烏賽高速20 m空心板舊橋加固方案比選

劉 唐，劉德品

(湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院公路與軌道學(xué)院,武漢 430079)

新疆G30烏蘇至賽里木湖一級(jí)改高速項(xiàng)目采用雙向四車道高速公路，途經(jīng)新疆塔城、博州兩個(gè)地州，路線全長300km，其中新建40km，利用原奎賽一級(jí)公路升級(jí)改建260km，需要加寬、加長梁橋62座，加固梁橋156座，其中包括8座20m空心板簡(jiǎn)支梁橋。

1 工可階段確定的改造利用基本原則

1.1 舊橋荷載與狀況

烏賽高速改建段20 m預(yù)應(yīng)力空心板舊橋于2001年建成，采用原交通部通用圖紙施工，系主梁簡(jiǎn)支、橋面連續(xù)，荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽-超20、掛車-120。路段穿越北疆戈壁、鹽堿地區(qū)，受氣候寒冷、冬季撒鹽除雪等原因影響，舊橋技術(shù)狀況評(píng)定一般在二類，部分處于三類[1]。

1.2 舊橋利用的基本原則

針對(duì)舊橋利用較多的實(shí)際情況，在工程可行性研究階段，確定了加固利用的原則。

1.2.1 以提高耐久性為目的

橋梁加固以恢復(fù)使用功能、提高承載能力、增強(qiáng)安全性和耐久性為目的，針對(duì)橋梁病害產(chǎn)生的不同原因?qū)蛄旱闹饕休d構(gòu)件進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。

1.2.2 需進(jìn)行承載能力檢驗(yàn)

沿線擬加固橋梁需經(jīng)過技術(shù)狀況評(píng)定及承載能力檢驗(yàn)，確認(rèn)經(jīng)過加固能滿足結(jié)構(gòu)安全或正常使用要求，加固方法應(yīng)根據(jù)評(píng)定結(jié)論和使用要求確定。

1.2.3 需進(jìn)行必要的計(jì)算

橋梁加固設(shè)計(jì)前，應(yīng)按照《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/TJ22—2008)中的加固基本原則與設(shè)計(jì)程序進(jìn)行驗(yàn)算、設(shè)計(jì)。橋梁加固前須根據(jù)原橋設(shè)計(jì)圖及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，按照原荷載等級(jí)對(duì)橋梁承載力進(jìn)行檢算;加固計(jì)算則根據(jù)所確定的荷載等級(jí)，除對(duì)加固后的橋梁承載力及穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算外，還需驗(yàn)算加固施工中橋梁的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，保證加固后的橋梁在施工、運(yùn)管過程中的安全。

1.2.4 需考慮施工難度

橋梁加固應(yīng)選擇構(gòu)造合理、技術(shù)可靠、施工難度小、工藝成熟、質(zhì)量及工期易控制的加固方案。

結(jié)合以上原則，根據(jù)加固橋梁評(píng)定、檢驗(yàn)資料，確定合理的橋梁加固方案，并按照規(guī)范要求，對(duì)橋梁加固各個(gè)階段進(jìn)行驗(yàn)算。同時(shí)，設(shè)計(jì)單位還需根據(jù)加固方案進(jìn)行造價(jià)比較，并提出具體的施工方法、流程、工藝，確保加固橋梁結(jié)構(gòu)的安全[2,3]。

1.3 工可階段的利用方案

烏賽一級(jí)改高速工可階段，對(duì)于20 m空心板簡(jiǎn)支橋梁主要采取裂縫封堵、瀝青鋪裝洗刨等措施予以維修后直接利用。

2 初步設(shè)計(jì)階段20 m空心板舊橋改造方案

2.1 初步設(shè)計(jì)評(píng)審階段的意見

在初步設(shè)計(jì)評(píng)審中，部分專家提出，老標(biāo)準(zhǔn)汽車—超20、掛車-120施工的20 m空心板梁，部分技術(shù)指標(biāo)不能達(dá)到公路Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，提出鑿除原橋面10 cm現(xiàn)澆混凝土層后，重新澆筑14 cm現(xiàn)澆混凝土鋪裝，并增設(shè)φ14雙層鋼筋網(wǎng)以提高橋梁承載力[4]。

