高速公路桥梁拓宽加固技术与方法研究

ｉ宽加固技市　Ｅ　＿Ｊ　方法研究　田　町　．陈吉艺ｚ．杨维国　（１．深圳市规划局，广东深圳５１８０３５；２．深圳高速公路股份有限公司，广东深圳５１８０３５；　３．深圳高速工程顾问有限公司，广东深圳５１８０３５）　摘要：随着交通量的增大以及载重等级的变化，２０＂￣－纪９０年代建成的高速公路面临着改扩建的问题，如何在大交通流量　下不中断交通进行高速公路桥梁的拓宽加固将是一个重要的课题。以深圳市梅观高速公路拓宽为例．探讨高速公路桥梁的拓　宽方法以及加固技术，提出观澜河大桥拓宽加固的方案，可为同类桥梁的拓宽加固提供一个可借鉴的思路。　关键词：高速公路；桥梁；拓宽：加固；二强扶弱　中图分类号：Ｕ４４５．７２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００２—４７８６（２０１０）０１—０１７４—０４　ＤｏＩ：１０．３８６９：ｊ．１００２—４７８６．２０１０．０１．０２４　Ｗｉｄｅｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　Ｂｒｉｄｇｅ　ＴＩＡＮ　Ｄｉｎｇ　，ＣＨＥＮ　ｊｉ—ｙｉ　，ＹＡＮＧ　Ｗｅｉ—ｇｕｏ　＜＞●（＞●＜＞●＜＞●（＞●＜＞●＜＞●◇●＜＞●＜＞●＜＞●＜　●＜＞●＜＞。＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＿＞●＜＞●（＞●０●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●　，●＜＞‘＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●　定需灌浆加固的砼板及孔数（可布置４、５、６、８　孔）。在混凝土板上确定孔位，并做好标记（见图　３）。　０　４　｛　单位为厘米　网中：１．埋法兰螺帽：　Ｏ　Ｏ　Ｉｎ｝　２．紧固接头：　３．套帽：　Ｏ　４．压力阀门开关；　图巾：ｄ一灌浆　Ｌ直径　５．皮管：　￡一板长：　６旧水泥混凝土板　ｏ　ⅢＬ　６一板宽　７．基层　ＬＬ　＿Ｊ　一　４　板Ｆ脱空压浆处治不意图　Ｌ丝．．一…点丝．】　４　结语　图３　灌浆扎布置图　本项目改建后现已通车运营．至今路面状况良　３．２．２．２　钻孔作业　好。笔者作为项目负责人，参与了设计、施工的全　将钻孑Ｌ机放置在确定的钻孑Ｌ位置上，启动开　过程，本文所述是实践经验的总结。希望能起到抛　关，观察到钻头转向无误并有水流出后方能开始钻　砖引玉的作用。　孔。孔的直径应略大于灌浆的喷嘴直径，深度应穿　参考文献　过混凝土板，钻入稳定的基层ｌｃｍ～３ｃｍ。用海绵块　［１］ＪＴＧ　Ｄ４０－２００２，公路水泥混凝土路面设计规范［ｓ】．　将钻孑Ｌ中的积水吸出，并用空压机吹气的方法排除　［２】ＪＴＧ　Ｄ５０－２００６，公路沥青路面设计规范［Ｓ］．　板下的杂质和污物，形成空腔，以利浆体的分布和　作者简介：金恩伟，工学硕士，国家注册咨询（投资）工程　粘结，然　将膨胀卡头牢固地安装在钻孔上（参见　师，南京市规划设计研究院主任工程师。　图４）　收稿日期：２００９—０１—１５　（１．Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｕｒｂａｎ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　５　１　８０３５，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　５１８０３５，Ｃｈｉｎａ；３．Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔｓ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　５１８０３５，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｌｏｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｏｆ　ｔｒａｆｆｉｃ　ｖｏｌｕｍｅ　ａｎｄ　ｖａｒｉｅｔｙ　ｇｒａｄｅ　ｏｆ　ａｘｌｅ　ｌｏａｄ，ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅｓ　ｂｕｉｌｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　１　９９０ｓ　ｎｅｅｄ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｗｉｄｅｎｉｎｇ．Ｉｔ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｔｏｐｉｃ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｗｉｄｅｎ　ａｎｄ　ｒｅｉｎ—　ｆｏｒｃｅ　ｅｘｐｒｅｓｓ　ｂｒｉｄｇｅｓ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ　ｔｒａｆｉｆｃ　ｕｎｄｅｒ　ｈｅａｖｙ　ｔｒａｆｆｉｃ　ｆｌｏｗ．Ｔａｋｉｎｇ　Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　Ｃｉｔｙ　Ｍｅｉｇｕａｎ　Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　ｗｉｄｅｎｉｎｇ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｆｏｒ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ｗｉｄｅｎｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｔｈｅ　ｗｉｄｅｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｏｆ　Ｇｕａｎｌａｎｈｅ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｉｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ，ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ；ｂｒｉｄｇｅ；ｗｉｄｅｎ；ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ；ｔｗｏ　ｓｔｒｏｎｇ　ｆｏｒ　ｗｅａｋ　０　引言　拆除重建或采用线位分离建新桥的扩建方案：　高速公路的迅速发展有力地促进了国民经济的　ｅ）将旧桥桥面系即桥面铺装、防撞墙等全部拆　飞速发展。但随着交通量的增大，载重等级发生变　除，待桥面加宽后一次浇筑完成。　化，使得２０世纪９０年代建成的高速公路已经进入了　２．２　桥涵拓宽加固技术　扩建或大修期，特别是高速公路上的桥梁普遍出现　桥梁加固一般是通过对构件的补强和结构性能　了一定程度的病害，已经无法满足使用要求。如何　的改善来恢复或提高现有桥梁的承载能力，以延长　在大交通流量下不中断交通进行高速公路桥梁的拓　其使用年限，适应现代交通运输的需求。对桥梁进　宽加固是一个重要的课题。本文将以深圳市梅观高　行加固改造的技术途径主要有下列五种。　速公路拓宽工程为实例，分析在大交通流量下不中　２．２．１　加强薄弱构件　断交通进行高速公路桥梁拓宽加固的关键技术。　对于桥梁上有严重缺陷或因通行重型车辆而不　１　工程概况　能满足安全承载要求的薄弱构件，通常采取以下办　梅观高速公路于１９９５年建成通车，原有桥涵设　法进行加固：ａ）以新材料（喷射混凝土、混凝土、　计荷载为汽一超２０，验算荷载为挂一１２０标准。为了　钢板、玻璃钢或钢筋）增大主梁或主拱圈截面；ｂ）　更好地满足交通量增长的需要，同时为了尽快恢复　用高标号水泥砂浆或环氧树脂水泥砂浆封填裂缝：　并改善其路面行驶性能，提高行车舒适性，梅观高　ｅ）增设外部后张预应力筋，施加外部预应力；ｄ）用　速公路由原来六车道拓宽至八车道。全线共有大桥　化学粘结剂贴附加构件。　５Ｎ，全长９２５．