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浅谈高速公路桥梁拼宽设计及施工关键技术的应用

2021-04-30 176 上传者：管理员

摘要：以某高速公路桥梁拼宽工程为依托，通过收集既有桥梁拼宽的设计方案、施工技术等相关资料，对桥梁拼宽的设计原则、拼宽方式及施工关键技术进行探析，为同类工程提供借鉴和参考。

关键词：
公路交通
关键施工技术
改扩建工程
桥梁拼宽
高速公路
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随着我国交通行业高速发展，交通量与日俱增，既有高速公路难以满足现行车辆的通行要求，需进行改扩建。桥梁拼宽工程作为改扩建工程中一项重难点工程，需解决新旧桥梁拼接方式、基础不均匀沉降及施工中车辆通行安全等问题，其施工难度大、施工技术复杂、安全隐患多，故保障桥梁拼宽的施工质量和安全尤为重要。

1、工程概况

某高速公路桥梁拼宽施工，某桥原桥为8×20m预应力连续箱梁，桥梁全长166m，下部结构桥墩采用柱式墩，0号桥台采用肋板台，8号台采用柱式台，全桥均采用桩基础。新桥在旧桥左右均进行加宽，其中左幅加宽8跨，加宽宽度3.5m，右幅加宽4跨，加宽宽度0m～1.892m，拼宽桥梁上部结构沿用原桥结构形式，采用20m装配式预应力混凝土连续箱梁，下部结构采用柱式墩台，桩基础。

2、拼宽原则

桥梁拼宽主要考虑新旧桥梁横向联系的稳定性、施工方法可操作性、施工环境的安全性、桥梁造型美观及通行车辆的舒适性等因素。

1)新桥的结构形式和跨径组合设计应尽量与旧桥一致，以提高拼宽后新旧桥梁的整体性，传力可靠性，变形协调性;2)桥梁拼宽在不中断交通的情况下施工，必须采取分时段浇筑、分层浇筑、采用微膨胀钢纤维混凝土等技术措施，以保证接缝处混凝土的浇筑质量;3)设计时应考虑新旧混凝土收缩徐变对拼接处施工质量的影响，可通过提高拼接处混凝土强度等级，来控制拼接处两侧混凝土因收缩徐变产生的挠度差;4)新桥的桥梁荷载等级宜高于旧桥。若既有桥梁的荷载等级较低，可以通过旧桥加固的方法提高既有桥梁的荷载等级后再进行桥梁拼宽。

3、桥梁拼宽的方式

为了降低施工难度，提高新旧桥梁拼宽结构的安全性和稳定性，目前普遍设计的新旧桥梁拼接方式有以下三种方式:

第一种:上部结构与下部结构均不连接。此连接方式的优点是新桥与旧桥之间没有联系，互不影响，各自独立为一个受力体系，可以降低施工过程中的难度，降低通车对施工的影响。缺点是为了行车安全和桥梁结构安全，新旧桥梁之间设置了防撞护栏或隔离设施，并不能有效的提高公路服务质量，反而由于中间护栏或隔离设施的存在，给行车安全造成了一定的影响。

第二种:上部结构与下部结构均连接。此连接方式是将既有桥梁的护栏进行拆除，并将新桥的上部与下部结构通过凿除焊接或植筋的方式与既有桥梁连接，然后重做桥面铺或连接桥面铺装。其优点是将新老桥梁连接成一个整体，使得新旧桥梁能在荷载作用下受力变形均衡，从而减少拼接处病害的产生。缺点是:新旧桥梁由于建设年代以及施工工艺的不同，导致其在荷载作用下变形不一致，导致在结合处出现裂缝甚至混凝土剥落的病害产生。再者既有线路是否封闭，也是影响桥梁施工质量的关键因素。

