老路改造升级的设计.doc

老路改造升级的设计

摘  要：本文介绍了老路改造升级设计中，新老路基纵缝处理、新老路面处理、涵洞接缝处理及老桥加固设计。
关键词：道路工程；老路改造；公路等级提高，设计处理
0  前  言
　　曾在省际运输中占重要地位的国道已逐步被高速公路所取代。但国道仍将继续为地方经济发挥着不可替代的作用。而国道原有等级较低（大部分为二级公路），不能满足地方经济发展的需要，亟待改造升级。根据地方财政的状况，老路改造升级应遵循“符合标准、因地制宜、尽量利用老路、造价较低”的原则。笔者曾主持过几条老路的改造升级设计，在此以320国道的一段为例，就老路升级改造设计中有关问题进行论述。
1  路基设计处理
1.1合理选择路基加宽侧
老路改造设计首先应合理选择平面线型，确定路基加宽侧。由于老路原平面线型施工放样均采用老方法（偏角法、切线支距法），且近年来经过多次维修改造，平面线形已与原设计图纸有所偏差，即原设计图纸平面数据不能采用，故必须重新采集有关数据。我们采用了GPS技术，布置了GPS点，进行平面控制。利用全站仪测量老路的平面坐标（每个断面测路基两侧及路中三个点，纵向距离：直线段100m，曲线段20～50m），及路两侧的建筑物的平面坐标，将采集的数据输入计算机，利用有关计算机软件进行线形拟合设计，确定平面线形。进行线形拟合设计时，必须结合地形，考虑构造物的加宽、建筑物的拆迁、施工以及社会影响等综合因素，拟合多条线形，进行技术经济比较，合理确定线形。
1.2路基裂缝的处理
老路改造升级处理好路基裂缝是关键，因为老路路基运行几十年了，沉降早已结束，而新路路基又会产生新的沉降，故新老路基联接处及路基纵向两侧易产生不均匀沉降；所以联接处应特殊处理。
强夯压实，人为使其提前沉降变形。在新老路基联接处，先将老路路基挖成台阶，填筑开山石料，分层强夯压实，使其提前变形；在路基顶面95区，填筑砂砾层，这一层即能起到盲沟的作用，不会破坏原水流通道，又能起到吸收部分变形的作用。
土工合成材料具有质量轻、整体连续好、抗拉强度较高、耐腐蚀和抗微生物侵蚀性好、施工方便等优点，已广泛运用于公路工程，特别是软土路基。利用土工格栅，防治地基不均匀沉降及新老路结合处产生的裂缝，是处理新老路基裂缝的另一种方法。其做法是：在路基底面新老路基结合处（纵缝处）铺一层土工格栅，再分层填筑，最后在路基顶面再铺一层土工格栅，其上再铺筑一层30cm厚的砂砾。
2  路面设计处理
本路段原为水泥砼路面，本次设计为沥青砼路面。设计前对本工程老路路面状况进行了详细的调查，调查结果分为三种类型：第一类为近期重新翻修后，路面板完好，裂缝较少，且标高可达到要求；第二类为路面板破坏严重，裂缝发育，但标高可达到要求；第三类为标高达不到要求；根据以上三类情况，我们提出了以下设计方案：
2.1第一类的处治措施
2.1.1 方案一
采用沥青砼盖被技术，对路面进行补强。此项技术强度高，平整度好，造价较低等优点，但加铺的沥青砼层会产生反射裂缝，从而导致面层开裂，地表水下渗，使路基软化，造成路面破坏。对反射裂缝目前国内无完善的防治办法及措施，故其风险性较大。笔者曾查阅有关技术资料，亦有许多成功的经验，其中采用土工合成材料在新老路面间设置防裂层，对于防治反射裂缝是比较有效的，因为土工合成材料层既有缓冲裂缝端部应力集中的作用，又对沥青路面有加筋作用。其具体做法如下：
2.1.1.1稳定老路砼板块，在已失稳的砼板块上钻孔至土层，往孔中灌注水泥浆，使其稳定；清理路面板块间的接缝，嵌入强度较大的材料（几乎无变形），如接缝较大，则需加填防水材料。
2.1.1.2修补老路路面裂缝。先清洗裂缝，再灌注水泥浆、沥青砂或其他材料，对于较大的裂缝应做好防水处理。
2.1.1.3铺土工合成材料层。先在老路面上涂一层沥青粘油层，然后再铺土工合成材料层，挤压密实；2.1.1.4 摊铺沥青加铺层。
2.1.2 方案二
全部挖除，不予利用。此法，费时费力，但其无风险，无技术难题，质量能够得到保证；
2.2第二类的处治措施
2.2.1 方案一
将其破碎，作为新路面的底基层。破碎方法通常有重锤破碎与冲压破碎两种。重锤破碎为传统的方法，其特点是：施工工艺简单，对沿线设施基本上无影响，但其工期长，造价较高；冲压破碎为采用冲击压实技术，其特点是：施工工艺较复杂，施工速度快，效果好，造价较低，但其冲击压实所产生的冲击波对沿线设施可能会产生影响（采取有关措施可减小或消除）。
2.2.2 方案二
全部挖除，不予利用。
2.3第三类的处治措施
全部挖除，不予利用。
3  桥涵设计处理
3.1涵洞的处理
根据外业涵洞调查结果及水力计算，老路涵洞可分为两类：一类为孔径较小，升级后路幅增宽，不能满足排水要求，且容易堵塞，疏通困难，这类涵洞不能利用，须全部拆除，在原址或附近增大孔径新建；另一类为孔径较大，能满足排水要求，这类涵洞采取一端或两端接长的方法处理，新老涵洞连接处采用沥青麻絮或其他防水材料进行填塞。
