盧濤、佘明星、劉敏
(保利長大工程有限公司,廣東廣州 510000)
近年來,交通量的飛速增長使已有公路面臨著嚴(yán)峻的考驗,部分公路的規(guī)模和等級已難以滿足經(jīng)濟發(fā)展的需要。為了提高公路的通行能力,滿足交通運輸?shù)男枨?,進行改擴建是十分必要的。
一般來說,改擴建工程會采用拓寬橋梁結(jié)構(gòu)的方式提高公路橋梁的荷載標(biāo)準(zhǔn),因此有效處理新舊結(jié)構(gòu)之間的拼接是保證改擴建質(zhì)量的關(guān)鍵[1]。長時間的荷載會使縱向拼接的主梁產(chǎn)生較大的橫向位移,雖然學(xué)術(shù)界和工程界對新舊橋梁拓寬改造的結(jié)構(gòu)受力、工程設(shè)計、施工工藝等方面進行了研究,并取得了顯著成果,但依然存在許多技術(shù)難點[2-3]。與新建公路不同,公路改擴建工程更加復(fù)雜,需要考慮的因素更多。因此,加強對新舊橋梁拓寬拼接技術(shù)的研究,對保證改擴建工程質(zhì)量有重要意義。
舊橋在使用過程中,環(huán)境變化會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)逐漸惡化,相較于中梁,邊梁的耐久性下降更為嚴(yán)重。對此,可在新舊橋梁之間增加拼接桿,以提高拼接部位的剛度。此外,可采用雙側(cè)拓寬方法,在箱梁的兩側(cè)設(shè)置斜撐桿進行拼接,設(shè)計時預(yù)留斜撐桿槽位,這種拓寬方法被稱為SBWM(Strutted Box Widening Method)。
目前,橋梁拓寬方法主要有單側(cè)拓寬和雙側(cè)拓寬兩種,其特點對比如表1 所示。
表1 拓寬方法特點對比
橋梁拓寬通常在公路改建完成之后,因此原則上以雙側(cè)對稱拓寬為主。中小型橋梁拓寬以原有道路的實際情況為參考,選取合適的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);大型橋梁和技術(shù)復(fù)雜的中型橋梁拓寬方案的制訂則需考慮橋梁本身的技術(shù)性和經(jīng)濟性;若結(jié)構(gòu)拓寬難度較大,為了便于施工、減少對車輛通行的影響,以及保證橋梁結(jié)構(gòu)的整體性,盡可能采用單側(cè)拓寬[4]。
目前我國高速公路橋梁拓寬橫向拼接主要有四種方式,如表2 所示。
表2 新舊橋梁橫向拼接方式優(yōu)缺點比較
在二級以下公路拓寬改造中,主梁不連接而橋面鋪裝層相連接的方式應(yīng)用較為廣泛,同時,由于斷面剛度較低,建議用于小橋的拓寬中。
上下部均分離的拼接方式通常應(yīng)用于兩種情況:一是新建橋梁為單獨一幅或單個車道,并且采用分隔帶分離的橋梁;二是收縮徐變差、不均勻沉降明顯及預(yù)應(yīng)力反拱影響大的大跨徑連續(xù)梁橋,該類橋梁的拼接面加固困難,因而采用上下部分離的方式拓寬。
采用新舊橋梁主梁拼接時,通過以下三種方式橫向拼接。
1.3.1 新舊主梁剛接
新舊主梁采用橫隔板剛接,將橋面板和鋪裝層同時連成整體。橫隔梁尺寸和數(shù)目可根據(jù)具體橋型來確定。
這種拼接方式能夠保證擴建橋與舊橋之間拼接順暢,提供舒適的行車環(huán)境,確保新、舊橋之間良好的整體性,橋面的平整度良好。但因在施工階段舊橋仍需要維持交通,施工難度較大。在橋梁運營期間,結(jié)構(gòu)在車輛荷載和徐變次內(nèi)力的作用下內(nèi)力重新分布,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜,從而使新、舊橋拼接處的混凝土產(chǎn)生縱向不規(guī)則裂縫,嚴(yán)重影響橋梁的壽命。
對于箱梁,其翼緣板中常設(shè)有橫向預(yù)應(yīng)力筋,為了避免橫向預(yù)應(yīng)力筋的約束,常削弱舊橋部分截面進行拼接。拼接方式如圖1 所示。
圖1 有橫向預(yù)應(yīng)力筋的箱梁剛性拼接
對于沒有橫向預(yù)應(yīng)力的箱梁,可以將翼緣板切割出一部分,通過現(xiàn)澆拼接段拼接。2002 年廣佛高速公路改造工程即采用這種方式拼接,具體方式如圖2所示。
圖2 搭接鋼筋+橋面連續(xù)
1.3.2 新舊主梁鉸接
施工過程中將舊橋懸臂端露出的鋼筋與新橋邊板內(nèi)預(yù)埋的鋼筋焊接后,再用混凝土拼接成整體。該方法可為橋梁橫向、縱向和豎向變形提供了一定空間,也能為結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的縱縫預(yù)留轉(zhuǎn)角,降低不均勻變形對結(jié)構(gòu)造成的不良影響,提高結(jié)構(gòu)的耐久性。
