市政道路改擴建中裝配式橋梁的利用與改造分析

丁巖

摘要：市政道路改擴建工程中，對原有裝配式橋梁的利用和改造是改擴建工程中的重點和難點。文章論述了改擴建設計中裝配式橋梁改造和利用的總體原則、上部構造同步頂升設計與施工以及舊橋鋪裝改造設計方案，并分析各種設計方案的優(yōu)缺點及適用場景，為今后市政道路改擴建提供參考。

關鍵詞：改擴建;裝配式橋梁;同步頂升;鋪裝改造

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展和城鎮(zhèn)化程度逐年提高，市區(qū)范圍在迅速擴大。在市政工程中，越來越多地出現(xiàn)了將原有城市郊區(qū)道路寬度為10～20m的高速路、一級路改造為道路寬度為40m、50m甚至60m的城市主干路的項目?，F(xiàn)狀高速路、一級路上的橋梁大多處于正常使用年限內(nèi)，全部拆除重建費用巨大，浪費嚴重，并且現(xiàn)狀舊橋基本都位于城市周邊交通繁忙路段，不能長時間中斷交通或者半幅雙向通行。因此，在橋梁檢測合格的前提下，需要對現(xiàn)狀舊橋加以改造利用。

1 舊橋改造原則

首先，項目總體原則是“充分利用舊路”，將舊路路面再生利用，并非鑿除丟掉;對舊橋進行加固使用，并非采取更換主梁等方案。其次，為充分利用舊路，減少施工難度，縮短施工工期，減少工程規(guī)模，減少投資，路面設計的總體原則是“寧填不挖”。最后，大橋的設計原則是“舊橋不動，原地拼寬”，考慮到中小橋道路縱坡平順，可采用橋梁頂升的設計，接順道路縱坡。

2 工程背景

現(xiàn)狀防城港市沙潭江至企沙一級公路，路幅斷面為25.5m，設計速度為100km/h，路面為水泥混凝土路面。項目于2005年9月開工建設，2007-04-28建成通車，到現(xiàn)在已使用13年，目前為進出企沙工業(yè)區(qū)的最重要的交通通道。隨著道路沿線土地開發(fā)日新月異，以及沿海旅游業(yè)的蓬勃發(fā)展，舊路不能滿足日益增長的車流量，亟需對其進行改擴建。

防城港市沙企大道工程是在現(xiàn)狀一級公路基礎上進行擴建改造，道路等級為城市主干路，設計速度為60km/h。項目全長27.6km，K0+000～K6+300道路紅線寬度為55m;K6+300～K21+550道路紅線寬度為46m，電廠聯(lián)線道路紅線寬度為31.5m。道路路面為瀝青混凝土路面。

全線擬進行拓寬利用的主線舊橋共有15座。主線舊路現(xiàn)狀橋梁寬度為25.5m，與路基同寬;設計的汽車荷載等級采用公路-Ⅰ級;設計洪水頻率按1/100采用;地震烈度為Ⅵ度。舊橋梁上部結構除沙潭江大橋采用20m裝配式鋼筋預應力混凝土小箱梁外，其余橋梁均采用20m跨徑的先張法裝配式預應力混凝土空心板。橋梁下部結構的墩臺基礎為鉆孔灌注樁基礎或明挖擴大基礎，橋臺為重力式U臺或樁柱式埋置臺，橋墩均采用鋼筋混凝土圓柱式墩身。經(jīng)過橋梁檢測及荷載試驗，舊橋上部構造和下部構造狀態(tài)良好，可進行加寬利用。

按照“寧填勿挖”的設計原則，為減少路面板塊斷板、板底脫空對加鋪瀝青罩面層的影響，對老路舊水泥混凝土路面采用就地碎石化處治，并在其之上加鋪路面結構，加鋪路面結構厚度按最小49cm控制。

