高速公路改擴(kuò)建預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋梁加寬設(shè)計(jì)分析

馬衛(wèi)建

(山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

高速公路具有運(yùn)量大、速度快、輻射遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，其作為我國道路交通體系的重要組成部分，不僅促進(jìn)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，還提高了運(yùn)輸效率[1]。新時(shí)期下，為了進(jìn)一步滿足地區(qū)交通量的增長需求，應(yīng)積極對高速公路已行改擴(kuò)建，充分利用原有路基，以此減少建設(shè)用地，縮短建設(shè)周期，提高建設(shè)效率。在改擴(kuò)建中，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板占有重要比例，其主要適用于中小跨徑橋梁，具有就地取材、施工性好、耐久性好的優(yōu)點(diǎn)[2]。以下對具體的加寬設(shè)計(jì)情況展開探析。

1 京臺高速泰棗段既有預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋梁概況

京臺高速泰安至棗莊段于2001年建成通車，采用設(shè)計(jì)速度120 km/h，雙向四車道高速公路，路基寬度28 m，全線橋涵汽車荷載等級均為汽車超-20級、掛車-120。10～20 m跨徑橋梁上部均為預(yù)應(yīng)力混凝土空心板。既有橋梁鋪裝為10 cm混凝土現(xiàn)澆層+8 cm瀝青混凝土。

2 京臺高速泰棗段預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋梁加寬設(shè)計(jì)方案

2.1 改擴(kuò)建方案

京臺高速泰棗段由原來的雙向四車道改擴(kuò)建為雙向八車道，改擴(kuò)建方式以兩側(cè)拼寬為主、分離加寬為輔。兩側(cè)拼寬路段路基寬度由28 m改擴(kuò)建為42 m。改擴(kuò)建后兩側(cè)拼寬路段橋梁寬度為42 m。以兩側(cè)拼寬路段預(yù)應(yīng)力混凝土空心板加寬為例，介紹空心板橋梁拼寬方案。

2.2 加寬設(shè)計(jì)基本要求

依據(jù)既有預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋梁的實(shí)際使用情況、被交道路及河道的情況，遵循盡量利用既有橋梁的設(shè)計(jì)原則，確定橋梁改擴(kuò)建方案。對兩側(cè)拼寬橋梁，為保證新舊橋梁上部結(jié)構(gòu)剛度接近，宜選用與既有橋梁同結(jié)構(gòu)的橋型。橋梁改擴(kuò)建遵循“上連下不連”的加寬方式，最大限度避免新舊橋梁因不均勻沉降對橋梁產(chǎn)生不利影響[3]。

2.3 準(zhǔn)備工作

首先，在橋梁加寬施工之前，工作人員需要將施工所需的所有機(jī)械設(shè)備、材料等準(zhǔn)備齊全，抽檢合格之后方可進(jìn)入施工場地。要求管理人員合理存放所有材料設(shè)備，如水泥、鋼筋、鉆孔機(jī)械等等。由勘察人員對施工現(xiàn)場進(jìn)行勘察，全面調(diào)研并獲得精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，結(jié)合工程實(shí)際情況，確定具體的施工參數(shù)和方案。將施工場地劃分為警示區(qū)、過渡區(qū)、作業(yè)區(qū)，并設(shè)置好相關(guān)警示標(biāo)語，做好交通導(dǎo)行工作。

其次，施工人員需要對舊橋做好鑿除與切割工作，具體流程包含了3個(gè)步驟：(1)是護(hù)欄的鑿除切割施工，施工人員可以采用一次切割法，在橋梁梁板下方預(yù)留3～5 cm開始實(shí)施人工鑿除，保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)，避免產(chǎn)生破壞。(2)是邊緣線切割，施工人員首先進(jìn)行劃線作業(yè)，位置在切割線外側(cè)約為1～2 cm處，這樣能夠?yàn)楹罄m(xù)橋梁縫隙的處理預(yù)留一定的空間，然后綜合劃線位置開始切割。(3)是混凝土空心板的鑿除，施工人員依據(jù)設(shè)計(jì)要求實(shí)施，采取小錘手工法進(jìn)行鑿除，這樣能夠保護(hù)橋梁鋼筋結(jié)構(gòu)，避免對其造成破壞，嚴(yán)禁使用風(fēng)鎬等大型機(jī)械施工。與此同時(shí)，施工人員在鑿除作業(yè)的過程中，還需要由專門的管理人員做好監(jiān)督工作，注意施工人員的安全防護(hù)工作，以此保障施工人員的人身安全，也避免橋梁結(jié)構(gòu)部位受到損壞。若突發(fā)危險(xiǎn)情況，應(yīng)立即停止施工，疏散施工人員，而后派遣專門的人員探尋原因，解決問題。鑿除施工完成之后，由專業(yè)人員對其質(zhì)量展開驗(yàn)收，若發(fā)現(xiàn)不合格之處需要及時(shí)整改。

