高界高速公路改建工程橋梁改造設(shè)計(jì)要點(diǎn)

胡 柳

（安慶市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，安徽安慶246003）

0 前言

高界高速公路于1999年5月建成通車，是安徽省通車較早的高速公路之一。全線為全封閉、全立交、控制出入口的雙向4車道水泥混凝土高速公路。起于安徽省懷寧縣高河鎮(zhèn)，終于皖鄂交界的宿松縣界子墩，全長 109.781 km（G50，K569+053～K678+834）。該段是滬渝高速公路的重要路段，是交通部“九五”期間重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一，是國道主骨架“兩縱、兩橫”中的“一橫”，是安徽省與湖北、江西、四川等地公路運(yùn)輸?shù)闹饕ǖ?，在國家和安徽省高速公路網(wǎng)中具有極為重要的地位。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，交通量與日俱增，重車超載情況普遍，通車達(dá)8 a的高界高速公路已經(jīng)開始較為集中地出現(xiàn)一些路、橋面病害，對(duì)道路行車的舒適性和安全性產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。為進(jìn)一步提高道路服務(wù)水平，改善運(yùn)輸條件和投資環(huán)境，項(xiàng)目業(yè)主安徽皖通高速公路股份有限公司對(duì)高界高速公路改建的時(shí)機(jī)和方案進(jìn)行了論證，安徽省交通廳于2006年底批準(zhǔn)了該項(xiàng)目，2007年4月高界高速公路改建工程開始進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)。本文結(jié)合高界高速公路橋梁改造方案進(jìn)行淺析，以供參考。

1 項(xiàng)目技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

高界高速公路改建工程路面結(jié)構(gòu)形式采用原水泥混凝土路面經(jīng)處理后加鋪瀝青混凝土面層。該項(xiàng)目主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：改建公路等級(jí)為雙向4車道高速公路；設(shè)計(jì)速度為100 km/h；路基寬度維持原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)26.5 m（其中，K666+401～K678+834路基寬度為24.5 m）；設(shè)計(jì)荷載為原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（汽車-超20級(jí)，掛車-120），拆除重建橋梁為公路-I級(jí)；特大橋設(shè)計(jì)洪水頻率為1/300；路基，大、中、小橋，涵洞設(shè)計(jì)洪水頻率為1/100。

2 全線橋梁概況

高界高速公路全線共設(shè)有大橋10座；中橋19座；小橋28座；主線上跨分離立交19座（含1座鐵路立交）。主線橋梁上部結(jié)構(gòu)主要為預(yù)制空心板梁和預(yù)制T梁兩種，板梁分為鋼筋混凝土板梁（10 m、13 m、16 m跨徑）和預(yù)應(yīng)力混凝土板梁（16 m、20 m、25 m跨徑），T梁也分為鋼筋混凝土T梁（20 m跨徑）和預(yù)應(yīng)力混凝土T梁（20 m和30 m跨徑）。下部結(jié)構(gòu)均為柱式或重力式橋墩，U型臺(tái)或柱式臺(tái)，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)或擴(kuò)大基礎(chǔ)。

3 橋梁現(xiàn)狀調(diào)查及檢測

根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG H11-2004）及其他現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)全線76座各類橋梁進(jìn)行質(zhì)量現(xiàn)狀檢測。檢查橋梁外觀，包括上部、下部構(gòu)造及附屬結(jié)構(gòu)是否有開裂、破損、沉降及變形等現(xiàn)象；對(duì)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的主要尺寸、強(qiáng)度進(jìn)行檢測，查明缺損或潛在病害的性質(zhì)、所在部位、嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢。通過檢測掌握橋梁實(shí)體質(zhì)量的狀況，為橋梁改造設(shè)計(jì)和施工提供必需的資料和依據(jù)。全線橋梁存在的主要問題如下：

（1）橋面鋪裝均有不同程度的縱橫向裂縫、坑槽，部分橋梁修補(bǔ)后仍出現(xiàn)破損現(xiàn)象。

（2）空心板鉸縫混凝土澆筑質(zhì)量差，出現(xiàn)開裂和脫落現(xiàn)象普遍，并伴有滲水現(xiàn)象。

（3）空心板主梁施工質(zhì)量差，導(dǎo)致梁底出現(xiàn)蜂窩、坑洞、麻面、褶痕等現(xiàn)象，部分橋梁因鋼筋保護(hù)層不足或厚度不均而引起梁板混凝土保護(hù)層剝落，鋼筋外露而銹蝕。

