繁忙交通下中小跨徑橋梁改造方案與實踐

賀大朋 潘可明 肖永銘

(北京市市政工程設計研究總院有限公司 100082)

引言

我國部分中小跨徑橋梁因橋梁病害嚴重或功能已不滿足周邊的需求，急需進行改造。對于大型城市的城市道路及市郊的高速公路橋梁，傳統(tǒng)的橋梁改造方法需要用交通導改或交通繞行的方式實現(xiàn)，影響交通周期長，對經(jīng)濟及社會效益造成巨大損失。因此，在橋梁改造過程中，應盡量縮短工期，最小限度地干擾交通，即提出一套適用于中小跨徑橋梁改造工程的設計、施工方案迫在眉睫。

1 工程概況

現(xiàn)況橋涵位于京港澳高速北京段，京港澳高速是北京經(jīng)石家莊通往廣州的國家級干路107 國道的一部分，是北京西南方向連接京、冀、晉等地的重要公路干線。京港澳高速公路北京段起點為三環(huán)路的六里橋立交，經(jīng)盧溝橋、良鄉(xiāng)、琉璃河出市界，道路全長45.6km。工程分四期建設，1994年全線建成通車。為繼續(xù)發(fā)揮京港澳高速公路重要交通作用，提升高速公路的整體品質(zhì)，并為承辦2008年奧運會創(chuàng)造良好的交通條件，于2005年對京港澳高速公路進行大修。

佃起河處現(xiàn)況道路為雙向六車道，道路全寬37m，左、右幅車道寬 13.5m，中央隔離帶寬10m，設計車速120km/h?，F(xiàn)況橋涵為蓋板涵，位于京港澳高速公路K5 +857.5 處，跨徑7m。規(guī)劃佃起河河道采用梯形斷面，河道上口寬28m，底寬14m，100年一遇洪水位45.20m?，F(xiàn)況河道在橋涵位置收窄，不滿足規(guī)劃河道過水斷面要求，因此擬對現(xiàn)況橋梁進行拆除重建。見圖1。

2 橋梁改造方案

本次佃起河橋改建設計原則如下：

圖1 現(xiàn)況佃起河橋Fig.1 Current bridge of Dianqi River

(1)高速公路管理部門要求，需保證路段在施工期間雙向四車道通行能力，并盡量減小影響交通時間、工期應盡量短、施工期間應確保交通安全。

(2)新建橋梁需為道路遠期規(guī)劃雙向8 車道預留條件。

(3)橋跨布置需滿足規(guī)劃佃起河河道過水斷面要求，河道上口寬28m，底寬14m。

(4)因現(xiàn)況路面高程較低，為滿足河道百年水位要求，橋梁梁高需控制在90cm 以下。

常規(guī)簡支T 梁改造方案工期約2 個月，且施工期間需將交通臨時導改至道路外側，道路通行速度由 120km/h 降至 40km/h，社會影響大。為縮短工期，采用盡量減少現(xiàn)場澆筑構件的設計思路，提出兩個設計方案，分別為頂推預制箱涵方案和全預制橋梁方案。

2.1 方案1:頂推預制箱涵方案

本方案保留既有箱涵，在既有箱涵兩側各新建一處箱涵，箱涵寬度 12.1m，高度 4.4m。在道路兩側工作坑內(nèi)預制箱涵，預制箱涵采用頂進施工，單幅橋頂進時需交通導改約2 天。因本處道路高程低，需采用明挖頂推施工。為滿足交通導改，并考慮遠期車道加寬，新建左右幅箱涵頂推至中央分隔帶中線處，并修建10m 長小箱涵連通現(xiàn)況箱涵。新建箱涵與既有橋涵凈距6m。東側工作坑內(nèi)有一條石油管線需改移。見圖2。

圖2 方案1 示意(單位：cm)Fig.2 Sketch of scheme 1(unit：cm)

2.2 方案2:全預制橋梁方案

全預制橋梁是上、下部結構構件主要采用工廠預制、現(xiàn)場拼裝施工技術的橋梁。預制構件方法可提高高速公路建設的速度，但預制下部結構受到更多的約束條件和技術限制。預制構件避免了在現(xiàn)場拼裝、澆筑和養(yǎng)護，使得橋梁施工更加安全和環(huán)保，同時也加快了施工進度。預制構件可提高工程的質(zhì)量和耐久性，因為預制構件都是在一個可控的環(huán)境中生產(chǎn)，還降低了工人在混亂場面中工作的危險性。但是現(xiàn)有的預制下部結構技術各構件連接節(jié)點在高震區(qū)使用的可靠性有待驗證。

本方案上部結構：主梁采用3 ×10m 鋼板梁，分為左右兩幅橋，單幅橋?qū)?8.75m。單幅橋橫向共分為5 片 π 型梁預制段，每個制作段長30m，梁高85cm。每片“π”型梁由 3 片工字梁焊接而成，外懸臂 0.62m，中間梁梁格間距1.25m，頂板厚 20mm，底板厚 20mm，腹板厚14mm，頂板 U 肋厚 8mm，懸臂底加勁板厚10mm，橫隔板厚 12mm，頂板橫向加勁肋厚12mm。單片π 型主梁在工廠預制，運輸至橋位南側現(xiàn)況路面后現(xiàn)場拼裝，待下部結構施工完成后采用頂推施工工藝將主梁頂推就位。單片主梁運輸重量約為48t。