再次，鑿除工作驗(yàn)收合格之后，進(jìn)入到鋼筋植入環(huán)節(jié)。施工人員依據(jù)舊橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對其邊緣部位的鋼筋植入位置進(jìn)行放樣劃線，然后再安裝對應(yīng)的鉆孔設(shè)備開始下一步的施工。在鉆孔作業(yè)的過程中，施工人員需要合理控制其鉆孔深度，確保鉆孔深度大于舊橋梁鋼筋植入的設(shè)計(jì)要求。鉆孔作業(yè)結(jié)束之后，由負(fù)責(zé)人員對其深度、尺寸、位置等進(jìn)行驗(yàn)收。四宮格人員將氣泵和噴嘴連接在一起，進(jìn)行鉆孔的清理工作，分別是三次吹氣。具體而言，第一次吹氣的時(shí)候，主要是將鉆孔內(nèi)的雜物清理干凈。第二次吹氣后，采用硬毛刷對其孔洞實(shí)施全面清理。第三次吹氣旨在提高清理效果。完成后，施工人員開始進(jìn)行鋼筋植入施工，先將孔內(nèi)灌滿水泥砂漿，灌到孔深的四分之三處停止。然后向孔中注入合適量的植筋膠，使得鋼筋和鉆孔緊密結(jié)合。施工人員采用單向旋轉(zhuǎn)的方法將鋼筋植入其中，若位置不端的鋼筋需要及時(shí)調(diào)整，使得其垂直度滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4 空心板橋梁加寬設(shè)計(jì)方案

(1)上部結(jié)構(gòu)加寬

既有橋梁拼寬需要同時(shí)考慮既有路面加鋪方案，交通組織方案，橋梁下部構(gòu)造拼寬等因素。根據(jù)《高速公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T L11-2014)，橋梁拼寬后既有橋梁承載能力極限狀態(tài)需滿足公路-Ⅰ級荷載等級，同時(shí)根據(jù)《交通運(yùn)輸部辦公廳關(guān)于<公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)>(JTG B01-2014)第6.0.10條補(bǔ)充說明的通知》(交辦公路函〔2019〕1255號)文件，按照分車道、分車型的計(jì)算方法計(jì)算空心板的橫向分布系數(shù)。

相比既有橋梁，拼寬后空心板橫向分布系數(shù)重新分布，經(jīng)計(jì)算，拼寬后10～20 m跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土空心板中板考慮15 cm鋪裝層受力方可滿足承載能力極限狀態(tài)要求。結(jié)合本項(xiàng)目路面整體加鋪10 cm，因此確定既有空心板橋梁橋面混凝土現(xiàn)澆層厚度為18 cm。既有空心板頂板較薄，若全部鑿除既有混凝土鋪裝，極易造成板頂鑿穿，因此本項(xiàng)目橋面現(xiàn)澆層僅銑刨3 cm，保證新老混凝土結(jié)合良好，同時(shí)加鋪11 cm混凝土現(xiàn)澆層，放置兩層D12鋼筋網(wǎng)。

結(jié)合橋梁檢測報(bào)告，根據(jù)現(xiàn)場查看既有空心板狀況，外側(cè)邊板縱向裂縫和剮蹭較為普遍，且外邊板處于第三車道(重車車道)的輪跡帶上，綜合考慮以上及施工因素，拆除既有橋梁外邊板，更換同尺寸的空心板。新做外邊板與拼寬的內(nèi)邊板之間采用50.5 cm的濕接縫進(jìn)行連接，濕接縫寬度設(shè)置需考慮拼寬空心板的支座不分別在新舊橋臺上，防止不均勻沉降對空心板造成受力不利的影響。以16 m空心板為例，典型拼寬斷面圖見圖1，空心板濕接縫連接圖見圖2。

