī)為3.5～4m)。調(diào)坡頂升段橋梁全長180m，為3聯(lián)6跨，每聯(lián)2×30m。由于頂升時梁體線形不變，頂升后梁體頂面線形與二期縱斷面不能完全擬合，為減小鋪裝層調(diào)高差厚度，各聯(lián)頂升高度采用使中墩處橋面盡量重合，兩端處縱斷面線形高差均分的方式。頂升后采用瀝青砼或現(xiàn)澆砼調(diào)平層加鋪調(diào)整線形高差，各聯(lián)中部瀝青砼鋪裝厚約10cm，聯(lián)端厚約20cm，如圖4所示。

圖2 一期工程終點段平面圖

圖3 一期工程終點段縱斷面

表1 落地段箱梁頂升高度及加鋪厚度

圖4 頂升后梁體線形與二期縱斷面擬合示意圖

3 落地段高架頂升預(yù)設(shè)計

整體式連續(xù)箱梁調(diào)坡頂升方案一般利用墩臺承臺作為千斤頂?shù)姆戳A(chǔ)，在承臺與箱梁橫梁底之間安裝頂升千斤頂及跟隨保護頂，通過PLC電腦同步控制系統(tǒng)，采用角速度一致等比例頂升方法，頂升箱梁至設(shè)計標高(超高頂升約2mm)后，對立柱進行連接，澆筑墊石并安裝支座后整體下落。調(diào)坡頂升關(guān)鍵技術(shù)包括頂升點布設(shè)及千斤頂選用、頂升支撐體系設(shè)置、頂升托換系統(tǒng)、頂升限位系統(tǒng)、頂升監(jiān)控系統(tǒng)等。

一期工程對落地段高架在相關(guān)細部構(gòu)造處進行預(yù)設(shè)計，以利于后期橋梁調(diào)坡頂升施工。

3.1 頂升點布設(shè)及千斤頂選用

頂升后由于橋面縱坡變化需重新采用鋪裝調(diào)平，可在頂升前對橋面瀝青銑刨以降低頂升重量。根據(jù)每個墩臺處的頂升重量合理布置并選用千斤頂。

圖5 千斤頂布置圖

14#墩、20#臺處設(shè)單排8個，15～19#墩處布置雙排16個。

表2 各墩處頂升重量表

注：1、端橫梁處墩臺分別為 14、16、18、20# 墩臺，中橫梁處橋墩分別為15、17、19#墩。

頂升液壓千斤頂選用參數(shù)：200t，63MPa，高366mm，底徑244mm，最大行程140mm，頂部帶可轉(zhuǎn)動球頭，轉(zhuǎn)角最大可達5°。頂升力安全儲備系數(shù)不小于1.5。

跟隨機械千斤頂選用：為避免頂升液壓千斤頂在頂升時發(fā)生油缸內(nèi)油壓突然泄漏，頂升力下降，頂升安全性受到威脅，可采用機械式跟隨千斤頂隨動支撐。隨動千斤頂選用參數(shù)：400t，高390mm，底徑368mm，最大行程140mm。

3.2 上部箱梁相關(guān)設(shè)計

本項目30m標準跨徑連續(xù)箱梁橫梁根據(jù)受力計算，中、端橫梁厚度一般取為2.5m、1.5m。落地段3聯(lián)需考慮后期頂升支點處局部的承壓、抗剪、抗沖切要求，調(diào)整中橫梁厚為3m，端橫梁厚為1.7m，橫梁厚度每側(cè)超出墩頂≥0.6m，頂升點位置均預(yù)設(shè)在橫梁實體處，局部受力經(jīng)計算均滿足要求，如圖6所示。梁底頂升點均設(shè)預(yù)埋外露70×70×2cm鋼板，方便后期連接千斤頂支撐。

圖6 橫梁處頂升點示意

橋梁頂升后，橋梁縱坡由4%調(diào)整為0.5%，梁的水平位置發(fā)生改變，一聯(lián)2×30m水平方向長度將會變長約5cm，故伸縮縫由D80改為較大規(guī)格的D120型，防止頂升后梁端間距過小不能滿足梁體伸縮要求，避免對端橫梁進行切割改造。

