考虑施工交通导改的在役桥梁过幅拼接设计与分析.pdf

总661期2023年第31期（11月 上）0 引言本文依托中江高速改扩建工程（深圳至岑溪高速公路“中山新隆至江门龙湾段+江门龙湾至共和段”），以一座在役20m跨空心板简支梁桥的改扩建为研究对象，考虑施工过程交通导改、车道线跨越老桥左右幅及远期桥面横纵坡调整等因素，提出对老桥近期内侧边梁进行临时拼接，远期解除临时拼接后顶升空心板至设计标高后再进行永久拼接的设计方案，解决施工近期临时通车、远期桥梁横纵坡调整的桥梁扩建问题。1 工程概述本项目现状为双向六车道高速公路，扩建后采用双向八车道高速公路标准。其中K24+498.5中桥旧桥上部结构采用单跨20m跨径预应力砼简支空心板（先张法），空心板尺寸详见图1，桥面采用10 cm整体化层+9 cm沥青铺装，下部结构采用薄壁台。该桥于2005年建成通车，老桥分左右幅，总宽28 mm，桥梁位于R=5500 m 圆曲线上，设计时速为 120 km/h，采用双向 2%横坡。检测报告显示桥梁上部结构无明显病害，技术状况等级为2级，根据公路养护技术规范（JTG H102009）1，对本桥进行小修后可直接使用。该桥位于分离式扩建路段，改扩建完成后，桥梁右幅为分离式新建桥梁，桥梁左幅则为老桥拼接拓宽后部分，左幅横断面见图3。本桥扩建需综合考虑下述六个因素：分离式新建的右幅桥梁与老桥左幅在空间上存在冲突，需拆除老桥左幅左侧一片边梁及一片中梁，见下图3左侧；老桥右幅位于立交范围加宽段，右侧需加宽4.5 m，新增3片空心板，见图3右侧，新增空心板收稿日期：2023-03-12作者简介：黄钦桃（1990），男，工程师，从事桥梁设计工作。考虑施工交通导改的在役桥梁过幅拼接设计与分析黄钦桃（广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司，广东 广州 510507）摘要：依托中江高速改扩建工程，以其中一座在役20m跨空心板桥的加宽设计为例，阐述了当桥梁位于混合加宽的过渡段时，通过对老桥近期内侧边梁进行临时拼接，远期凿除临时拼接后顶升空心板再进行永久拼接的方案，最终实现桥梁的加宽设计，可为桥梁改扩建中遇到的类似情况提供参考。关键词：空心板；临时拼接；横纵坡调整；永久拼接中图分类号：U445文献标识码：B单位：cm图1 老桥空心板横断面图（1）中梁跨中断面（2）边梁跨中断面单位：cm图2 老桥空心板横断面图128交通世界TRANSPOWORLD采用省厅最新空心板通用图，边板悬臂尺寸和钢束型号适当加大；因总体设计需要，车道线从老桥中分带穿过；施工过程为保四通行，需对老桥左右幅进行临时拼接；最终扩建完成后左幅车道位于单幅四车道渐变为单幅2+2车道的过渡段，车道中间有一段车道渐变段；扩建前老桥桥面为双向约2%横坡，扩建后为整体单向2.4%横坡，老桥左幅桥梁需旋转4.4%的横坡。2 方案介绍2.1 拼接原则本项目桥梁拼接采用“上连下不连”2的拼接原则。本桥施工过程老桥间可不调整横坡差，直接临时拼接；永久拼接需考虑横纵坡调整接顺最终道路设计线形。2.2 施工顺序改扩建项目中，施工工序往往是项目的控制性因素。本桥的具体施工工序如下（见图4）：第一施工阶段，老桥维持正常通行，施工右幅拼宽桥上下部结构；老桥左右幅临时拼接，原老桥四车道通行向右转移；拆除左幅老桥外边板和一块中板，施工左幅新建桥梁；将四车道交通转移到新建左幅桥梁，凿除老桥左右幅间的临时连接，再顶升老桥空心板，调单位：cm图3 扩建后左幅横断面图（1）第一阶段（2）第二阶段（3）第三阶段（4）第四阶段（5）第五阶段单位：cm图4 改扩建主要施工阶段129总661期2023年第31期（11月 上）整桥面横纵坡，将临时拼接变为永久拼接。对老桥进行桥台背墙加高、桥面铺装改造、伸缩缝更换以及路线标线重画等全面改造。交通转换，全线双向八车道通行。在第二、三阶段，由于车辆四通行需求，需将老桥左右幅进行临时拼接。在第三阶段，老桥左幅左侧四片梁的桥面实际上均无通行车辆，但只拆除与新建桥冲突的一片边梁和中梁，考虑到另外两片梁对其他梁横向分布系数减小的贡献。在第四阶段，由于老桥横坡由双向 2%横坡调整为单向 2.4%横坡，老桥左幅桥面横坡变为 4.4%，变化幅度大，需通过老桥左幅整体顶升旋转对桥面横纵进行调整，因此需对临时拼接带进行凿除后重新浇筑成永久拼接带。3 整体计算分析3.1 计算模型采用迈达斯建立老桥空心板的梁单元模型进行分析，模型共43个节点，42个单元。老桥空心板为先张预应力混凝土结构，按A类预应力构件验算。内边梁梁底设9束4j15.24和9束6j15.24钢绞线，钢绞线标准强度为1860MPa，张拉控制应力为1395MPa。