９５ｍ；中小桥１８座，全长１　０１５．２７ｍ；　２．２．２　增加辅助构件　涵洞２５道，通道４道。桥梁结构以预应力砼连续箱　当桥梁承载能力不足或因种种原因使桥梁遭到　梁、预应力砼空心板、现浇砼连续箱梁为主。在整　破损时，可以在原有构件上增加新的受力构件，如　个扩建工程中桥梁的拓宽加固是一个重点、难点。　增设纵梁、横梁或拱肋等；也可以用新的预制构件　２　桥梁拓宽加固技术与方法　替换原有结构上有严重缺陷而又不易修复的构件。　２．１　桥涵扩建加固原则　替换构件时，必须设置足够的临时支撑，采取可靠　深圳市梅观高速公路扩建工程中桥涵的主要设　的技术措施，以保证整个结构在施工中的安全。　计原则为：　２．２－３　改变结构体系　ａ）全面贯彻“安全、实用、经济、美观”的技术　主要是利用梁的连续作用或梁、板组合作用改　方针：　变结构的受力体系，改善结构的受力状况，以提高　ｂ）在满足桥梁使用功能和桥下通车净空要求的　桥梁承受活载的能力，如：将简支梁变为连续梁；　前提下，力求扩建后桥涵造型与现状桥涵保持一　将铰接改为刚接；利用辅助墩、八字撑等将单跨梁　致，并与周围景观协调统一；　变成多跨结构；在拱桥桥面上现浇一层钢筋混凝土　Ｃ）扩建桥梁全部与路基同宽；　板：将拱式体系转换为梁式体系，等等。　ｄ）对一般病害桥，应采取加固措施，保证桥梁　２．２．４　减轻恒载　结构的安全性及行车的舒适性；对严重病害桥，应　减轻原桥上部构造的恒载，可以改善原桥的受　力状况，提高承受活载的能力。特别是在桥梁基础　速公路扩建中多数桥梁采取了此种连接方式．运营　承载力受到，不能满足加固上部构造和提高活　结果表明，桥面铺装层极易破坏，纵向裂缝随着沥　载所增加的承载力要求时，以减轻桥梁恒载的办法　青铺装层啃边现象的发展日益扩大。　来提高桥梁承受活载的能力是一种经济有效的措　上下均连接的拼接模式．其优点是将加宽桥与　施，如：将实腹式拱桥改建为空腹式拱桥，更换拱　原桥联系成一个整体，主要缺点是加宽桥基础沉降　上填料，等等。　大于老桥基础沉降，由此产生的附加内力较大。将　２．２．５　加固墩、台及基础　会使下部构造帽梁、系梁、桥台连接处产生裂缝；　有相当一部分桥梁的缺陷和病害是由墩台或基　上部构造连接处也可能产生裂缝．导致使用功能下　础问题引起的。对这类桥梁通常是采取用钢筋混凝　降，维修困难。此外，下部构造采用植筋连接技　土箍套、用钢筋混凝土拉杆和钢拉杆施加外加预应　术，工程成本较高。沈大高速公路扩建桥梁即采用　力、增加桩基及顶推法等措施加固桥梁墩台和基　此种拼接模式。　础，以改善墩台和基础的受力状况，提高桥梁的承　综合上述两种连接方式的优缺点，对于上部构　载能力。　造连接、下部构造不连接的拼接模式而言，下部构　２＿３　桥梁拓宽方法　造不连接使得加宽桥与原桥之间下构内力相互不产　桥梁扩建部分原则上采用与原桥相同的结构型　生影响，上部构造连接后能使新旧桥梁上部整体受　式和跨径，从而使新旧桥梁刚度基本相同。这样，　力，从而有效提高行车舒适性。该拼接方式已被国　在荷载作用下，新旧桥梁结合部产生的扰度差较　内多个扩建工程所采用，效果较好．如海南东线高　小，桥面不易出现过大的纵向裂缝。同时．在新　速公路、浦珠路、沪宁高速公路等已通车多年，尚　旧桥梁结合部应加强桥面铺装层钢筋网布置．以　未出现桥面纵向裂缝。目前“上部构造相互连接、　使桥梁具有较大刚度，使新旧桥梁能够共同作用。　下部构造不连接”的扩建方式已得到国内专家、　加宽桥与原桥之间横向连接方式是关系到桥梁　同行的肯定，梅观高速桥梁扩建推荐采用此种方　加宽成功与否的主要因素。桥梁扩建的横向连接有　式。　三种方式：　３　工程实例　ａ）上部构造与下部构造均不连接：　本文以观澜河大桥为例介绍梅观高速扩建桥梁　ｂ）上部构造与下部构造均连接：　的加固方法。观澜河大桥位于深圳梅观高速公路桩　ｃ）上部构造相互连接，下部构造不连接。　号Ｋ１２＋７８０．０００处。现状观澜河大桥全长４９５．４３ｍ，　上下均不连的拼接模式，简化了施丁程序。消　上部结构采用３联４ｘ４０ｍ单箱单室等截面预应力混　除了连接的技术问题，但在汽车活载作用下两桥主　凝土连续箱梁，梁高２．