新技術和新材料在高速公路改擴建工程中的應用

摘 要：隨著交通量增長，山東省內多條高速公路已完成或正在進行改擴建，應用了大量新技術和新材料，重點探討了橋梁整體頂升、路基改橋、舊橋加固技術以及泡沫輕質土新型材料在高速改擴建工程中的應用和具體實踐案例，分析了其優勢和積極作用。

關鍵詞：高速改擴建；舊橋加固；泡沫輕質土文章編號：2095-4085（2024）08-0222-02

0 引言

隨著城市的擴張、產業布局完善、交通量增長等因素，山東省內部分高速道路擁擠現象嚴重，大大降低了車輛的行駛速度和道路的通行能力，服務水平已明顯下降，現有技術標準已不能適應交通量快速增長和經濟社會持續發展的需求，高速擴改建勢在必行。目前，京滬高速萊蕪至臨沂段已完成“4改8”，京臺高速濟泰段為全國首條國高網“6改8”改擴建高速公路，京臺齊濟段由雙6車道正改擴建為雙12車道，此外濟菏高速、濱萊高速、東青高速、濟南繞城高速等多條高速已完成或正在進行改擴建。將既有高速公路改擴建可以優化國家和山東省高速路網結構，提高公路通行能力和服務水平，適應交通量快速增長，在此過程推廣應用了大量新技術和新材料。

1 橋梁整體頂升技術

改擴建工程中老路縱斷面指標不滿足現行規范要求或者分離立交、通航橋橋下凈空不足等原因，部分橋梁需要抬高。常規設計要么是拆除新建，要么是吊離上部→接高墩柱→吊回上部→恢復橋面系。常規設計的缺點是施工復雜，工期較長。舊板吊離后再吊回，破損嚴重，利用率不高。針對此問題，提出了橋梁整體頂升方案，使“老橋長高”。具體步驟為：臨時解除橋面連續→施工抱柱梁、安裝同步頂升千斤頂→截斷墩柱、整體頂升→加粗并接高墩柱→上部結構落置在墩臺、完成整體頂升［1］。

濱萊高速淄博西至萊蕪段扣家大橋和徐崖中橋跨徑分別為6×20m和4×20m，上部結構為預應力簡支空心板，下部結構為柱式墩、U臺，因縱斷面指標不滿足現行規范，需調整縱斷，分別頂升2.75～2.2m和2.47～2.65m。京臺高速濟泰段范莊大橋位于縱斷抬高段，橋梁跨徑18×16m，上部結構為預應力簡支空心板，下部結構為柱式墩、U臺、肋板臺，橋梁頂升0.4～2.1m。

橋梁整體頂升采用PLC液壓同步頂升系統，通過計算機指令來控制液壓千斤頂，然后通過位移及力傳感器把液壓千斤頂壓力變化及頂升的距離反饋至計算機屏幕，操作人員根據有關情況及時作出調整。PLC液壓同步頂升技術是建立在力和位移雙閉環的控制基礎上，是一種力和位移綜合控制的頂升方法。由液壓千斤頂，精確地按照橋梁的實際荷重，平穩地頂舉橋梁，使頂升過程中橋梁受到的附加應力下降至最低，同時液壓千斤頂根據分布位置分組，與相應的位移傳感器組成位置閉環，以便控制橋梁頂升的位移和姿態，這樣就可以很好地保證頂升過程的同步性，確保頂升時梁體結構受力安全。

頂升方案最大程度保持了原橋整體性，避免結構拆裝過程中的損傷及廢板，施工工期短，經濟環保，符合交通部倡導的“綠色公路集約節省資源”設計理念。

2 路基改橋

根據地方發展規劃要求，高速公路在改擴建過程中，多處高速路基段需要增加分離立交橋，簡稱為“路基改橋”［2］。將高速公路路基改為橋梁，應最大程度減少對現狀高速通行的影響。濟南繞城高速公路小許家至港溝段沿線存在多處地方規劃道路，蔣山北路、安家南路、虞山大道等多處路段需要將路基部分變為分離立交橋，改造同時且需要保證既有高速雙向四車道正常通行。高速改擴建時，摒棄了先開挖路基再施工橋梁的傳統方案，采用“先施工橋梁再開挖路基”的創新方案。在一幅封閉的高速路基上直接鉆樁（樁柱一體）施工，完成下部作業及上部箱梁施工，施工完的一幅雙向保通，再封閉施工另一幅橋梁。兩幅橋梁均施工完后，開挖橋下路基，對外露墩柱包鋼美化。“先施工橋梁再開挖路基”的方案可以節約工程造價，避免對高速路基的鋼板樁防護，縮短了施工周期，樁柱一體式設計，墩柱作為樁基的一部分施工，施工及交通組織比較容易，采用該設計方案，路基改橋不再是難題。