本方案下部結構：采用預制結構，蓋梁和墩柱工廠一體化預制。每片梁預制下部結構為獨立結構，單幅橋單軸下部結構分5 塊預制吊裝。其中單個蓋梁尺寸約為 3.73m ×1.5m ×0.8m，墩柱直徑為0.8m，最大吊裝重量25t?；A采用現(xiàn)澆整體擴大基礎形式。單個構件尺寸需考慮吊裝能力、運輸條件確定。見圖3。

圖3 方案2 示意(單位：cm)Fig.3 Sketch of scheme 2(unit：cm)

3 方案比選分析

兩個方案比較見表1。

方案1 主要優(yōu)點為預制箱涵在道路兩側施工時對交通無影響，僅在頂推期間造成交通影響，影響時間僅為兩個周末時間，社會效益高，且已在我國得到了非常好的發(fā)展和更廣泛的運用。主要缺點是工程造價較高，施工中需實時監(jiān)控，確保頂進正常進行，施工難度較大，并且工作坑范圍內(nèi)存在石油管線，管線埋深淺，與箱涵頂進矛盾，需要在開工前協(xié)調(diào)管線單位改移。

方案2 主要優(yōu)點是相比常規(guī)橋梁方案，大大縮短了影響交通時間，且不占用道路紅線外用地，無需改移石油管線。主要缺點是因預制構件數(shù)量較少，預制廠模板無法充分利用，導致橋梁造價較高；同時，高速公路橋梁預制下部結構技術在北京高震區(qū)尚未有應用實例，下部結構的吊裝、就位是一大難點。

表1 方案比較Tab.1 Comparison of schemes

圖4 預制下部結構的運輸、吊裝Fig.4 Transportation and Hoisting of Prefabricated Substructure

因不具備改移石油管線條件，本工程最終選擇方案2 全預制橋梁方案。

4 全預制橋梁關鍵技術問題及解決方案

4.1 預制下部結構細節(jié)設計

傳統(tǒng)預制下部結構設計均為蓋梁、墩柱、基礎分開預制，各部位現(xiàn)場連接，但墩柱與基礎間的連接方式或復雜、或抗震性能得不到保證。本方案下部結構采用橫向分塊，單個蓋梁、墩柱整體工廠預制，擴大基礎現(xiàn)場澆筑并預留杯口。施工現(xiàn)場將預制墩柱插入擴大基礎杯口，墩柱與杯口間隙用現(xiàn)澆混凝土填充。橫向分塊避免蓋梁和墩柱節(jié)點現(xiàn)場連接，墩柱插入擴大基礎凹槽使墩柱主筋不在擴大基礎與墩柱交界面割斷，解決了預制構件節(jié)點抗震問題。下部結構分塊數(shù)量需根據(jù)施工單位吊裝能力確定。

單塊下部結構具體布置如圖5所示，由蓋梁、墩柱兩部分組成，在預制構件廠整體澆筑施工。蓋梁、墩柱連接采用鋼筋連接形式，墩柱受力主筋伸入蓋梁，且伸入長度需滿足錨固長度要求。連接節(jié)點在工廠施工，且為傳統(tǒng)連接方式，施工簡單，滿足相應規(guī)范要求即可。

4.2 預制下部結構吊裝及垂直度調(diào)整

預制下部結構吊裝定位方法：擴大基礎頂設置法蘭盤，法蘭盤焊接定位鋼板，用于定位預制構件墩柱，確保細石混凝土硬化前墩柱垂直度。預制墩柱伸入杯口，伸入長度需滿足2 倍墩柱直徑。伸入杯口的墩柱部分外側錨固鋼板箍，鋼板箍外側焊接5cm 長剪力釘，杯口與墩柱間隙采用細石混凝土填充，剪力釘用于增加墩柱與細石混凝土的粘結力。杯口構造如圖6所示。

圖5 單個預制構件構造(單位：cm)Fig.5 Prefabricated component construction(unit：cm)

圖6 墩柱、基礎連接Fig.6 Theconnection of pier and foundation

預制下部結構缺少現(xiàn)澆構件可現(xiàn)場調(diào)整的優(yōu)勢，對設計人員提出了更高要求，需設計人把握預制構件尺寸準確無誤，一旦尺寸錯誤，易造成廢件。

5 結語

1.頂推箱涵方案施工周期最短，造價偏高，需占用道路紅線外用地，受周邊環(huán)境影響大，適用于交通量大、道路等級高、周邊環(huán)境簡單的橋梁改造工程；全預制橋梁方案施工周期短，造價偏高，受周邊用地影響小，適用于交通量大、道路等級高的橋梁改造工程。

2.本工程綜合考慮工程造價、社會效益，采用可以縮短工期方案、盡量預制構件的設計思路，通過采用預制橋梁上、下部結構，將正常情況下需75 天的施工工期縮短為25 天，最大程度降低現(xiàn)況交通影響和社會影響。

3.本工程全預制橋梁方案下部結構采用橫向分塊，單個蓋梁、墩柱整體工廠預制。擴大基礎現(xiàn)場澆筑并預留杯口。施工現(xiàn)場將預制墩柱插入擴大基礎杯口，墩柱與杯口間隙用現(xiàn)澆混凝土填充。此方案解決了高震區(qū)預制墩柱與基礎連接問題。

4.預制下部結構的運輸與吊裝是工程實施的關鍵問題。單個預制構件尺寸、重量需考慮現(xiàn)場吊裝能力、運輸條件確定。采用承臺法蘭盤與墩柱三角鋼板焊接是確保預制墩柱垂直度的一種方法。