４ｍ，分左右幅修建，单幅桥　梁会产生不均衡扰度，同时由于加宽桥后期沉降大　宽１２ｍ；下部结构为桩柱式桥墩，０＃桥台为肋式　于原桥，将会造成两桥连接部位沥青铺装层的破　台，扩大基础，１２＃桥台为组合式桥台，桩基础。　坏，从而形成纵向裂缝和横桥向错台，影响行车舒　设计荷载采用汽车一超２０、挂车一１２Ｏ。图１为　适性和桥面外观，增加后期养护维修工作。广佛高　箱梁横断面图。　１　２００　ｒ■—　ｌ＿———ｊ］一——一—ｊ——＿‘　ｒ一…一芒　＿ｒ　……翔～……一………～＿三Ｉ、　ｌｒ’　ｒ……　一　‘　立一　摹ｊｊ哥　下‘　　【一　一　　．ｃ　Ｊ　。１～～　Ｔ］１　　ｔ　矗　，　１　＼　＿　１＿＿士＿ｉ：　＿｜　＿√一！　、　－　｛　目　离　，１　｛　！　１，】‘　１　‘ｌＬｎ　‘０ｎ　．Ｅ…］［　１　Ｅ　一，一　一…ｔ　箱梁横断面图　随着地区经济的快速发展，梅观高速自通车后　件最差缺损状况评定为四类。　交通量飞速增长，经过多年的超负荷运营，部分桥　采用“二强扶弱”的加固思想，在原箱梁两侧各　梁产生了一定程度的病害。根据２００７年梅观高速公　新增一个强度和刚度足够大的箱梁，通过新增横梁　路桥梁定期检测报告，该桥为三类桥梁，其重要部　使新旧箱梁联接为整体，使新箱梁为旧箱梁分担部　分荷载。对于旧梁之问的联结存在以下两种方案：　变应力，结构如图２所示。　方案一：在两旧箱梁之间增设盖梁和两片小箱　方案二：不对旧梁之间进行处理．结构如图３　梁，在旧桥箱梁内新增横隔板，提高旧箱梁的整体　所示。对于局部病害，采用常规方法修补旧结构局　强度，增强原箱梁的整体受力性能，减小箱梁的畸　部缺陷。　图２　方案一加固结构断面图　新增横隔板　新增横隔板　图３　方案￣－）Ｊｎ固结构断面图　方案二是从节约成本的角度考虑，实质上是方　能明显改善旧桥的受力状况。同时，方案的最终确　案一的简缩版，所以本文只对方案一的计算结果进　定还需进行经济、美观、交通疏解以及施工难易程　行分析研究。采用有限元程序ＡＮＳＹＳ计算分析加固　度等多方面的论证。　前后原箱梁跨内下缘最大拉应力、上缘最大压应力　４　结语　以及支座截面最大主拉应力，计算结果见表１。　在大交通流量的高速公路上不中断交通进行桥　表１　原箱梁在加固前后的应力变化　梁拓宽加固是高速公路投资者、管理者、设计者、　控制应力　活载　施工者面临的新课题。在满足高速公路使用要求的　位　项目　应力减　应力减　置　加周前　加固后　小比例　加固前　加固后　条件下，对于旧桥的充分利用是桥梁加固技术的重　（ＭＰａ）　（ＭＰａ）　ｆＭＰａ）　（ＭＰａ）　小比例　（％）　（％）　点，只有通过不断完善桥梁加固的理论，革新加固　跨　下缘最大拉应力　一１Ｏ．９０　—８　０９　２５．７８　—３　０９　—１　７２　４４．３４　思想，在不断总结经验和技术进步的基础上形成桥　内　上缘最大压应力　８　２５．１４　４．４１　３．Ｏ６　３０．６１　梁加固的专门规范，才能使我国的交通事业更好地　．７９　６．５８上缘最大拉应力　－８．９７　—７．Ｏ８　２１．０７　—２．８４　—１．４２　—４９３Ｏ　融入节约型的和谐社会。　支　参考文献　下缘最大压应力　ｌ１　５Ｏ　９．Ｏ２　２１．５７　１．９９　Ｏ．９６　－４８－２４　座　最大主拉应力　－８．９７　－７．Ｏ８　２ｌ　０７　－２．８４　—１．４２　－４９３Ｏ　『１］重庆市交通规划勘察设计院．深圳梅观高速公　路观澜河大桥拓宽加固工程研究报告［ｒｑ．重庆：重　表１中的计算结果表明：通过拓宽和加固．能　庆市交通规划勘察设计院，２００８．　明显减小原箱梁结构的应力水平（至少减少２０％）和　『２１深圳高速工程顾问有限公司．深圳梅观高速公　活载作用下的应力水平（至少减少４０％），即能有效　路扩建工程可行性研究报告［ｒｑ．深圳：深圳高速工　降低应力水平，避免裂缝发生、发展。同时计算得　程顾问有限公司．２００８．　出原有箱梁在汽车荷载作用下的挠度为７．４６ｍｍ，　作者简介：田町（１９８２一），男（汉族），山西大同人，助理工　拓宽加固后在汽车活载作用下，原箱梁在汽车活载　程师．现任职于深圳市规划局建设用地处．主要从事城市　作用下的挠度为４．３６ｍｍ，较改造前降低４１．５５％。　规划工作。　综合以上计算结果，表明此加固方案可行．并　收稿日期：２００９—０３—１６