潘可明，肖永銘，王海東，賀大朋

（1.北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京市 100082；2.北方工業(yè)大學(xué)，北京市 100144）

0 引言

我國現(xiàn)有公路和市政橋梁體系中，中小跨徑橋梁占有很大比例。部分中小跨徑橋梁由于使用年限較長(zhǎng)、原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低、養(yǎng)護(hù)不到位，或長(zhǎng)期重超載交通等原因，造成橋梁病害嚴(yán)重，急需進(jìn)行加固改造。對(duì)于大型城市的城市道路及市區(qū)內(nèi)的高速公路橋梁，傳統(tǒng)的橋梁改造方法需要中斷道路通行，對(duì)本已十分擁堵的城市交通造成巨大的影響，還會(huì)造成道路使用者時(shí)間的延誤和不必要的燃料消耗，經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益損失巨大。因此，在橋梁改造過程中，應(yīng)盡量縮短工期，最小限度地干擾交通。因此，研發(fā)一套適用于中小跨徑橋梁改造工程的設(shè)計(jì)施工體系迫在眉睫。

1 概述

佃起河橋位于京港澳高速公路主線K17+962處。原橋?yàn)榭鐝? m鋼筋混凝土蓋板涵，分為左右兩幅。道路寬度為13.5 m（左幅）+10 m（中央隔離帶）+13.5 m（右幅）。河道在橋涵位置收窄,不滿足河道規(guī)劃斷面要求。原佃起河小橋改造工程列為2016年北京市防洪排澇重點(diǎn)水務(wù)工程，要求在2017年7月2日之前必須完成改造施工。京港澳高速（北京段）車流量很大，采用常規(guī)方式施工將對(duì)已經(jīng)比較擁堵的道路造成更大的交通壓力。綜合考慮各種因素，經(jīng)各方案比選論證后，決定采用中小跨徑橋梁全預(yù)制快速施工方案作為實(shí)施方案，現(xiàn)狀交通進(jìn)行局部導(dǎo)改，施工工期壓縮至一個(gè)月以內(nèi)，2017年7月2日主汛期前必須完成施工。

2 全預(yù)制橋梁快速實(shí)施設(shè)計(jì)方案

2.1 上部結(jié)構(gòu)

佃起河橋全長(zhǎng)30.86 m，橋梁寬度37.5 m,橋梁面積1 157 m2，橫向分為左右兩幅。主梁采用3×10 m鋼板梁（見圖1），單幅橋?qū)?8.75 m。單幅橋橫向共分為5片π型梁預(yù)制段，每個(gè)制作段長(zhǎng)30 m，梁高0.85 m。每片π型梁由3片工字梁焊接而成，外懸臂0.62 m，中間梁梁格間距1.25 m，頂板厚0.02 m，底板厚0.02 m，腹板厚0.014 m，頂板U肋厚0.008 m，懸臂底加勁板厚0.01 m，橫隔板厚0.012 m，頂板橫向加勁肋厚0.012 m[1]。單片π型主梁在工廠預(yù)制，運(yùn)輸至橋位南側(cè)現(xiàn)狀路面后現(xiàn)場(chǎng)拼裝，待下部結(jié)構(gòu)施工完成后將主梁吊裝就位。

2.2 下部結(jié)構(gòu)

下部結(jié)構(gòu)采用蓋梁接圓柱墩，基礎(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)形式。蓋梁、墩柱為一體式預(yù)制結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆施工[1]。其中：?jiǎn)蝹€(gè)邊墩蓋梁尺寸3.73 m×1.5 m×1 m，邊墩墩柱直徑0.8 m，單個(gè)邊墩蓋梁墩柱吊裝重量220 kN；單個(gè)中墩蓋梁尺寸為3.73 m×1.5 m×1 m，中墩墩柱直徑為0.8 m，單個(gè)中墩蓋梁墩柱吊裝重量180 kN。中墩及邊墩現(xiàn)澆擴(kuò)大基礎(chǔ)尺寸為4 m×19.37 m×2 m。擴(kuò)大基礎(chǔ)頂部設(shè)置杯口，基礎(chǔ)與預(yù)制墩柱為承插式連接，墩柱嵌入杯口內(nèi)部1.6 m[1]。

圖1 主梁橫斷面圖(單位：mm)

3 橋梁施工

3.1 施工步驟

施工步驟為：基坑開挖、基礎(chǔ)澆筑→一體式橋臺(tái)及中墩吊裝→承臺(tái)及臺(tái)后回填→主梁吊裝→主梁焊接→鋪裝施工→恢復(fù)交通（見圖2）。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)施工圖