該方案涉及到改建段的8座大中橋梁，其中兩座為跨越鐵路橋梁，三座位于分離式路基的長大下坡路段。

2.2 加高橋面施工方案面臨的困難

從施工角度來看，如采取加高橋面方式以提高承載力有如下問題：

2.2.1 施工難度大

鑿除原有橋梁的鋼筋混凝土現(xiàn)澆層，不能使用大型機(jī)械作業(yè)，否則對(duì)于原梁體極易造成損害，只能通過人工用風(fēng)鎬敲除，但施工效率低，封閉交通時(shí)間長，影響當(dāng)?shù)爻鲂小?/p>

2.2.2 可能破壞原有梁體

原標(biāo)準(zhǔn)圖20 m空心板頂板設(shè)計(jì)厚度為10 cm，施工中往往存在芯模上浮問題，造成頂板厚度不足的事實(shí)，從國內(nèi)其它地方舊橋調(diào)查來看，個(gè)別橋梁空心板頂板厚度低于5 cm。鑿除現(xiàn)澆層過程中，一旦控制不嚴(yán)，勢(shì)必造成空心板頂板破壞，導(dǎo)致空心板修復(fù)困難，造成難以逆轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)性損傷。

2.2.3 鑿除原有現(xiàn)澆層后，新澆筑現(xiàn)澆層與空心板之間存在連接困難的情況

鑿除原有現(xiàn)澆層過程中，對(duì)于空心板頂部預(yù)制階段原預(yù)留的伸入現(xiàn)澆層的搭接鋼筋，不可避免地會(huì)造成損壞，影響現(xiàn)澆層與預(yù)制主梁之間的連接。

2.2.4 協(xié)調(diào)困難

高速公路建設(shè)中，凡是涉及鐵路跨線橋的問題，一般需要由鐵路部門設(shè)計(jì)、鐵路部門施工，在鐵路信號(hào)控制、時(shí)間安排上存在協(xié)調(diào)上的層層障礙，影響該方案的實(shí)施。

2.2.5 安全風(fēng)險(xiǎn)高

以四臺(tái)1號(hào)大橋?yàn)槔?，該橋處于分離式路基長大縱坡范圍，屬于交通事故高發(fā)地帶。SK510+500～SK542+500上坡路段共計(jì)約32 km，平均縱坡約4%，最大縱坡5.95%。XK510+500～XK549+925下坡路段共計(jì)約9.4 km，平均縱坡約3.3%，最大縱坡5.041%。

如采取鑿除現(xiàn)澆層加高主梁施工方案，下行車輛改走上行線，縱坡加大，而且上行線沒有避險(xiǎn)車道，一旦下行車輛出現(xiàn)剎車失靈的故障，將造成重大交通事故。

2.2.6 工期難以保證

由于必須維持交通，只能采取半幅施工。以第一合同段為例，共計(jì)需要拆除35 000 m2橋面，按照常規(guī)的工作效率(見久久信息網(wǎng):http:// www.99inf.com/ jianzhu/ dlql/ 503671.html)計(jì)算， 5座橋同時(shí)開工，半幅鑿除需要94個(gè)工作日；橋面澆筑、混凝土養(yǎng)生約60個(gè)工作日，半幅施工實(shí)際需要154個(gè)工作日，總工期為308 d。

若采用目前較先進(jìn)的混凝土分裂機(jī)作業(yè)，每臺(tái)機(jī)器日均拆除量可達(dá)50 m2左右，5座橋梁同時(shí)開工，半幅施工全部改造完畢需要260個(gè)工作日。前提是施工單位必須投入5臺(tái)混凝土分裂機(jī)。

原計(jì)劃工期7個(gè)月，無論是人工鑿除還是分裂機(jī)作業(yè)，均難以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

2.2.7 鑿除費(fèi)用高

如采用人工鑿除，每個(gè)工日按照150元計(jì)算，第一合同段人工鑿除費(fèi)用為420萬元。若同時(shí)投入5臺(tái)混凝土分裂機(jī)，機(jī)器購置和人工合計(jì)約443萬元。無論采取哪種方式，必將投入巨大。

3 施工階段的方案變更

3.1 梁底加固方案的提出

施工階段，施工方提出采取主梁底面加固以提高承載力，目前國內(nèi)比較成熟的經(jīng)驗(yàn)有在板底貼鋼板、貼碳纖維等方式[5]，優(yōu)勢(shì)如下：

3.1.1 封路時(shí)間短，有利于減少交通安全風(fēng)險(xiǎn)。

只在瀝青路面洗刨階段短暫封閉交通，而不需要將下行線車輛引導(dǎo)走上行線，減少安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.1.2 對(duì)主梁造成損傷相對(duì)較小