3.2桥梁的处理
业主要求全线桥梁尽量利用，老桥荷载等级仍按原等级，即汽车-20级，挂车-100。为此，在平面定线时，按单侧单独新建一幅桥梁的形式进行建设；对老桥根据实际情况，采取不同的方法对桥梁上部结构进行加固。桥梁上部结构加固的方法主要有：
3.2.1 桥面补强层加固法
在梁顶上加铺一层钢筋砼层，一般先凿除旧桥面，使其与原有主梁形成整体，达到增大主梁有效高度和抗压截面强度、改善桥梁荷载横向分布能力，从而达到提高桥梁的承载能力的目的。加固设计计算的前提是，补强层能与旧桥面板结合良好，能成为一个牢固的整体。加铺层的厚度与配筋视加固需要而定，一般补强层的厚度采用8～20cm。
3.2.2 增大截面和配筋加固法
在梁底面或侧面加大尺寸，增配主筋，提高梁的有效高度和抗弯强度，从而达到提高桥梁的承载能力的目的。
3.2.3 锚喷砼加固法
借助高速喷射机械，将新砼混合料连续地喷射到已锚固好的钢筋网的受喷面上，凝结硬化而形成钢筋砼，从而增大桥梁的受力断面和补强钢筋，加强结构的整体性，从而达到提高桥梁的承载能力的目的。其设计原则为：A、进行加固设计前，应调查清楚老桥的原始情况，对老桥的基本承载能力作出评价；B、仍按弹性理论进行计算；C、恒载内力按原构件的截面模量进行计算，即新喷射的砼恒载仍作用于原构件D、活载内力用加大后的组合截面模量计算内力，即新旧砼作为一个整体计算；E、强度验算按喷射截面占原截面的比率，考虑是否按组合截面进行有关验算；F、喷射砼与钢筋的强度等级应大于原构件的强度等级。
3.2.4 粘贴钢板加固法
采用粘结剂及锚栓，将钢板粘贴锚固在砼结构的受拉缘或薄弱部位，使其与结构形成整体，以钢板代替增设的补强钢筋，从而达到提高桥梁的承载能力。此法的优点是：不破坏原结构尺寸；工艺简单，施工工期短，质量容易控制。
3.2.5 改变结构受力体系加固法
通过改变桥梁结构受力体系，达到提高桥梁承载能力的目的。
3.2.6 体外预应力加固法
对于钢筋砼或预应力砼梁或板，采用对受拉区施以体外预应力加固，可以抵消部分自重力，起到卸载的作用，从而能较大幅度地提高梁的承载能力。
3.2.7 增设纵梁加固法
在墩台地基安全性能好，并具有足够承载能力的情况下，可采用增设承载力高和刚度大的新纵梁，新梁与旧梁相连接，共同受力。
3.3实例
本路段一座3跨20mC25普通钢筋砼T梁的中桥，采用标准图为：JT/GQB011-73（汽车-20极，挂车-100），梁高1.3m，腹板厚18cm,跨中截面配筋：8φ32+4φ16；桥面铺装：40#钢纤维砼（01年维修时重铺）。现阶段T梁工作正常，无肉眼可见裂缝。根据老桥的状况，采取在老桥左侧增加一幅新桥，老桥作为右幅进行加固的方案（左右两幅桥梁各自独立，互不干扰）。
3.3.1新桥的设计
由于原老桥所采用的标准图早已废止，故左侧新桥上部构造采用：3跨20m预应力砼空心板，下部构造为：重力式扩大基础、柱墩桩基。设计荷载为：汽车超-20级，挂车-120。
3.3.2老桥加固
根据建设单位的总体安排，该工程工期较短，且施工期间必须维持交通；我们对上述各种加固方法逐一进行了比选，最后采用了粘贴钢板加固法对老桥进行加固。其具体过程简述如下：
3.3.2.1 T梁加固前老桥保持原状，维持原有交通；待新桥完工后封闭老桥并对其进行加固。
3.3.2.2对T梁粘贴钢板部分打磨，达到能看见砼骨料的程度。
3.3.2.3制作粘贴加固钢板：在粘贴面上加工出棱形刻痕，格子间距10cm、刻痕深度4mm、宽度5mm，用于增加粘结力；采用喷砂除锈；
3.3.2.4 按图在钢板及梁底钻孔，安装膨胀锚螺栓，锚螺栓采用M8×90定型产品。
3.3.2.5 用丙酮清洗钢板表面，清除梁底表面灰尘；
3.3.2.6 放置垫块后，按图用螺帽固定钢板；
3.3.2.7 配置环氧砂浆，放置好排气管、注入孔后，用其封闭钢板和砼之间缝隙及排气管、注入孔、螺栓与钢板之间的缝隙，使钢板和砼之间形成封闭空腔。
3.3.2.8 环氧砂浆填缝硬化后，配置液态环氧树脂粘结剂，从注入孔压入；要求粘结剂注入充实、饱满
无空隙，确保钢板与砼的有效粘结；
3.3.2.9 钢板表面用钢丝刷除锈，涂红丹两道、灰漆两道作为钢板防锈层；
3.3.2.10 待桥面铺装等附属工程完成后，对加固后桥梁进行荷载实验，达到设计荷载后，再投入使用。
4  结  语
　　随着我国经济的发展，不仅国道要升级改造，省道、县乡道路也要升级改造，科学合理地利用老路，有利于节约国家土地资源，保护生态环境，不仅节约了大量的资金，更重要的是还取得了很大的社会效益。
　　参考文献：
　　1]《公路土工合成材料设计原理及工程应用》周志刚、郑建龙著
　　2]《公路旧桥加固技术与实例》 谌润水、胡钊方、帅长斌著
　　3]《公路》2002年第1期 张超等：水泥砼道面加铺沥青砼面层后反射裂缝的防治