（4）多數(shù)橋梁伸縮縫老化、變形、堵塞，出現(xiàn)縱橫向裂縫，并且大部分伸縮縫已多次修補(bǔ)或更換過。

（5）多數(shù)橋梁梁底或墩、臺(tái)帽頂未處理平整，而出現(xiàn)支座懸空或部分懸空現(xiàn)象，部分橋梁支座出現(xiàn)老化，變形等現(xiàn)象。

4 橋梁改造設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 橋面及梁板改造設(shè)計(jì)

根據(jù)檢測資料及結(jié)構(gòu)分析，對(duì)于因強(qiáng)度普遍不夠或破壞特別嚴(yán)重，評(píng)定等級(jí)為四類的橋梁上部梁板，則上部結(jié)構(gòu)拆除重建。此時(shí)橋面加鋪層對(duì)于中小橋采用10 cm厚瀝青混凝土+防水層+10 cm厚C40混凝土；對(duì)于大橋采用10 cm厚瀝青混凝土+防水層+8 cm厚C40混凝土。該改建工程共有12座橋梁上部結(jié)構(gòu)拆除重建，其中：大橋3座；中橋4座；小橋5座。

根據(jù)路面加鋪厚度及縱斷面設(shè)計(jì)需要，考慮橋梁上部恒載增加后對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響，在橋面設(shè)計(jì)中，對(duì)于結(jié)構(gòu)保持較好的中、小橋梁采用增大斷面法進(jìn)行改造,即鑿除原橋面鋪裝,同時(shí)對(duì)鉸縫進(jìn)行修補(bǔ)或更換,重新澆筑一定厚度的C40混凝土整體化空心橋面板,經(jīng)防水處理后加鋪10 cm厚瀝青混凝土。在原梁板上加鋪空心橋面板，不僅可以減小加鋪恒載，而且通過植入的鋼筋來承接和傳導(dǎo)因彎矩而引起的減力，使新舊混凝土形成有機(jī)整體，達(dá)到增大主梁有效高度和抗壓截面的目的，從而提高主要承重結(jié)構(gòu)的抗彎承載能力。該方法橋面加鋪厚度與路面加鋪厚度一致，不改變原有縱斷面線形，行車舒適性較好，且施工方便，節(jié)省工程造價(jià)。

對(duì)于上、下部結(jié)構(gòu)保持較好的大橋一般采用直接加鋪的方法。這種方法是在橋梁兩端一定范圍內(nèi)調(diào)整縱斷面線形，在橋面上直接加鋪一層高強(qiáng)瀝青混凝土面層，以降低橋面加鋪厚度。具體方案為：先對(duì)原橋面裂縫和破損處進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)（若橋面鋪裝損壞嚴(yán)重，則鑿除原鋪裝，重新澆筑C40混凝土橋面鋪裝），然后進(jìn)行銑刨做橋面防水層，最后加鋪約4 cm厚高強(qiáng)瀝青混凝土面層。由于縱坡設(shè)計(jì)需要，橋面加鋪厚度一般為變值，但對(duì)于鑿除原鋪裝的橋面改造，為了便于施工和控制，則采用4 cm等厚度的瀝青混凝土，余下厚度通過C40混凝土鋪裝來調(diào)平。該種橋面加鋪方式簡單，加鋪厚度也大為減小，因而可以在很大程度上減小橋面恒載，有利于結(jié)構(gòu)受力，但是對(duì)瀝青混凝土面層質(zhì)量要求很高，而且為滿足縱斷面需要，路面加鋪厚度需在橋梁兩端一定范圍內(nèi)實(shí)行過渡，大范圍采用該加鋪方式對(duì)行車舒適性有較大的影響?；谝陨蟽?yōu)缺點(diǎn)分析，該項(xiàng)目僅對(duì)大橋采用該種加鋪形式。

另外，少數(shù)橋梁梁板在橋面改造加鋪后,雖然能滿足結(jié)構(gòu)受力要求，但是承載能力富余較小?？紤]重載和超載車輛的日益增加,必將對(duì)上部梁板產(chǎn)生影響，為改善橋梁的承載能力和使用性能，設(shè)計(jì)時(shí)采用補(bǔ)強(qiáng)的方式在受拉區(qū)粘貼碳纖維布或鋼板替代配筋來提高下緣拉應(yīng)力的富余值。在設(shè)計(jì)中，主要對(duì)20 m和25 m跨徑的上部空心板進(jìn)行了加固處理。