落地段高架箱梁結(jié)構(gòu)計算分析考慮后期調(diào)坡頂升原梁體受力造成的影響：調(diào)坡引起的鋪裝荷載增加和頂升施工高程誤差 (±5mm)對梁體支點造成的附加不均勻沉降。

3.3 下部墩臺相關(guān)設(shè)計

箱梁調(diào)坡頂升施工需利用墩臺承臺作為反力基礎(chǔ)。參考類似頂升施工經(jīng)驗，承臺邊緣距墩柱邊緣不宜小于70cm，有條件時應(yīng)放大至1m以上，以便頂升機具靈活放置及施工。

本項目高架常規(guī)橋墩一般采用頂部擴展式雙柱墩如圖7所示，對后期調(diào)坡頂升有兩點不利：

(1)由于柱頂向外擴張、加寬導(dǎo)致橫橋向墩柱外緣距承臺邊緣距僅40cm，需先將承臺多做60cm或后期在承臺外緣植筋混凝土牛腿以加大橫向支撐寬度。

(2)箱梁頂升后需對原墩柱進行加高，擴展式雙柱墩柱頂段須先切割上部擴展段并廢棄部分，施工較麻煩。

落地段高架15～19#橋墩改用直立式雙柱墩，頂升施工時無須切割立柱，僅在頂升后加高立柱，較方便。墩柱調(diào)整方案為支間距由6.1m調(diào)為5.8m，支座相對墩柱外偏心15cm，即不影響地面輔道系統(tǒng)中分帶寬度，又可使承臺頂升機具橫向工作面達1.5m。如圖8所示。

圖7 擴展式雙柱墩頂升布置圖

圖8 直立式雙柱墩頂升布置圖

后期橋梁頂升后，20#橋臺將改造為橋墩，故橋臺設(shè)計時同時滿足一、二期工程結(jié)構(gòu)要求，且利于改造施工。20#橋臺設(shè)計以橋墩為基本構(gòu)造，樁長按二期工程橋墩計算。墩柱間及兩側(cè)設(shè)擋土墻，擋土墻采用扶臂式擋墻+地基處理的方式，如圖9、圖10所示。立柱與擋土墻間設(shè)施工縫，縫間填塞麻絮。后期頂升施工后，將背墻、擋土墻切除，即可轉(zhuǎn)換為橋墩。

承臺頂升點均設(shè)預(yù)埋外露100cm×100cm×2cm鋼板，方便后期連接千斤頂支撐，無需再對承臺混凝土錨固植筋。

圖9 橋臺立面圖

圖10 橋臺斷面圖

3.4 頂升后墩梁連接部改造設(shè)計

梁體頂升完成后，對16～20#墩鑿除柱頂約15cm砼，露出柱主筋，采用機械連接的方式加長主筋，綁扎箍筋，澆筑砼至柱頂，并澆筑墊石達到設(shè)計標高；對14#墩，原支承總高設(shè)計為40cm，頂升完成后，支撐總高變?yōu)?9.9cm，僅需對墊石高度鑿除部分，并重新找平至設(shè)計高程；對15#墩，頂升高僅為9.4cm，僅加高墊石至設(shè)計高程即可。

立柱及墊石達設(shè)計高程養(yǎng)護完成后，安裝支座，最終整體落梁，然后重新施工伸縮縫、橋梁鋪裝等附屬設(shè)施，調(diào)坡頂升施工完成。

4 結(jié)語

由于高架橋具有節(jié)約城市空間、優(yōu)化城市交通狀況、推動城市快速發(fā)展的作用，使得其在各大城市快速路網(wǎng)中得到迅速發(fā)展。考慮建設(shè)投資安排、城市發(fā)展規(guī)劃、近遠期交通量預(yù)期等因素，快速路網(wǎng)往往分期實施，先期高架橋落地段的充分利用及便于后期改造銜接即成為設(shè)計之需考慮的問題。調(diào)坡頂升在環(huán)保、經(jīng)濟與社會效益等方面相對以往的拆除新建方案具有明顯優(yōu)勢，對先期高架落地段預(yù)設(shè)計頂升方案，并對相關(guān)構(gòu)造進行優(yōu)化設(shè)計，可大大有利于后期調(diào)坡頂升的實施，并減少對結(jié)構(gòu)的機械損傷。本文中的一些思路及做法可供其他類似設(shè)計項目參考。