3.2 施工工期

橋位現(xiàn)場(chǎng)周圍管線復(fù)雜，施工空間狹小，預(yù)制上、下部構(gòu)件安裝及吊裝工序復(fù)雜。為滿足工期要求，該工程優(yōu)化交通導(dǎo)行、基坑開挖、基坑支護(hù)、下部結(jié)構(gòu)吊裝和鋼梁架設(shè)等方案，完善施工組織，采取合理有效措施節(jié)約施工工期，實(shí)現(xiàn)橋梁快速施工，最終通車時(shí)間比原計(jì)劃提前了5 d（見表1）。

表1 工期進(jìn)度表

4 中小跨徑全預(yù)制橋梁實(shí)施關(guān)鍵技術(shù)

4.1 墩柱蓋梁整體預(yù)制制作安裝技術(shù)

4.1.1 墩柱蓋梁整體預(yù)制混凝土配比選型

該項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件的特點(diǎn)是體積大、鋼筋直徑大且密，墩柱部分?jǐn)嗝鏋閳A形，混凝土澆筑時(shí)汽泡不易返出，易影響外觀質(zhì)量，墩柱下部鋼板箍處更不易密實(shí)。為保證混凝土耐久性要求和澆筑質(zhì)量，采用了以下措施[2]：

（1）選擇較低水化熱的北京琉璃河水泥、F類Ⅰ級(jí)粉煤灰、聚羧酸高性能減水劑、低堿活性粗細(xì)骨料。

（2）考慮到外觀和強(qiáng)度的要求，采用單摻粉煤灰15%的配合比。

（3）通過測(cè)試坍落度、擴(kuò)展度試驗(yàn)等性能，確定實(shí)際生產(chǎn)配合比，保證和易性、填充性、均質(zhì)性。

（4）適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)措施。蒸養(yǎng)采取緩慢升溫、恒溫、再緩慢降溫的養(yǎng)護(hù)措施。

4.1.2 混凝土澆筑

主要工序[2]如下：

（1）先澆筑墩柱的部分，讓混凝土從墩柱流向蓋梁，以達(dá)到澆筑密實(shí)的效果。

（2）鋼板箍上增加澆筑孔，構(gòu)件應(yīng)分層澆筑，每層澆筑厚度不大于30 cm。

（3）墩柱部分采用附著式振搗器與振搗棒相結(jié)合的振搗方式。

（4）在澆筑過程中易出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，為保證澆筑質(zhì)量，及時(shí)進(jìn)行混凝土表面泌水的清除工作。

（5）混凝土成型后，蓋梁手工操作面要求壓光處理。

4.1.3 墩柱蓋梁吊裝

選用德國DEM AG AC350型350 t吊車，42.4 m主臂，分別站位于邊跨的蓋梁南、北側(cè)及京港澳高速主路的東西兩半幅，每次吊裝邊、中墩蓋梁各5根。每半幅整體蓋梁墩柱吊裝需挪一次車，確保安全吊裝。

4.2 預(yù)制墩柱、基礎(chǔ)承插式連接技術(shù)

常見的預(yù)制墩柱與基礎(chǔ)之間的連接方式主要有金屬波紋管、機(jī)械耦合器和灌漿套筒等，一般難以滿足高震區(qū)的抗震性能要求。該項(xiàng)目首次在高震區(qū)高速公路項(xiàng)目中采用預(yù)制墩柱、基礎(chǔ)承插式連接技術(shù)。該技術(shù)良好地滿足了該工程快速施工工期及高震區(qū)預(yù)制結(jié)構(gòu)連接的要求。

佃起河橋下部結(jié)構(gòu)墩柱蓋梁為一體式預(yù)制[3]（見圖3），單幅橋橫向分為5個(gè)預(yù)制塊，采用蓋梁接圓柱墩形式。預(yù)制蓋梁、墩柱在工廠一體綁扎鋼筋、一體澆筑混凝土?；A(chǔ)采用現(xiàn)澆擴(kuò)大基礎(chǔ)?；A(chǔ)頂部預(yù)留凹槽，墩柱插入凹槽內(nèi)，墩柱插入凹槽的部分外側(cè)固定有墩柱鋼板箍。預(yù)制混凝土墩最底端設(shè)有與墩柱鋼板箍連接的封頭鋼板；在鋼板箍外側(cè)設(shè)置5 cm長(zhǎng)剪力釘，用于增加墩柱與細(xì)石混凝土黏結(jié)強(qiáng)度，現(xiàn)澆基礎(chǔ)的杯口與墩柱鋼板箍之間填充快硬高強(qiáng)混凝土（見圖4）。在現(xiàn)澆基礎(chǔ)的杯口頂部固定有法蘭盤。法蘭盤上端成輻射狀設(shè)基礎(chǔ)頂定位鋼板，用于定位墩柱，其內(nèi)端面為連接定位端，與墩柱鋼板箍現(xiàn)場(chǎng)焊接。

