盧濤、佘明星、劉敏
(保利長(zhǎng)大工程有限公司,廣東廣州 510000)
近年來(lái),交通量的飛速增長(zhǎng)使已有公路面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn),部分公路的規(guī)模和等級(jí)已難以滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。為了提高公路的通行能力,滿足交通運(yùn)輸?shù)男枨?,進(jìn)行改擴(kuò)建是十分必要的。
一般來(lái)說(shuō),改擴(kuò)建工程會(huì)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(kuò)建質(zhì)量的關(guān)鍵[1]。長(zhǎng)時(shí)間的荷載會(huì)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(duì)新舊橋梁拓寬改造的結(jié)構(gòu)受力、工程設(shè)計(jì)、施工工藝等方面進(jìn)行了研究,并取得了顯著成果,但依然存在許多技術(shù)難點(diǎn)[2-3]。與新建公路不同,公路改擴(kuò)建工程更加復(fù)雜,需要考慮的因素更多。因此,加強(qiáng)對(duì)新舊橋梁拓寬拼接技術(shù)的研究,對(duì)保證改擴(kuò)建工程質(zhì)量有重要意義。
舊橋在使用過(guò)程中,環(huán)境變化會(huì)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(duì)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(jìn)行拼接,設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留斜撐桿槽位,這種拓寬方法被稱(chēng)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(diǎn)對(duì)比如表1 所示。
表1 拓寬方法特點(diǎn)對(duì)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(duì)稱(chēng)拓寬為主。中小型橋梁拓寬以原有道路的實(shí)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(jì)性;若結(jié)構(gòu)拓寬難度較大,為了便于施工、減少對(duì)車(chē)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(guó)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(diǎn)比較
在二級(jí)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(shí),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(dú)一幅或單個(gè)車(chē)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(lèi)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(shí),通過(guò)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(shí)連成整體。橫隔梁尺寸和數(shù)目可根據(jù)具體橋型來(lái)確定。
這種拼接方式能夠保證擴(kuò)建橋與舊橋之間拼接順暢,提供舒適的行車(chē)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(yùn)營(yíng)期間,結(jié)構(gòu)在車(chē)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(duì)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(jìn)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(duì)于沒(méi)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(guò)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(guò)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(duì)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(duì)國(guó)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(jìn)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(duì)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(jì)參數(shù)和施工方法確定,但對(duì)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(jì)算要求,且狀況良好的情況下,可只對(duì)上部結(jié)構(gòu)拓寬,下部結(jié)構(gòu)保持不變或不拓寬墩臺(tái),僅拓寬(長(zhǎng))蓋梁,從而縮短工期和節(jié)省成本。
1.4.1 橋梁墩(臺(tái))結(jié)構(gòu)拓寬
橋梁墩(臺(tái))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(jì)要求時(shí),無(wú)須新建基礎(chǔ)和橋墩,僅對(duì)翼緣或墩頂進(jìn)行拓寬;而在拓寬橋面寬度較大,原有結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求時(shí),則需考慮新建橋墩。新舊橋墩的拼接參照下述方法進(jìn)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(shí),采用與舊墩臺(tái)相同的外形進(jìn)行拓寬。同時(shí),舊墩臺(tái)也影響基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與施工,一般在不影響原墩臺(tái)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(tái)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(guò)植筋連接、設(shè)置角鋼連接等方法進(jìn)行拼接。
1.4.2 基礎(chǔ)拓寬
對(duì)于需新建橋墩的拓寬工程,也需對(duì)原有基礎(chǔ)進(jìn)行相應(yīng)的拓寬。拓寬時(shí)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(kuò)大基礎(chǔ)
原橋?yàn)閿U(kuò)大基礎(chǔ)時(shí),根據(jù)地質(zhì)條件的不同有如下選擇:對(duì)于地質(zhì)條件良好,地基強(qiáng)度能夠滿足承載力要求的拓寬工程,仍采用剛性擴(kuò)大基礎(chǔ);在地質(zhì)條件較差時(shí),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(wú)法滿足要求,可以采用樁基礎(chǔ)。
(2)樁基礎(chǔ)拓寬方法
原橋?yàn)闃痘A(chǔ)時(shí),新拓寬部分仍用樁基礎(chǔ)。同時(shí),新橋樁基應(yīng)適當(dāng)加長(zhǎng)、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(lèi)型和施工條件等因素的基礎(chǔ)上加以選擇。由于不同項(xiàng)目之間存在一定的差異,僅采用單一的拓寬方法無(wú)法滿足工程實(shí)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(shí),在施工過(guò)程中嚴(yán)格按照制訂的工序施工,以降低對(duì)交通的影響,并保證工程質(zhì)量。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步與發(fā)展,部分早期建成的公路已無(wú)法適應(yīng)飛速增長(zhǎng)的交通需求,需要進(jìn)行改擴(kuò)建。對(duì)既有橋梁進(jìn)行改擴(kuò)建時(shí),應(yīng)緊密結(jié)合實(shí)際情況,最大限度地利用原有結(jié)構(gòu),結(jié)合技術(shù)特點(diǎn)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(shí)際工程總結(jié)了部分橋梁拓寬方法與技術(shù),以期為我國(guó)同類(lèi)型橋梁拓寬工程提供參考。