第三种:上部结构连接，下部结构不连接。此连接方式是新建桥梁的下部结构单独修建，上部结构采用先凿除混凝土，再焊接钢筋，最后浇筑混凝土，或结合处采用植筋的方式将新旧桥梁进行连接。其优点是上部结构整体受力，下部结构独自受力，内力互不影响，下部结构施工方便。缺点是上部结构施工也会受到通行车辆的影响，且结合处的施工质量是整个桥梁拼接是否成功的关键。

4、桥梁拼宽的施工方法

根据设计图纸，需拆除的既有桥梁结构的混凝土防撞护栏、桥面所有的沥青混凝土路面及伸缩装置、箱梁搭接处的部分翼缘板混凝土及桥面铺装，还需在既有桥梁端横梁和中横梁处植筋与新拼宽桥的端横梁和中横梁进行连接，各部位连接完成后浇筑桥面铺装，然后再施工混凝土防撞护栏，施工完成后铺设沥青混凝土路面再安装桥梁伸缩装置。

拆除结构先后施工顺序为:伸缩装置→路面沥青混凝土→拼接侧1m范围的桥面铺装混凝土→外侧混凝土防撞护栏→外边梁翼缘板。

1) 伸缩装置拆除、安装施工。新桥使用的伸缩缝类型、位置与原桥伸缩缝相同。凿除伸缩缝混凝土:依据设计文件对拟凿除混凝土部位进行划线标识，沿线切缝并确保切缝边口整齐无破损;采用风镐凿除切缝间的沥青混凝土，凿除时尽量不损伤原预埋钢筋，并确保基底混凝土坚实;采用人工清理大块混凝土后，用风镐将预留的混凝土表面凿毛，再采用空压气泵清除槽内杂物和浮渣。拆除旧伸缩缝:采用气割方式将原桥伸缩缝的钢筋与预埋钢筋进行拆除并清理，切割时尽量预留原预埋钢筋的焊接工作长度。植筋:新安装伸缩缝和旧伸缩缝的锚环位置不一致或切割预留钢筋焊接长度不足时，需按照新伸缩缝钢筋位置进行植筋固定。

安装新伸缩缝:沥青混凝土铺设完成后在伸缩缝位置进行切割并凿除，清理干净后，将新伸缩缝按设计文件要求放入槽口内，调整伸缩缝的线形和高程，使新旧伸缩缝缝宽、线形、高程一致。钢筋绑扎和混凝土浇筑:依据相关规范对新安装的伸缩缝进行检查，确认合格后，绑扎保护带钢筋，注意新设钢筋和原钢筋的连接，安装完成后分层浇筑混凝土，采用振捣棒振捣，确保振捣密实。

2) 路面沥青混凝土拆除。既有桥梁路面沥青混凝土拆除采用铣刨机和人工结合的方式进行。铣刨开始时铣刨深度要从原桥面缓慢调整到计算的铣刨深度，严禁突变。铣刨结束时要从原铣刨深度缓慢调整到原桥面，铣刨机铣刨不到的部位用人工进行凿除。铣刨结束后采用清扫车或人工进行遗留铣刨料的清扫。

3) 拼接侧1m范围的桥面铺装混凝土凿除施工。拼宽处需凿除老桥铺装层的宽度为1m，铺装层混凝土凿除前先按位置弹出墨线，然后采用混凝土切割机进行切割，切割深度2cm，防止破坏铺装层钢筋网片。混凝土凿除采用水力破除技术，通过调节水压控制破除深度，此工艺采用水为介质，对保留结构没有损伤和扰动，且施工安全。

4) 混凝土防撞护栏拆除施工(见图1)。防撞护栏切割时按照先横向再纵向的顺序进行施工，切除一段吊装运走一段。此施工工艺无振动无扬尘，对桥梁其余结构无损伤，环境污染较小。

5) 外边梁翼缘板凿除施工。翼缘板凿除时不得破坏原桥面板横向钢筋，原横向钢筋需作为受力钢筋与新桥连接。翼缘板凿除采用水力破除技术。混凝土凿除后遗留的原防撞护栏预埋钢筋要清理干净，桥面板纵向钢筋不得切割，新旧桥梁钢筋连接时在现场进行弯制，确保连接牢固。