3.2 验算原则根 据 高 速 公 路 改 扩 建 设 计 细 则3（JTG/TL11-2014）第 3.0.8 条、3.0.9 条进行验算：既有桥涵极限承载能力应满足或采取加固措施后满足现行标准的要求，评价承载能力极限状态时应采用现行荷载等级。老桥验算荷载标准：承载能力极限状态验算采用公路-级；正常使用极限状态采用原设计标准即：汽-超20、挂-120。桥面整体化层厚度取值原则：按8 cm整体化层作为主梁一部分参与整体受力，2 cm厚以均布荷载施加在主梁上。老桥混凝土强度取值：老桥梁体及桥面调平层均采用40#混凝土，根据粤交集基（2021319号文），混凝土强度换算为C38，由于本桥混凝土尚未做检测，考虑到截面缩放系数，钢筋面积缩放系数等因素，偏安全的混凝土按C35进行验算。3.3 横向分布系数支点位置处横向分布系数采用杠杆法4，1/4跨至3/4跨位置采用铰接板梁法5，其余位置采用两端值进行内插确定。老桥内边梁拼接后中梁及内边梁的跨中横向分布系数均有显著减小；中梁支点横向分布系数不变，内边梁支点处横向分布系数则显著增大。3.4 老桥承载力验算综合考虑横向分布系数以及桥面恒载的变化后，老桥承载能力极限状态验算采用公路-级，18混凝土规范进行验算，验算结果见表3。由表3可知，虽然老桥拼接前后承载力均不满足18混规要求，但安全系数提升了7%，即拼接后老桥的抗弯安全性能得到较大提高。由表4可知，由于支点处横向分布系数的增大，内边梁承担的剪力增大，因此老桥的抗剪能力相比拼宽前降低，老桥拼接时需对老桥内边梁支点位置的抗剪进行加强设计。表3 老桥内边梁承载能力极限状态正截面抗弯强度验算结果阶段老桥拼接前老桥拼接后截面位置跨中跨中内力最大弯矩最大弯矩弯矩效应/（kNm）3 844.83 575.1抗弯强度/（kNm）3 269.83 284.1安全系数0.850.92表4 老桥内边梁承载能力极限状态正截面抗剪强度验算结果阶段老桥拼接前老桥拼接后截面位置支点支点内力最大剪力最大剪力剪力效应/kN1 024.51226抗弯强度/kN949.8949.8安全系数0.930.774 老桥拼接细部设计本项目以旧桥的检测病害情况确定旧桥加固原则，即仅对检测出有结构性病害的桥梁进行加固，本桥旧桥上部结构技术状况良好，拼宽后桥梁的安全性比原设计高即可不对老桥进行加固设计。根据前述计算结果，老桥拼接后内边梁抗弯能力得到提升，支点局部抗剪能力被减弱，因此在老桥支点局部将湿接缝厚度加高至与梁同高，以提高其抗剪性能。根据计算结果设计旧桥左右幅的横向连接，纵剖面详见图5。老桥左右幅间临时湿接缝采用C50补偿收缩混凝土，为增强结构耐久性，永久湿接缝采用C50补偿收缩混凝土掺钢纤维及纤维素纤维，见图6。5 结论1）老桥左右幅内侧边梁连接后，边梁及中梁的跨表1 空心板抗弯及抗扭惯性矩参数值截面特性抗弯惯矩（m4）抗扭惯矩（m4）老桥外边梁0.1130.227中梁0.1000.194内边梁0.1210.222拼宽桥内边梁0.0840.140中梁0.0710.122外边梁0.0930.140表2 横向分布系数计算结果施工阶段拼接前拼接后空心板位置内边梁（老桥）中梁（老桥）内边梁（老桥）中梁（老桥）公路-级支点0.5940.60.8360.6跨中0.3970.3380.3120.286汽-超20、挂-120支点0.130.4690.6320.469跨中0.2060.1830.1580.141130交通世界TRANSPOWORLD中横向分布系数均减小，内边梁支点处横向分布系数增大。2）老桥内边梁的跨中抗弯承载能力有较大提升，老内边梁支点处抗剪承载能力则降低，需对内边梁梁端加强抗剪设计。3）当高速公路改扩建分离式加宽段、双侧分离式加宽的过渡段位于桥梁时，可以通过对老桥近期内侧边梁进行临时拼接，远期凿除临时拼接后顶升空心板再进行永久拼接的方案，最终实现桥梁的加宽设计，可为桥梁改扩建中遇到的类似情况提供参考。参考文献：1 浙江省公路管理局.公路养护技术规范：JTG H102009S.北京：交通运输部办公厅，2009.2 万 鹏，丁兴国.沪宁高速公路（上海段）桥梁拼接设计与分析J.中国市政工程，2007（S2）：10-12.3 浙江省交通运输厅.高速公路改扩建设计细则：JTG/T L112014S.北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.4 姚玲森.桥梁工程M.北京：人民交通出版社，2008：116-131.（1）内边梁跨中横断面（2）内边梁端横断面单位：cm图6 老桥拼接带钢筋图横断面单位：cm图5 老桥拼接带纵剖面图131