高速公路擴建工程橋梁改擴建方案研究

高速公路擴建工程橋梁改擴建方案研究

本文在探討該項目的基礎上，在平原區(qū)設立了一條雙向高速公路。主要道路設計速度為120km，交叉口寬度為26m，現(xiàn)有車道設計負荷為車輛超20級。原路面及橋面均為水泥混凝土(剛性),其中部分路段已實施“白改黑”的路面改造工程,改造工程在不同路段的路面及橋梁根據(jù)各段實際情況采取了多種改建、維修加固處理形式,路面改建維修主要有換板、破碎加鋪瀝青面層等形式,橋梁主要有鋼板、碳纖維、疊合梁加固以及直接加鋪等形式。改擴建工程在不降低合寧高速公路原有技術標準的前提下采用兩側拼接方式將現(xiàn)有道路加寬擴建為雙向八車道,路基寬度42.0m(在原有路基兩側各加寬8.0m),采用“計算行車速度120km/h”的高速公路標準,路線設計基本保持原平縱面線形,拼寬及新建部分的橋涵設計荷載為公路-Ⅰ級。路面及橋面均改擴建為瀝青混凝土面層。1進行縱面擬合設計方案橋梁改擴建方案應首先考慮縱面的問題,橋梁縱面方案不僅需要考慮原橋改造方案、新老橋拼接方案和地方規(guī)劃要求等,還應考慮與橋后路面改造方案相匹配。另外由于原橋的施工誤差以及不確定因素,在施工建設期間還會依據(jù)現(xiàn)場實際情況,局部進行橋梁和橋后路面的縱面調整,而縱面調整會帶來橋梁、路基路面的諸多變更設計,故改擴建工程的縱面設計涉及因素多,難度大,是改擴建工程設計的難點和重點。(1)須在擬合原路縱面的基礎上,在充分利用原路路面、橋梁等構造物的前提下,進行縱面擬合設計。原路經(jīng)過多年的運營和維修改造工程會出現(xiàn)橋梁和路基的差異沉降以及路基部分路段的不均勻沉降,實際縱面一般與原路設計縱面在多處局部出入較大。合寧高速公路大隴段中,原路未實施路面“白改黑”改造工程的路段,由于路基工后沉降大,存在“橋高路低”的縱面不連續(xù)現(xiàn)象;而在原路已實施路面“白改黑”改造工程的路段,由于原路路面加高,而橋梁難以與路面一致加高,大部分橋頭兩側路面根據(jù)橋梁改建情況設置了漸變段,明顯存在“橋低路高”現(xiàn)象。若擴建拼寬部分的縱面與原路實際縱面完全一致,也就是無技術標準的擴建縱面,無法滿足改擴建工程的技術標準的要求,故應依據(jù)原路實際縱面進行擬合并優(yōu)化,保證設計縱面的技術標準及行車的舒適性。根據(jù)實測原有橋梁、路面特征點標高進行了縱面擬合,核查原路的左右半幅是否需進行分幅縱面擬合設計,確保擴建設計縱面滿足擴建工程的技術標準。(2)路面的縱面,在原路面盡可能利用的前提下,路面一般遵循“寧填勿挖”的原則。對于原路面已改造為柔性瀝青路面的路段,在進行必要的病害處理前提下利用原路面,按“零填零挖”的原則進行縱面擬合;局部路面上面層維修路段可按“少填勿挖”的原則進行縱面設計。對于原路為水泥混凝土路面的路段,通過擴建工程原路面改造方案研究后,確定縱面按在原路面加鋪22cm控制縱面擬合標高。(3)橋梁的縱面,一般也遵循“少填勿挖”的原則,但原橋“填”的高度需通過驗算確定,并通過改擴建后滿足“白改黑”的要求。2拼接橋梁的構造設計合寧高速公路大隴段橋梁改擴建設計原則如下:(1)擴建橋梁拼接前,對原橋梁的現(xiàn)狀進行全面評價,對原有橋梁拼接的可行性進行技術論證,在對原有橋梁采取充分利用的原則下,原有橋梁滿足或經(jīng)維修、改造、加固后滿足使用功能、承載能力等相關的技術要求,方可進行拼接。(2)主線橋梁采取上部構造相互連接、下部構造不連接的方式進行拼接。(3)拼接橋梁一般情況下采取同跨徑、同結構在原橋左右半幅外側分別進行加寬拼接,新老結構在平、縱、橫上順適拼接。(4)各橋梁根據(jù)實際情況選用適宜的下構形式,基礎形式采用樁基礎,新建的橋梁墩臺盡可能與原橋橋墩臺在一個橫斷面上。(5)拼接橋梁的搭板、伸縮縫設置原則可與原構造物一致,應依據(jù)原設計的弊病進行改進設計,新老搭板、伸縮縫須橫向連接。(6)施工期間主線橋梁分幅限時分隔封閉交通,上跨主線橋梁施工時采用限高限速、封閉主線部分交通等實施方案。3橋梁加固方案的確定合寧高速公路大隴段橋梁改擴建需綜合考慮縱坡擬合及原橋梁、路面的改建情況?，F(xiàn)依據(jù)不同路段橋梁的實際情況,提出可行方案進行比較研究論證,以確定合理的改擴建方案。按原路面的類型分為2個路段,即剛性路面路段和柔性路面路段,柔性路面路段是指已將原剛性路面改造為柔性路面的路段。本次擴建工程需將此2個路段均改建為柔性路面,并將原四車道擴建為八車道。