4.2 橋梁附屬構(gòu)件改造設(shè)計(jì)

4.2.1 橋上護(hù)欄

跨徑總長大于50 m的橋梁，外側(cè)采用混凝土墻式護(hù)欄，內(nèi)側(cè)采用波形梁護(hù)欄。對(duì)于原大橋上已設(shè)的內(nèi)、外側(cè)混凝土墻式護(hù)欄，考慮到能夠滿足現(xiàn)行規(guī)范和防撞等級(jí)，橋面改造后對(duì)其進(jìn)行加高處理，再次利用?？鐝娇傞L≤50 m的橋梁，內(nèi)、外側(cè)護(hù)欄均采用波形梁護(hù)欄。

4.2.2 泄水管

由于全線大多數(shù)中、小橋梁均未設(shè)泄水管，根據(jù)橋梁改造方式，在中、小橋護(hù)欄底座新設(shè)斜置式UPVC泄水管（直徑11 cm）。上部拆除重建的大橋采用新的鑄鐵泄水管；不拆除上部的大橋保留原有泄水管，并做好橋面排水和防水設(shè)施。

4.2.3 伸縮縫

在橋面改造加鋪的同時(shí)，對(duì)橋梁伸縮縫進(jìn)行更換。改造設(shè)計(jì)中，大橋伸縮縫采用毛勒式伸縮縫，中、小橋采用波形伸縮縫。

4.2.4 支座

由于部分橋梁支座出現(xiàn)懸空或部分懸空現(xiàn)象，對(duì)損壞和脫空的支座予以更換。同時(shí)為避免再次發(fā)生脫空現(xiàn)象，對(duì)原支座墊石以及梁底進(jìn)行砂漿抹平或用砂輪找平，確保支座水平放置，以防止梁板不均衡受力而造成損傷。

4.2.5 橋頭搭板

該改建工程原橋頭搭板均有不同程度的破壞和沉陷，橋頭跳車現(xiàn)象較為普遍。在改造中，先對(duì)原破損橋頭搭板進(jìn)行修復(fù)，然后根據(jù)路面加鋪厚度在原橋頭搭板上澆筑一定厚度的鋼筋混凝土板，最后加鋪10 cm厚瀝青混凝土；或者在原破損搭板修復(fù)后，直接按路面加鋪形式進(jìn)行改造。

4.3 橋梁下部結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)

橋梁上部結(jié)構(gòu)因橋面加鋪而使自重增加，設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)下部結(jié)構(gòu)即蓋梁、樁長和擴(kuò)大基礎(chǔ)的基底承載力進(jìn)行驗(yàn)算。計(jì)算表明，樁長和擴(kuò)大基礎(chǔ)的基底承載力均滿足原設(shè)計(jì)要求。只是T梁結(jié)構(gòu)的橋墩和橋臺(tái)蓋梁，在橋面加鋪后，抗彎和抗剪承載能力基本無富余，故需對(duì)T梁結(jié)構(gòu)的蓋梁進(jìn)行抗彎和抗剪承載力的加固。在設(shè)計(jì)中，采取在蓋梁上部兩側(cè)面對(duì)稱粘貼鋼板的方法進(jìn)行加固，利用鋼板來承擔(dān)橋墩負(fù)彎矩區(qū)的抗彎鋼筋以及斜截面抗剪不足的部分，從而達(dá)到提高蓋梁結(jié)構(gòu)抗彎和抗剪承載能力的目的。

5 結(jié)語

在公路改建項(xiàng)目中，橋梁改造是整個(gè)項(xiàng)目的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。改造方案的選擇不僅直接關(guān)系到橋梁自身的結(jié)構(gòu)安全，也直接影響到改建項(xiàng)目的投資和進(jìn)度。該改建工程項(xiàng)目橋梁改造設(shè)計(jì)始終遵循“安全、適用、經(jīng)濟(jì)”的原則，結(jié)合詳細(xì)的檢測資料，對(duì)橋梁各部位進(jìn)行深入的分析，逐一確定橋梁的改造方案。

[1]JTG H11-2004,公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范[S].

[2]JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]張勁泉,王文濤,等.橋梁檢測與加固手冊[M].北京:人民交通出版社.