考慮到舊橋不宜增加其橋面荷載，橋面不能加鋪，舊橋為接順橋梁梁端道路，有兩種做法：（1）保持舊橋標高不變，挖除舊橋兩岸一段舊路面、路床等，通過道路縱坡接順舊橋;（2）將舊橋進行頂升處理，接順道路。分別對兩種做法進行造價比較，在造價差距不大的時候，頂升舊橋的方案道路縱坡更加平順，且對舊路交通影響較小，適用于本項目，因此本項目采用舊橋頂升的方案。

3 橋梁頂升方案及比選

橋梁頂升是指在封閉交通后，將千斤頂安裝到蓋梁、基礎或橋墩上，通過千斤頂將橋梁的上部結構重量，轉移到承力點以下部位，使原有的墩柱、蓋梁等在承力點以上部位不再承受原有主梁的壓力，隨后在橋梁墩柱或支座墊石的適當位置進行切斷加高或直接接高作業(yè)，最終完成橋梁頂升。[1]

目前橋梁頂升改造大體可分為直接頂升法和斷柱頂升法兩種，如圖2所示。

斷柱式是指將橋墩混凝土及鋼筋切斷，然后用千斤頂頂開斷開的橋墩，隨后再接長橋墩鋼筋并回填混凝土完成頂升過程。根據(jù)千斤頂安裝位置及打斷橋墩的位置，可分為上下抱柱式、下抱柱-蓋梁式、承臺-蓋梁式、承臺-上抱柱式等。

斷柱式頂升主要優(yōu)點是頂升高度大，而缺點是：（1）工程量大，施工難度較大;（2）橋墩接長處容易開裂，不宜用在沿海橋梁處;（3）需要搭設可靠的受力支架，不適用于深水橋梁。此方法主要適用于頂升高度較大的立交橋。

非斷柱式頂升是指在梁底安置千斤頂，直接頂升上部構造。根據(jù)千斤頂下部的承力位置，可分為：

（1）直接頂升式

該方法是將千斤頂安裝在梁底與蓋梁頂?shù)拈g隙中，直接頂升梁板的頂升形式（如圖3所示）。

（2）牛腿式

該方法是將化學螺栓植入舊橋的蓋梁或臺身側面上，隨后安裝鋼制牛腿和橫梁并在其上安裝千斤頂，頂升梁板的頂升方式。該方法主要是用于上部構造和蓋梁之間空間較小的情況。

（3）分配梁式

在承臺或者地面上搭設鋼支撐，在支撐頂部安裝千斤頂，千斤頂上放置橫向分配梁，構建鋼支撐-千斤頂-分配梁頂升力系，實施頂升。該方案主要用于立交橋的頂升。

非斷柱式頂升的主要缺點是頂升高度不能太大，需要較多的千斤頂進行同步頂升;優(yōu)點是對舊橋損傷小，工程量小，施工簡便。此方法主要適用于頂升高度較小的水橋。

根據(jù)本項目特點，橋梁水位受潮汐影響，且頂升高度為49cm，適用在梁底和蓋梁直接安置千斤頂?shù)闹苯禹斏ā?/p>

4 橋梁頂升施工

本項目頂升流程如圖4所示。

本項目舊橋頂升高度為49cm。施工過程中，每聯(lián)梁體須同步整體頂升。由于板梁底距臺帽梁之間安裝千斤頂空間較小，故先采用高5cm的千斤頂（行程為2cm）進行頂升，待頂升到相應工作高度后更換行程為4cm的千斤頂進行頂升（根據(jù)每座橋抬高設計高程分多次頂升）。

本項目為保證做到整聯(lián)整幅的同步頂升，采用PLC液壓同步頂升控制系統(tǒng)。頂升過程中根據(jù)千斤頂行程（2cm或4cm）逐級多次調(diào)整鋼墊塊和臨時支撐，以實現(xiàn)分階分次抬升，最終將梁體抬升高度達到設計高程。頂升達到設計高度后，對同一片箱梁或空心板與行車方向正交的相鄰預制墊石立模并綁扎鋼筋、澆筑。