3.1原橋加固方案合寧高速公路大隴段樁號K0+860.11～K13+940路段,原路為剛性路面,該路段主線原有大橋1座,中小橋14座,跨徑均為8～20m,為鋼筋或預應力混凝土簡支板梁結構。該路段原路面為水泥混凝土路面,路面結構為:24cm混凝土板+15cm水泥穩(wěn)定碎石+20cm石灰土,原橋面剛性鋪裝形式為:8cm防水混凝土+7cm鋼纖維混凝土。原路路面“白改黑”方案,采用碎石化方式將原路面破碎,加鋪22cm瀝青路面結構。對于橋梁,改擴建后新老橋面瀝青鋪裝層厚度均應為10cm,同時需考慮適應路面標高抬高22cm的整體縱面的調整。另外,從本路段的橋面剛性鋪裝的實際現(xiàn)狀及檢測結果來看,經(jīng)多年運營后原橋混凝土鋪裝層有較大程度的損害,維修或拆除重建的工程量較大。橋梁拼寬的半幅橫斷面示意圖見圖1。從圖1可以看出,若原橋的橋面直接加鋪22cm瀝青混凝土橋面鋪裝,經(jīng)驗算原橋的上下構承載力不滿足設計要求,即使加固維修滿足承載力要求,不僅下構提高承載力的施工困難大、成本高、質量難以保證,而且新建拼寬部分的結構層與原橋一致拼接,顯然不合理、不經(jīng)濟。若原橋采用疊合梁方式改造后再進行拼接,新建的橋面結構層為27cm疊合梁+10cm瀝青混凝土,相對于原橋梁高而言,疊合梁的高度為原梁高的30%～90%,不僅原橋的上、下構受力難以滿足要求,而且新老上構橫向拼接剛度差異較大,不利于拼接的整體受力,另外工程造價較高。故不宜采用此方案。因此,橋梁的改擴建主要考慮以下3種方案:(1)方案一:原橋上構頂升由于原橋混凝土鋪裝層的病害及擴建工程的拼接需要,通過原橋承載力的驗算(有必要時進行加固),原橋的橋面結構層可改造為10cm瀝青混凝土橋面鋪裝+12cm鋼筋混凝土現(xiàn)澆橋面板,新建的橋面板與原梁體頂面通過植入豎向剪力鍵鋼筋連接。原橋的15cm混凝土鋪裝層拆除,原橋梁板需頂升15cm。原橋梁板頂升的同時,需對原橋進行以下部分的改造工程:原橋的維修與加固,墩臺支座墊石的改造,背墻的改造,伸縮縫的拆除重建,橋臺搭板的改造和加固等。(2)方案二:原橋上構拆除重建由于原橋使用年限較久,對于中小橋梁,為滿足擴建拼接及縱面的要求,可將原橋上構拆除重建,與新建部分的結構層厚度一致。下構利用,對墩臺支座墊石、背墻等局部結構進行適當改造,拆除重建伸縮縫,改造和加固橋臺搭板。作為方案比較,對于原橋由于病害嚴重確需拆除重建的橋梁不在比較范圍內。(3)方案三:橋后縱面漸變,原橋僅做橋面改造原橋將橋面15cm的水泥混凝土鋪裝拆除重建為12cm鋼筋混凝土疊合板+10cm瀝青橋面鋪裝。原橋與拼寬新建的橋面標高比整個縱面設計高程低了15cm。為適應橋后縱面,以橋梁標高控制,橋頭路面設置漸變段,漸變率一般采用1‰,橋頭每側各設置約150m縱面漸變段,漸變段內需挖除老路面,主要是增加了老路面的水泥面板、基層、底基層的挖除以及路床加固、新建底基層、基層等工程量。(4)方案比較經(jīng)綜合比較,對于中小橋的改擴建方案,推薦采用方案一。方案比較如表1所示。(5)橋梁改擴建總體情況本路段有1座大橋(橋長613.04m),1座中橋(3孔25m的T梁),采用方案一、二造價太高,或不合理,通過驗算后采用了原橋橋面直接加鋪8cm瀝青鋪裝的“白改黑”改造方案,橋頭兩側縱面各設置了約80m漸變段。其余橋梁全部采用方案一,即原橋上構頂升并進行橋面改造。3.2經(jīng)過加固剛性路面后的柔性路面路段(1)原橋面的“白改黑”改造方案合寧高速公路大隴段樁號K13+940～K43+500路段,主線原有特大橋2座,大橋2座,中小橋38座。原路為剛性路面改造后的柔性路面,路面“白改黑”改造方案是將原混凝土路面沖擊破碎,再加鋪約22cm瀝青結構層。而本路段的原橋面已實施的“白改黑”改造方案有以下兩種:①原橋的橋面混凝土鑿除6cm后,現(xiàn)澆18cm厚疊合板(預埋?8cmPVC管),再鋪設10cm瀝青混凝土橋面。相當于在原橋面上加高了22cm,橋梁與路面的縱面改造協(xié)調一致。②在原橋的混凝土橋面直接加鋪6cm或10cm厚度的瀝青鋪裝層。對原橋進行維修加固,橋后設置縱面漸變段,漸變率不大于3‰。(2)橋面結構層加固針對原橋不同的“白改黑”改造,本次改擴建工程也對應采用了不同的實施方案:①原橋通過檢測、維修、加固后,直接利用進行拼寬。新建的橋面結構層為10cm現(xiàn)澆混凝土橋面板+10cm瀝青混凝土鋪裝,與原橋對應拼接。②借