圖1 空心板拼寬斷面圖(單位：mm)

圖2 空心板濕接縫連接圖(單位：mm)

空心板加寬設(shè)計(jì)需同時(shí)考慮施工期間的保通方案，本項(xiàng)目采用雙向四車道保通方案，先拼寬A幅，A幅橋梁完成混凝土現(xiàn)澆層施工；將車流調(diào)整至A幅，施工B幅橋梁，完成拼寬及瀝青施工；將車流調(diào)整至B幅，完成A幅瀝青鋪裝。在拼寬A幅橋梁時(shí)，拼寬內(nèi)邊板懸臂在預(yù)制場完成預(yù)制，保通階段與既有梁板干接，新老板橋面現(xiàn)澆層統(tǒng)一施工。當(dāng)車流調(diào)整至B幅，更換既有橋梁外邊板，新做現(xiàn)澆層，完成濕接縫施工。

(2)下部結(jié)構(gòu)加寬

橋梁下部拼寬采用不連接的方式拼寬，可最大限度避免新老橋基礎(chǔ)不均勻的沉降問題。為避免拼寬空心板騎縫布設(shè)，必要時(shí)需要切割、鑿除部分橋臺。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋梁加寬施工注意事項(xiàng)

橋梁拼寬施工需要結(jié)合高速公路改擴(kuò)建路線縱斷面擬合和道路加鋪方案進(jìn)行施工，既有高速運(yùn)營時(shí)間較長，改擴(kuò)建后的道路線形均為理論值，縱斷面擬合過程中各位置加鋪厚度有差別，在橋梁范圍內(nèi)，拼寬范圍橋梁施工要順接既有橋梁，需要提前復(fù)測既有橋梁標(biāo)高，保證新拼寬橋梁板頂標(biāo)高與既有橋梁板頂標(biāo)高一致。

在橋梁加寬施工之前，施工人員應(yīng)做好系列準(zhǔn)備工作，確保所有機(jī)械設(shè)備、材料等準(zhǔn)備齊全，抽檢合格之后方可進(jìn)入施工場地。對于材料設(shè)備要針對性的存儲(chǔ)，如水泥、鋼筋、鉆孔機(jī)械等，避免其丟失、損壞。在實(shí)施完成板的架設(shè)作業(yè)之后，施工人員采用現(xiàn)澆濕接縫方法拼接內(nèi)外側(cè)板，確保原本的舊橋梁和新建的部分之間形成一個(gè)整體，共同發(fā)揮受力作用。由于現(xiàn)澆濕接縫施工采用的材料是補(bǔ)償收縮混凝土，所以為了有效的避免后期使用中材料發(fā)生裂縫病害，施工人員應(yīng)提前做好配比試驗(yàn)工作，確保相關(guān)數(shù)值在合理范圍內(nèi)[4]。

在澆筑混凝土的過程中，施工人員應(yīng)當(dāng)遵循連續(xù)性的原則，有效的避免外界因素的負(fù)面影響，降低接縫現(xiàn)象的發(fā)生。加強(qiáng)振搗作業(yè)，確?；炷恋拿軐?shí)性較高。定期灑水養(yǎng)護(hù)，在一周之后可以轉(zhuǎn)換為保濕養(yǎng)護(hù)法。施工人員必須要做好各類養(yǎng)護(hù)措施，才能有效達(dá)到混凝土膨脹效能最優(yōu)的情況。在進(jìn)行植筋作業(yè)的時(shí)候，需要注意的是將舊板植入鋼筋，施工人員應(yīng)合理控制其埋置深度和最小厚度。新板頂?shù)念A(yù)埋鋼筋采用的是順橋向布設(shè)方法，施工人員需要確保彼此之間的間距為10 cm。完成新板的安裝工作之后，需要在第一時(shí)間焊接鋼筋。在植筋作業(yè)之前，施工人員需對其展開全方位的檢查，把握舊橋結(jié)構(gòu)混凝土的實(shí)際情況，了解其是否發(fā)生病害，并及時(shí)處理。依據(jù)設(shè)計(jì)方案布設(shè)植筋孔，采用鋼筋探測儀，逐一檢測之后明確孔位處是否存在受力鋼筋，如果有則需要調(diào)整其位置，避免其對鋼筋造成損害。

