賀大朋 潘可明 肖永銘

(北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司 100082)

引言

我國(guó)部分中小跨徑橋梁因橋梁病害嚴(yán)重或功能已不滿足周邊的需求，急需進(jìn)行改造。對(duì)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(dǎo)改或交通繞行的方式實(shí)現(xiàn)，影響交通周期長(zhǎng)，對(duì)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益造成巨大損失。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，即提出一套適用于中小跨徑橋梁改造工程的設(shè)計(jì)、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(guó)家級(jí)干路107 國(guó)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(diǎn)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(zhǎng)45.6km。工程分四期建設(shè)，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(yùn)會(huì)創(chuàng)造良好的交通條件，于2005年對(duì)京港澳高速公路進(jìn)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(shè)計(jì)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。現(xiàn)況河道在橋涵位置收窄，不滿足規(guī)劃河道過水?dāng)嗝嬉螅虼藬M對(duì)現(xiàn)況橋梁進(jìn)行拆除重建。見圖1。

2 橋梁改造方案

本次佃起河橋改建設(shè)計(jì)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(shí)間、工期應(yīng)盡量短、施工期間應(yīng)確保交通安全。

(2)新建橋梁需為道路遠(yuǎn)期規(guī)劃雙向8 車道預(yù)留條件。

(3)橋跨布置需滿足規(guī)劃佃起河河道過水?dāng)嗝嬉?，河道上口?8m，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(jiǎn)支T 梁改造方案工期約2 個(gè)月，且施工期間需將交通臨時(shí)導(dǎo)改至道路外側(cè)，道路通行速度由 120km/h 降至 40km/h，社會(huì)影響大。為縮短工期，采用盡量減少現(xiàn)場(chǎng)澆筑構(gòu)件的設(shè)計(jì)思路，提出兩個(gè)設(shè)計(jì)方案，分別為頂推預(yù)制箱涵方案和全預(yù)制橋梁方案。

2.1 方案1:頂推預(yù)制箱涵方案

本方案保留既有箱涵，在既有箱涵兩側(cè)各新建一處箱涵，箱涵寬度 12.1m，高度 4.4m。在道路兩側(cè)工作坑內(nèi)預(yù)制箱涵，預(yù)制箱涵采用頂進(jìn)施工，單幅橋頂進(jìn)時(shí)需交通導(dǎo)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(dǎo)改，并考慮遠(yuǎn)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(zhǎng)小箱涵連通現(xiàn)況箱涵。新建箱涵與既有橋涵凈距6m。東側(cè)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(yù)制橋梁方案

全預(yù)制橋梁是上、下部結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)拼裝施工技術(shù)的橋梁。預(yù)制構(gòu)件方法可提高高速公路建設(shè)的速度，但預(yù)制下部結(jié)構(gòu)受到更多的約束條件和技術(shù)限制。預(yù)制構(gòu)件避免了在現(xiàn)場(chǎng)拼裝、澆筑和養(yǎng)護(hù)，使得橋梁施工更加安全和環(huán)保，同時(shí)也加快了施工進(jìn)度。預(yù)制構(gòu)件可提高工程的質(zhì)量和耐久性，因?yàn)轭A(yù)制構(gòu)件都是在一個(gè)可控的環(huán)境中生產(chǎn)，還降低了工人在混亂場(chǎng)面中工作的危險(xiǎn)性。但是現(xiàn)有的預(yù)制下部結(jié)構(gòu)技術(shù)各構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)在高震區(qū)使用的可靠性有待驗(yàn)證。

本方案上部結(jié)構(gòu)：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(yù)制段，每個(gè)制作段長(zhǎng)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(yù)制，運(yùn)輸至橋位南側(cè)現(xiàn)況路面后現(xiàn)場(chǎng)拼裝，待下部結(jié)構(gòu)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(yùn)輸重量約為48t。

本方案下部結(jié)構(gòu)：采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，蓋梁和墩柱工廠一體化預(yù)制。每片梁預(yù)制下部結(jié)構(gòu)為獨(dú)立結(jié)構(gòu)，單幅橋單軸下部結(jié)構(gòu)分5 塊預(yù)制吊裝。其中單個(gè)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。基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆整體擴(kuò)大基礎(chǔ)形式。單個(gè)構(gòu)件尺寸需考慮吊裝能力、運(yùn)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(gè)方案比較見表1。

方案1 主要優(yōu)點(diǎn)為預(yù)制箱涵在道路兩側(cè)施工時(shí)對(duì)交通無影響，僅在頂推期間造成交通影響，影響時(shí)間僅為兩個(gè)周末時(shí)間，社會(huì)效益高，且已在我國(guó)得到了非常好的發(fā)展和更廣泛的運(yùn)用。主要缺點(diǎn)是工程造價(jià)較高，施工中需實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保頂進(jìn)正常進(jìn)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(jìn)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(diǎn)是相比常規(guī)橋梁方案，大大縮短了影響交通時(shí)間，且不占用道路紅線外用地，無需改移石油管線。主要缺點(diǎn)是因預(yù)制構(gòu)件數(shù)量較少，預(yù)制廠模板無法充分利用，導(dǎo)致橋梁造價(jià)較高；同時(shí)，高速公路橋梁預(yù)制下部結(jié)構(gòu)技術(shù)在北京高震區(qū)尚未有應(yīng)用實(shí)例，下部結(jié)構(gòu)的吊裝、就位是一大難點(diǎn)。