圖3 預(yù)制下部結(jié)構(gòu)圖

圖4 基礎(chǔ)杯口構(gòu)造（單位：mm）

預(yù)制整體蓋梁墩柱就位后，對(duì)墩位進(jìn)行調(diào)整，然后采用墩柱與承臺(tái)預(yù)埋件之間鋼板焊接的方式進(jìn)行固定，灌注帶骨料高強(qiáng)度灌漿料。由于工期緊張，該工程杯口混凝土選用速凝型灌漿料，4 h后混凝土強(qiáng)度可滿足投入使用要求。承插式連接在連接部位預(yù)設(shè)定位設(shè)施，可實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確定位、安裝墩柱，減少現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)間，使連接界面具有足夠的強(qiáng)度和延性，并可以于連接處設(shè)置消能器件，有效提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。該構(gòu)造施工操作簡(jiǎn)單、速度快，有效保障了快速施工的工期要求。

4.3 大型自行式吊車整體吊裝鋼梁技術(shù)

該項(xiàng)目通過兩輛大型吊裝設(shè)備吊裝，解決了現(xiàn)場(chǎng)狹小交叉施工的難題，在鋼梁的吊裝過程中，其余可進(jìn)行的工作均能有序?qū)嵤?，工作效率高。吊裝過程安全、穩(wěn)定、可靠，兩臺(tái)汽車吊的負(fù)載率均在安全范圍之內(nèi)。經(jīng)濟(jì)方面，接力工法吊裝處于單機(jī)起重和雙機(jī)抬吊之間，經(jīng)濟(jì)性適中。該項(xiàng)目的接力吊裝施工工藝值得以后類似工程繼續(xù)推廣與應(yīng)用。圖5為500 t汽車吊及300 t汽車吊接力吊裝示意圖。

圖5 500 t汽車吊及300 t汽車吊 接力吊裝示意圖

4.4 鋼橋面高性能環(huán)氧瀝青快速開放交通技術(shù)

目前用于橋面鋪裝的材料主要有澆注式瀝青混合料、改性SM A混合料、環(huán)氧瀝青混合料3種鋪裝材料。各材料在施工中對(duì)時(shí)間、溫度要求十分嚴(yán)格，并且養(yǎng)生時(shí)間較長(zhǎng)，開放交通時(shí)間一般要以幾天計(jì)，均不適用于該項(xiàng)目。

該技術(shù)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于，鋪裝施工后可快速開放交通，同時(shí)該工程采用了新型高強(qiáng)環(huán)氧瀝青鋪裝結(jié)構(gòu)。佃起河橋以環(huán)氧瀝青組成成分為切入點(diǎn)，進(jìn)行微觀化的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究，合理設(shè)計(jì)環(huán)氧瀝青組成成分的組合，使環(huán)氧樹脂均勻、充分地分布于瀝青中，且以黏度隨時(shí)間變化作為控制指標(biāo)，研制材料的施工適用期及開放交通的時(shí)間[4]?；隈R歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)等結(jié)果提出新型高強(qiáng)環(huán)氧瀝青鋪裝（見圖6）。鋪裝由上至下依次為：高黏度瀝青SM A層 4 cm，環(huán)氧樹脂粘層、環(huán)氧瀝青混凝土層（EA）4 cm，環(huán)氧樹脂黏層。在施工后4～6 h之內(nèi)即可開放交通，強(qiáng)度高、韌性好、抗疲勞、耐久性強(qiáng)，推動(dòng)了環(huán)氧瀝青橋面鋪裝新技術(shù)的發(fā)展。

圖6 橋面鋪裝施工圖

5 結(jié)論

（1）該項(xiàng)目中小跨徑全預(yù)制橋梁快速施工的的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：墩柱蓋梁整體預(yù)制制作安裝技術(shù)、預(yù)制墩柱基礎(chǔ)承插式連接技術(shù)、大型自行式吊車整體吊裝鋼梁技術(shù)、鋼橋面高性能環(huán)氧瀝青快速開放交通技術(shù)等。

（2）北京市佃起河橋改造工程將常規(guī)2～3個(gè)月的橋梁改造工期縮短為25 d，極大緩解了改造工程對(duì)現(xiàn)狀交通的影響，社會(huì)效益顯著。

（3）該橋基礎(chǔ)與預(yù)制下部結(jié)構(gòu)采用新型的承插式連接形式，其構(gòu)造參數(shù)及抗震性能有待進(jìn)一步研究分析。