通過貼鋼板或者貼碳纖維的方式，不需要進(jìn)行鑿除施工，不破壞原有橋梁的整體性。

3.1.3 可以加快施工進(jìn)度

作業(yè)相對(duì)簡(jiǎn)單，可以多個(gè)作業(yè)面同時(shí)開工以加快進(jìn)度。烏賽高速系國家“7918”國高網(wǎng)中重要的一橫，交通流量大，社會(huì)影響面廣。如果長期處于封閉施工狀態(tài)，會(huì)對(duì)邊貿(mào)經(jīng)濟(jì)和交通行業(yè)帶來負(fù)面社會(huì)影響。

3.2 舊橋荷載試驗(yàn)的結(jié)論

經(jīng)過參建各方的商議，抽取2座相對(duì)狀況較差的橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)，主要確定應(yīng)力、裂縫、撓度等指標(biāo)，以便確定舊橋?qū)嶋H承載能力。

荷載試驗(yàn)結(jié)果表明，舊橋在試驗(yàn)荷載作用下，所有應(yīng)變和撓度的實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值，結(jié)構(gòu)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)和結(jié)構(gòu)撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于1;最大殘余變位沒有超出規(guī)范規(guī)定的20%。橋梁基本滿足汽-超20荷載的相關(guān)要求，可以采取裂縫修補(bǔ)、局部鋼板加固等辦法，延長結(jié)構(gòu)的耐久性[6]。

4 梁底粘貼與橋面鋪裝加厚的方案比較

4.1 造價(jià)比較

烏賽項(xiàng)目全線20 m空心板加固施工，經(jīng)計(jì)算，梁底粘貼加固相比梁橋橋面鋪裝加厚方案，節(jié)約工程造價(jià)約900萬元。

4.2 工期比較

除去舊橋檢測(cè)、方案論證約2個(gè)半月，梁底加固比橋面加厚方案實(shí)際節(jié)約工期100余天。

5 加固方案對(duì)參建各方的影響

對(duì)比橋面增加鋪裝厚度和梁底加固的方案，對(duì)參建各方的影響如下：

5.1 對(duì)于施工方的影響

5.1.1 施工方的風(fēng)險(xiǎn)

變更由施工方提出，必須先做荷載試驗(yàn)，檢測(cè)費(fèi)由施工方負(fù)擔(dān)。一旦荷載試驗(yàn)證明梁底加固不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，需要維持原設(shè)計(jì)，即拆除原有橋面鋪裝后重新加厚施工、補(bǔ)強(qiáng)，則施工單位損失了工期和檢測(cè)費(fèi)用。

5.1.2 施工方利益

施工單位初步測(cè)算，由于該類型橋梁改建，或者投入大量人工，或者采購新的混凝土破除設(shè)備，投資巨大，基本處于虧損邊緣，特別是兩處跨鐵路的20 m空心板橋，橋面是公路邊通車邊施工，下面鐵路需繼續(xù)營運(yùn)，如果管理不當(dāng)，公路或者鐵路均有出現(xiàn)重大事故的可能性；尤其是下穿的鐵路，存在高空墜落等重大風(fēng)險(xiǎn)隱患。鐵路部門的信號(hào)、安全設(shè)施、維護(hù)成本高，施工過程中必須接受鐵路部門的監(jiān)督管理，影響施工效率[7]。

5.2 對(duì)于業(yè)主方的影響

5.2.1 業(yè)主的風(fēng)險(xiǎn)

由于是抽取其中的兩座橋梁作為樣本進(jìn)行檢測(cè)，雖然是通過目測(cè)，選取狀況相對(duì)較差的橋梁檢測(cè)的情況，但是不排除狀況更差的橋梁沒有檢測(cè)到，留下安全隱患。

5.2.2 業(yè)主的利益

由于荷載試驗(yàn)證明，舊橋基本滿足汽-超20荷載下相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的要求，取消了20 m空心板橋面鋪裝的改造，降低了工程造價(jià)，節(jié)約工期，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。特別是避免了“新的加固施工對(duì)于原有主梁的破壞”，避免了出現(xiàn)“加固過程中總體垮塌”的悲劇。

6 結(jié) 論

汽-超20荷載標(biāo)準(zhǔn)的20 m空心板舊橋加固方式可以采取橋面加高主梁、梁底粘貼鋼板等方式，加高主梁，施工相對(duì)簡(jiǎn)單，但是采取梁底粘貼的方式，在造價(jià)和工期方面更有優(yōu)勢(shì)。所有方案的確定，必須在對(duì)原有橋梁實(shí)際承載能力充分調(diào)查的基礎(chǔ)上進(jìn)行。