1.3.3 新舊橋之間半剛性拼接
新舊橋之間半剛性拼接可以在拼接處削弱部分截面剛度,使新舊橋梁之間的拼接處形成塑性鉸,鉸接位置不能承受彎矩作用,但可以承受剪力作用。
對國內(nèi)外橫向拼接方式的調(diào)研結(jié)果表明:一般情況下,空心板橋采用橫向鉸接的方式進行拼接;設(shè)橫隔板的小跨徑的鋼筋混凝土T 梁橋一般采用剛接,對于中等跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁橋,在減小新舊T 梁中心距的基礎(chǔ)上采用剛性拼接;箱型截面的拼接方式則需根據(jù)橋梁的設(shè)計參數(shù)和施工方法確定,但對于三向預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu),必須采用鉸接或者不連接的方式。
下部結(jié)構(gòu)一般在原結(jié)構(gòu)單側(cè)或左右兩側(cè)拓寬,拓寬部分與原結(jié)構(gòu)的形式和尺寸保持一致;但在下部結(jié)構(gòu)滿足計算要求,且狀況良好的情況下,可只對上部結(jié)構(gòu)拓寬,下部結(jié)構(gòu)保持不變或不拓寬墩臺,僅拓寬(長)蓋梁,從而縮短工期和節(jié)省成本。
1.4.1 橋梁墩(臺)結(jié)構(gòu)拓寬
橋梁墩(臺)結(jié)構(gòu)的拓寬要求與拓寬寬度息息相關(guān):當(dāng)拓寬寬度不大且原橋下部結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計要求時,無須新建基礎(chǔ)和橋墩,僅對翼緣或墩頂進行拓寬;而在拓寬橋面寬度較大,原有結(jié)構(gòu)無法滿足設(shè)計要求時,則需考慮新建橋墩。新舊橋墩的拼接參照下述方法進行。
(1)下部結(jié)構(gòu)不連接
當(dāng)拓寬橋梁與舊橋下部結(jié)構(gòu)不連接時,采用與舊墩臺相同的外形進行拓寬。同時,舊墩臺也影響基礎(chǔ)的設(shè)計與施工,一般在不影響原墩臺的前提下優(yōu)先采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ);若采用淺埋式基礎(chǔ),新基礎(chǔ)的埋深應(yīng)位于舊墩臺基底標(biāo)高之上。
(2)下部結(jié)構(gòu)連接
下部結(jié)構(gòu)連接的處理方式通常用在橋面較寬的拓寬工程中,新舊橋墩通過植筋連接、設(shè)置角鋼連接等方法進行拼接。
1.4.2 基礎(chǔ)拓寬
對于需新建橋墩的拓寬工程,也需對原有基礎(chǔ)進行相應(yīng)的拓寬。拓寬時應(yīng)根據(jù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的形式選用相應(yīng)的拓寬方法。
(1)擴大基礎(chǔ)
原橋為擴大基礎(chǔ)時,根據(jù)地質(zhì)條件的不同有如下選擇:對于地質(zhì)條件良好,地基強度能夠滿足承載力要求的拓寬工程,仍采用剛性擴大基礎(chǔ);在地質(zhì)條件較差時,可以采用柔性淺基礎(chǔ)中的筏板基礎(chǔ)和箱型基礎(chǔ)。若采用淺基礎(chǔ)無法滿足要求,可以采用樁基礎(chǔ)。
(2)樁基礎(chǔ)拓寬方法
原橋為樁基礎(chǔ)時,新拓寬部分仍用樁基礎(chǔ)。同時,新橋樁基應(yīng)適當(dāng)加長、加粗,從而減少新舊橋涵間的沉降差。
橋梁拓寬方法應(yīng)在綜合考慮地形地貌、路線走向、原橋結(jié)構(gòu)類型和施工條件等因素的基礎(chǔ)上加以選擇。由于不同項目之間存在一定的差異,僅采用單一的拓寬方法無法滿足工程實際需求,因此應(yīng)在充分調(diào)研的前提下,綜合比較不同方案間的優(yōu)劣,因地制宜,選擇合適的拓寬方案。同時,在施工過程中嚴(yán)格按照制訂的工序施工,以降低對交通的影響,并保證工程質(zhì)量。
隨著我國經(jīng)濟的進步與發(fā)展,部分早期建成的公路已無法適應(yīng)飛速增長的交通需求,需要進行改擴建。對既有橋梁進行改擴建時,應(yīng)緊密結(jié)合實際情況,最大限度地利用原有結(jié)構(gòu),結(jié)合技術(shù)特點和適用范圍選擇合理的拼接方式。正確的施工方法是拓寬是否成功的關(guān)鍵,文章基于實際工程總結(jié)了部分橋梁拓寬方法與技術(shù),以期為我國同類型橋梁拓寬工程提供參考。