6) 端横梁植筋施工。在原桥外边梁翼缘板凿除后，新桥箱梁吊装之前，进行原桥外边梁端横梁植筋的施工。植筋前先用钢筋探测设备探明原桥端横梁和中横梁处钢筋及预应力管道，植筋须避开钢筋及预应力管道，按照规范要求钻孔，钻孔达到深度后采用空压机将孔内灰尘清理干净，然后注入植筋胶插入钢筋。

7) 箱梁架设及桥面附属施工。预制箱梁架设前先复测旧桥桥面标高，根据实测标高调整新桥支座标高。箱梁架设完成后先浇筑新桥部分湿接缝，待新桥湿接缝混凝土强度达到设计强度的85%后，在桥梁附近设置稳定、易观测的基准点，采用水箱、砂袋等对新桥进行预压(预压荷载按全桥1/2恒载考虑)，并对新桥沉降量进行观测，预压时间根据沉降稳定情况进行确定，待沉降量稳定后，方可进行新旧桥梁拼接施工。新旧桥梁拼接先施工端横梁，再浇筑拼接处湿接缝(见图2)，然后进行桥面铺装的施工、防水层施工和桥梁防撞护栏施工。防撞护栏采用定制钢模板进行施工，其线形按照桥面宽度变化进行顺接，施工完成后铺设桥面沥青混凝土，沥青混凝土铺筑采用机械进行施工，铺筑完成后恢复桥面标志标识、标线，待伸缩缝安装完成且混凝土强度达到设计要求后方可恢复正常的交通通行。

5、桥梁拼宽施工注意事项

1) 在桥梁拼宽过程中，既有桥梁的沉降已经相对稳定，而新建桥梁的沉降相对不稳定，势必会在新旧桥梁之间产生沉降差。沉降差影响最大的位置是新旧桥梁的结合处，沉降差过大，会造成结合处产生裂缝，严重时会导致断裂，因此新旧桥梁的不均匀沉降的受力分析是重中之重。施工过程中应主要关注新旧桥梁的沉降差计算和沉降值的控制。

2) 新老桥墩中距较近，若施工不当有可能造成中距不满足设计要求，进而降低桩间土体与桩侧间的摩擦支承作用。所以在施工前应对既有桥梁的坐标及高程与设计图纸进行对比。新建桥梁的各项设计指标均应与原桥梁一致，施工前应根据图纸与现场实际坐标和高程符合无误后方可施工。

3) 新桥施工时，若施工机械指挥不当，有可能碰撞原桥，造成原桥结构破坏。新旧桥梁施工时，由于施工空间较小，施工机械无法有效的发挥，为了防止施工机械对桥梁结构物的损坏，建议应配置相应的指挥人员，指导施工机械安全施工。

4) 新旧混凝土因收缩徐变而在新旧桥梁结合处产生附加应力，这也是新旧桥梁结合处开裂的主要原因。因此在实际施工中应对工期进行严格控制，在对新旧桥梁的徐变做好提前分析的情况下进行结合处连接的施工。

6、结语

高速公路桥梁拼接施工的风险主要在于施工中可能出现的新旧桥梁基础不均匀沉降和车辆通行安全，针对可能产生的不良影响因素和潜在风险，应采取成熟、合理的拼宽设计和施工方案。本文对桥梁拼宽的设计原则、拼宽方式、拼宽施工方法及注意事项进行探析，为同类工程施工提供一定参考依据和借鉴意义。

参考文献:

[1]田增顺.交通荷载作用下既有箱梁桥拼宽受力性能与试验研究[D].北京:北京交通大学,2016.

[2]郭伟宏.高速公路拼宽桥梁的设计与施工[J].黑龙江交通科技,2015(3):120,122.

王阳.高速公路桥梁拼宽设计及施工关键技术研究[J].山西建筑,2021,47(09):135-137.