舊梁板上植筋的關(guān)鍵之處就是施工人員使用的植筋膠具有的變形能力是否較好，施工人員應(yīng)當(dāng)確保該項(xiàng)材料的彈性模量控制在合理范圍內(nèi)，避免其出現(xiàn)拉力傳遞異常。同時(shí)，施工人員在選擇植筋膠時(shí)，應(yīng)考慮到其環(huán)保、耐久性好的特點(diǎn)，并進(jìn)一步控制固化后E值。加強(qiáng)對抗拔力的檢測和控制。

4 質(zhì)量保障優(yōu)化措施

為了進(jìn)一步提高橋梁加寬的質(zhì)量和使用優(yōu)勢，在加寬施工之前，施工單位應(yīng)積極和當(dāng)?shù)氐慕煌ú块T、道路管理部門等緊密聯(lián)系，獲取橋梁現(xiàn)階段的基本行車量，以及不同時(shí)段的行車量變化規(guī)律。了解橋梁周圍的交通情況，制定對應(yīng)的交通導(dǎo)行方案，從而有效的避免交通壓力增加，盡可能的降低施工作業(yè)對交通出行的負(fù)面影響。同時(shí)，施工單位還可以和氣象局積極取得聯(lián)系，了解未來的天氣變化，并及時(shí)作出施工方案的調(diào)整，做好雨水的防范工作，合理安排施工時(shí)間，最大程度的降低惡劣天氣對施工造成的負(fù)面影響[5]。

在方案設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需結(jié)合實(shí)際情況綜合考慮影響因素，尤其是要關(guān)注橋梁的整體結(jié)構(gòu)性能。明確了施工方案之后，采用信息技術(shù)對該方案進(jìn)行建模，明確其中存在的問題和不足，不斷調(diào)整和完善。對比橋梁加寬前后的整體性能變化數(shù)據(jù)，并就設(shè)計(jì)方案中存在不合理的情況找到解決措施，從而有效減少橋梁沉降等問題。

正式施工之前，施工單位需針對性的開展集中式培訓(xùn)工作，包含了技術(shù)培訓(xùn)、安全培訓(xùn)等。做好技術(shù)交底工作，確保每一位施工人員都能在自己的崗位上扎實(shí)工作，熟練應(yīng)用各類機(jī)械設(shè)備，嚴(yán)格按照相關(guān)要求執(zhí)行。針對個(gè)別特殊崗位，需要檢查對應(yīng)工作人員的從業(yè)資格證，嚴(yán)禁沒有證件的人員上崗。組建專門的監(jiān)督小組，每日對施工現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)督管控，了解施工人員是否按照正確流程作業(yè)，并及時(shí)指出存在安全隱患的地方，將安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低。對施工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)管，從細(xì)節(jié)著手，做好養(yǎng)護(hù)工作，檢測橋梁的質(zhì)量情況。

由負(fù)責(zé)小組做好驗(yàn)收工作，采用堆載預(yù)壓法和沉降監(jiān)測法等，做好質(zhì)量檢測工作。其中，堆載預(yù)壓法主要是指借助一定荷載的重物，在橋梁加寬工作完成之后對其進(jìn)行預(yù)壓，檢測橋梁各處是否出現(xiàn)變形情況，以及變形的程度等。若變形的程度超過了設(shè)計(jì)的要求，需要立即整改，整改合格之后方可投入使用。若沒有出現(xiàn)變形等情況，說明施工質(zhì)量合格。而沉降監(jiān)測法則是指在施工完成后，施工人員長時(shí)間監(jiān)測加寬部位接縫處的沉降值，結(jié)合數(shù)據(jù)判斷施工質(zhì)量是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié) 語

新時(shí)期下，高速公路改擴(kuò)建預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋梁加寬的重要性逐步凸顯，做好加寬設(shè)計(jì)工作不僅會(huì)保障橋梁使用的穩(wěn)定性、安全性，還為交通建設(shè)發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)人員及施工人員必須要結(jié)合現(xiàn)實(shí)需求，從使用情況出發(fā)全面掌握橋梁情況，制定出切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案。做好系列施工工作，提高新舊橋梁的完整度，為人們的出行提供安全高效的通行環(huán)境，持續(xù)增強(qiáng)橋梁的通行服務(wù)能力。