表1 方案比較Tab.1 Comparison of schemes

圖4 預(yù)制下部結(jié)構(gòu)的運(yùn)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(yù)制橋梁方案。

4 全預(yù)制橋梁關(guān)鍵技術(shù)問題及解決方案

4.1 預(yù)制下部結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)預(yù)制下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均為蓋梁、墩柱、基礎(chǔ)分開預(yù)制，各部位現(xiàn)場(chǎng)連接，但墩柱與基礎(chǔ)間的連接方式或復(fù)雜、或抗震性能得不到保證。本方案下部結(jié)構(gòu)采用橫向分塊，單個(gè)蓋梁、墩柱整體工廠預(yù)制，擴(kuò)大基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)澆筑并預(yù)留杯口。施工現(xiàn)場(chǎng)將預(yù)制墩柱插入擴(kuò)大基礎(chǔ)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(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)連接，墩柱插入擴(kuò)大基礎(chǔ)凹槽使墩柱主筋不在擴(kuò)大基礎(chǔ)與墩柱交界面割斷，解決了預(yù)制構(gòu)件節(jié)點(diǎn)抗震問題。下部結(jié)構(gòu)分塊數(shù)量需根據(jù)施工單位吊裝能力確定。

單塊下部結(jié)構(gòu)具體布置如圖5所示，由蓋梁、墩柱兩部分組成，在預(yù)制構(gòu)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(zhǎng)度需滿足錨固長(zhǎng)度要求。連接節(jié)點(diǎn)在工廠施工，且為傳統(tǒng)連接方式，施工簡(jiǎn)單，滿足相應(yīng)規(guī)范要求即可。

4.2 預(yù)制下部結(jié)構(gòu)吊裝及垂直度調(diào)整

預(yù)制下部結(jié)構(gòu)吊裝定位方法：擴(kuò)大基礎(chǔ)頂設(shè)置法蘭盤，法蘭盤焊接定位鋼板，用于定位預(yù)制構(gòu)件墩柱，確保細(xì)石混凝土硬化前墩柱垂直度。預(yù)制墩柱伸入杯口，伸入長(zhǎng)度需滿足2 倍墩柱直徑。伸入杯口的墩柱部分外側(cè)錨固鋼板箍，鋼板箍外側(cè)焊接5cm 長(zhǎng)剪力釘，杯口與墩柱間隙采用細(xì)石混凝土填充，剪力釘用于增加墩柱與細(xì)石混凝土的粘結(jié)力。杯口構(gòu)造如圖6所示。

圖5 單個(gè)預(yù)制構(gòu)件構(gòu)造(單位：cm)Fig.5 Prefabricated component construction(unit：cm)

圖6 墩柱、基礎(chǔ)連接Fig.6 Theconnection of pier and foundation

預(yù)制下部結(jié)構(gòu)缺少現(xiàn)澆構(gòu)件可現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整的優(yōu)勢(shì)，對(duì)設(shè)計(jì)人員提出了更高要求，需設(shè)計(jì)人把握預(yù)制構(gòu)件尺寸準(zhǔn)確無誤，一旦尺寸錯(cuò)誤，易造成廢件。

5 結(jié)語

1.頂推箱涵方案施工周期最短，造價(jià)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(jí)高、周邊環(huán)境簡(jiǎn)單的橋梁改造工程；全預(yù)制橋梁方案施工周期短，造價(jià)偏高，受周邊用地影響小，適用于交通量大、道路等級(jí)高的橋梁改造工程。

2.本工程綜合考慮工程造價(jià)、社會(huì)效益，采用可以縮短工期方案、盡量預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)思路，通過采用預(yù)制橋梁上、下部結(jié)構(gòu)，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(huì)影響。

3.本工程全預(yù)制橋梁方案下部結(jié)構(gòu)采用橫向分塊，單個(gè)蓋梁、墩柱整體工廠預(yù)制。擴(kuò)大基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)澆筑并預(yù)留杯口。施工現(xiàn)場(chǎng)將預(yù)制墩柱插入擴(kuò)大基礎(chǔ)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(yù)制墩柱與基礎(chǔ)連接問題。

4.預(yù)制下部結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸與吊裝是工程實(shí)施的關(guān)鍵問題。單個(gè)預(yù)制構(gòu)件尺寸、重量需考慮現(xiàn)場(chǎng)吊裝能力、運(yùn)輸條件確定。采用承臺(tái)法蘭盤與墩柱三角鋼板焊接是確保預(yù)制墩柱垂直度的一種方法。