由于梁體在頂升與回落過程中是一個對橋梁的移位過程，需對頂升梁體實施位移和應力雙控。位移控制主要通過設置在墩臺處的位移傳感器測量上部構造的豎向、橫向和縱向位移。其中縱向和橫向的位移應保持在5mm以內(nèi)，豎向位移應保持各墩臺一致。如出現(xiàn)異常情況應馬上停止施工，查明原因并排除后方可繼續(xù)頂升。對應力的監(jiān)控主要是針對上部構造的關鍵截面（如支點、跨中截面）的應力進行監(jiān)控。在橋梁的頂升、持荷以及梁體回落過程中，如發(fā)現(xiàn)應力較大波動，也應馬上停止施工，查明原因并排除后方可繼續(xù)施工。整個過程中頂升速度≤3mm/min。

當頂升高度達到要求后，為降低施工風險，應盡早落梁。同時為保證預制墊石在重車作用下，使墊石與蓋梁連接緊密，故支座墊石采用預制+現(xiàn)澆的形式。預制C50混凝土墊石平面尺寸為50cm×45cm、高度為24cm，每個支座豎向共需2塊。安裝墊石前，需適當鑿毛原墊石頂面，鑿除范圍應略大于加高墊石尺寸。隨后用環(huán)氧樹脂或其他結構膠將預制加高墊塊與原墊石緊密結合。當落梁完畢，即可開始現(xiàn)澆支座墊石。為確保同一片梁底下2個支座的預制墊石（4塊）連接成一個整體，預制墊石時，預留出錨固鋼筋，其間采用高強度支座灌漿料進行填筑。

5 橋面鋪裝改造設計

舊橋橋面鋪裝為C40混凝土鋪裝，共設置兩層鋼筋網(wǎng)，距離鋪裝頂?shù)變舯Ｗo層厚度均為2.5cm（如下頁圖5所示）。舊橋鋪裝基本完整，未發(fā)現(xiàn)開裂等病害。瀝青鋪裝行車舒適度高，易于后期維護，是目前主要的鋪裝形式。本項目道路也采用瀝青鋪裝，為保證橋面鋪裝與道路一致，需對橋梁鋪裝進行改造。

原設計橋梁鋪裝為15cm厚，為保證舊橋上部構造的安全，舊橋鋪裝的改造的總體原則為不增加舊橋鋪裝荷載。對于舊橋的橋面鋪裝的改造有如下方案：

方案一：鑿除舊橋全部鋪裝，重做瀝青鋪裝。

鑿除15cm厚舊橋混凝土鋪裝，然后再澆筑8cm混凝土調(diào)平層，在其上鋪設4cm+4cm兩層AC13瀝青混凝土。

優(yōu)點：可解決橋梁鋪裝的病害，新建橋梁鋪裝整體性好。

缺點：為保護舊橋上部構造，橋上無法使用大型機械，只能用人工打鋼釬，局部破碎剝離舊鋪裝，效率低且對舊橋結構不利。

方案二：刨掉8cm厚舊橋鋪裝，加鋪4cm+4cm細粒式瀝青。

用銑刨機銑刨掉8cm混凝土并清除頂面鋼筋，隨后在舊路混凝土上直接加鋪4cm+4cmAC-13C細粒式瀝青鋪裝。

優(yōu)點：銑刨效率高，對橋梁影響小。兩層瀝青滿足重車荷載要求。

缺點：若舊橋鋪裝開裂嚴重，無法修補舊橋面病害。

根據(jù)本項目舊橋的特點，舊橋混凝土鋪裝基本完整，可保留適當厚度的舊橋混凝土鋪裝。因此采取方案二，即銑刨掉8cm厚舊橋鋪裝，保留7cm舊橋混凝土鋪裝和下層鋼筋，在其上加鋪4cm+4cm細粒式瀝青。

6 結語

將一級公路、二級公路改擴建為市政道路，在今后將會是市政建設中極為重要的一部分，相較新建道路，其制約因素眾多，設計難度大。防城港沙企大道工程較大范圍地應用了橋梁頂升和橋梁鋪裝更換等工藝，為今后越來越多的市政道路改擴建提供了豐富的應用實例。

參考文獻：

[1][ZK（]冀鴻飛.浙江富春江第一大橋橋梁頂升技術中關鍵技術的研究[D].成都：西華大學，2012.