3 舊橋加固

新版公路工程技術標準實施后，提高了汽車荷載。根據高速公路改擴建設計細則要求新建橋梁及拼寬橋梁新建部分采用公路-I級，拼寬利用橋梁的極限承載能力滿足公路-I級，直接利用的橋涵維持原荷載標準。既有高速老橋多采用簡支空心板，新標準下現狀空心板不滿足承載力要求，若對空心板均拆除新建，將造成極大的資源浪費，與綠色公路的設計理念也不符。

濟青高速、濱萊高速淄博西至萊蕪段、濟南繞城高速港溝至殷家林段改擴建工程中現狀8m鋼筋混凝土板抗剪承載力極限狀態不滿足現行標準，且鋼筋混凝土結構耐久性較差，對8m鋼筋混凝土板采用“拆除上部，利用下部”的方案；其余10m、13m、16m 和20m板，通過加厚混凝土調平層和貼鋼板的方法加固后繼續利用。根據試驗資料，混凝土現澆層對提高結構的抗彎、抗剪承載力效果顯著，橋面混凝土現澆層不僅增加了結構受力高度，與舊板形成組合截面后能有效承擔活載效應，而且明顯抑制抗剪斜裂縫向板頂受壓區擴展［3］。空心板橋面鋪裝改造方案為鑿除原有橋梁瀝青鋪裝，同時銑刨原有橋梁混凝土現澆層2cm，新舊拼接處1.5m范圍內的舊橋混凝土現澆層全部鑿除并在接縫處設置橫向加強鋼筋，拼寬預制板吊裝后，與舊板共同新做混凝土鋪裝，保證新舊橋的混凝土現澆層總厚度為15cm。

此外舊橋維修加固［4］還包括防銹處理、破損修復、植筋、裂縫處治等，其中裂縫處治是將混凝土裂縫表面封閉或壓力注漿處理，對于寬度lt;0.15mm的裂縫，采用裂縫封閉膠進行裂縫表面封閉，對于寬度≥0.15mm的裂縫采用壓力注漿封閉法，將灌縫膠壓注入結構物內部裂縫中。

舊橋加固利用充分利用了舊路資源，不但節約公路建設資源，也降低了公路建設成本，實現社會資源的循環利用，具有顯著的經濟效益和社會效益。

4 泡沫輕質土新材料

泡沫輕質土，亦稱氣泡混合輕質土，是公路建設領域的一種新型輕質填筑材料，是一種在水泥基漿料中加入泡沫并經充分打泡后凝固而成的輕質類混凝土，其原材料主要由水泥、水和泡沫組成［5］，具有輕質性、重度和強度可調節性、自流性、直立性、易開挖及施工便捷等特性。其填筑工程以降低荷重或土壓力為目的，大量應用于臺背回填、窄拼路基、軟土地基等工程。泡沫輕質土主要技術指標如下，重量為550～650kg/m3，密度比水低，流動度為170～190mm，路床區無側限抗壓強度應≥1.0MPa，路堤無側限抗壓強度應≥0.6MPa。

泡沫輕質土無需機械碾壓施工，可以在小空間內回填，濟南繞城高速港溝至殷家林段改擴建工程中將泡沫輕質土應用于臺背等不易壓實部位，解決了壓實困難的問題，同時具有自重輕和減少工后地基壓縮沉降的特點，施工工期短。該高速位于濟南南部山區，既有老路存在多處高邊坡，邊坡高度高達20m以上，若采用常規填土拼寬，填方較大，新增占地較多，采用泡沫輕質土直接在老路邊坡上開挖臺階進行拼寬，無需新增占地，對環境影響小。泡沫輕質土本身具有直立性，無需放坡，高速沿線存在地方并行道路時，采用輕質土拼寬，可以極大地縮小新增占地面積，避免改路設計，減小對沿線居民出行的干擾。

5 結語

隨著時間推移，國內首批建設的高速公路，距今已將近20年，多條高速已完成或陸續進入改擴建階段。本文僅探討了高速改擴建過程中橋梁整體頂升、路基改橋、既有橋梁加固技術以及泡沫輕質土新型材料在高速改擴建工程中的應用，這些新技術的利用極大助力了高速改擴建工程的建設。

參考文獻：

［1］王璽，劉昱彤.現役橋梁局部拆除頂升拼接施工技術［J］.四川建筑，2021，41（5）：198-199.

［2］柳磊，張偉.下穿既有高速公路的路基改橋設計與施工［J］.山東交通科技，2018（6）：53-54.

［3］柳磊，于坤，王同衛.改擴建高速公路空心板橋現狀及承載力研究［J］.山東交通科技，2019（6）：42-46.

［4］劉俊偉.舊橋擴寬加固的關鍵技術研究［J］.四川建材，2023，49（9）：200-202.

［5］宋林偉.基于泡沫輕質土的橋梁橋頭路基施工技術分析［J］.居業，2024（3）：109-111.

作者簡介：仲浩然（1991—），男，山東濟南人，碩士，中級橋梁工程師，公路橋梁勘察設計。