繁忙交通下中小跨径桥梁改造方案与实践

贺大朋 潘可明 肖永铭

(北京市市政工程设计研究总院有限公司 100082)

引言

我国部分中小跨径桥梁因桥梁病害严重或功能已不满足周边的需求，急需进行改造。对于大型城市的城市道路及市郊的高速公路桥梁，传统的桥梁改造方法需要用交通导改或交通绕行的方式实现，影响交通周期长，对经济及社会效益造成巨大损失。因此，在桥梁改造过程中，应尽量缩短工期，最小限度地干扰交通，即提出一套适用于中小跨径桥梁改造工程的设计、施工方案迫在眉睫。

1 工程概况

现况桥涵位于京港澳高速北京段，京港澳高速是北京经石家庄通往广州的国家级干路107 国道的一部分，是北京西南方向连接京、冀、晋等地的重要公路干线。京港澳高速公路北京段起点为三环路的六里桥立交，经卢沟桥、良乡、琉璃河出市界，道路全长45.6km。工程分四期建设，1994年全线建成通车。为继续发挥京港澳高速公路重要交通作用，提升高速公路的整体品质，并为承办2008年奥运会创造良好的交通条件，于2005年对京港澳高速公路进行大修。

佃起河处现况道路为双向六车道，道路全宽37m，左、右幅车道宽 13.5m，中央隔离带宽10m，设计车速120km/h。现况桥涵为盖板涵，位于京港澳高速公路K5 +857.5 处，跨径7m。规划佃起河河道采用梯形断面，河道上口宽28m，底宽14m，100年一遇洪水位45.20m。现况河道在桥涵位置收窄，不满足规划河道过水断面要求，因此拟对现况桥梁进行拆除重建。见图1。

2 桥梁改造方案

本次佃起河桥改建设计原则如下：

图1 现况佃起河桥Fig.1 Current bridge of Dianqi River

(1)高速公路管理部门要求，需保证路段在施工期间双向四车道通行能力，并尽量减小影响交通时间、工期应尽量短、施工期间应确保交通安全。

(2)新建桥梁需为道路远期规划双向8 车道预留条件。

(3)桥跨布置需满足规划佃起河河道过水断面要求，河道上口宽28m，底宽14m。

(4)因现况路面高程较低，为满足河道百年水位要求，桥梁梁高需控制在90cm 以下。

常规简支T 梁改造方案工期约2 个月，且施工期间需将交通临时导改至道路外侧，道路通行速度由 120km/h 降至 40km/h，社会影响大。为缩短工期，采用尽量减少现场浇筑构件的设计思路，提出两个设计方案，分别为顶推预制箱涵方案和全预制桥梁方案。

2.1 方案1:顶推预制箱涵方案

本方案保留既有箱涵，在既有箱涵两侧各新建一处箱涵，箱涵宽度 12.1m，高度 4.4m。在道路两侧工作坑内预制箱涵，预制箱涵采用顶进施工，单幅桥顶进时需交通导改约2 天。因本处道路高程低，需采用明挖顶推施工。为满足交通导改，并考虑远期车道加宽，新建左右幅箱涵顶推至中央分隔带中线处，并修建10m 长小箱涵连通现况箱涵。新建箱涵与既有桥涵净距6m。东侧工作坑内有一条石油管线需改移。见图2。

图2 方案1 示意(单位：cm)Fig.2 Sketch of scheme 1(unit：cm)

2.2 方案2:全预制桥梁方案

全预制桥梁是上、下部结构构件主要采用工厂预制、现场拼装施工技术的桥梁。预制构件方法可提高高速公路建设的速度，但预制下部结构受到更多的约束条件和技术限制。预制构件避免了在现场拼装、浇筑和养护，使得桥梁施工更加安全和环保，同时也加快了施工进度。预制构件可提高工程的质量和耐久性，因为预制构件都是在一个可控的环境中生产，还降低了工人在混乱场面中工作的危险性。但是现有的预制下部结构技术各构件连接节点在高震区使用的可靠性有待验证。

本方案上部结构：主梁采用3 ×10m 钢板梁，分为左右两幅桥，单幅桥宽18.75m。单幅桥横向共分为5 片 π 型梁预制段，每个制作段长30m，梁高85cm。每片“π”型梁由 3 片工字梁焊接而成，外悬臂 0.62m，中间梁梁格间距1.25m，顶板厚 20mm，底板厚 20mm，腹板厚14mm，顶板 U 肋厚 8mm，悬臂底加劲板厚10mm，横隔板厚 12mm，顶板横向加劲肋厚12mm。单片π 型主梁在工厂预制，运输至桥位南侧现况路面后现场拼装，待下部结构施工完成后采用顶推施工工艺将主梁顶推就位。单片主梁运输重量约为48t。

本方案下部结构：采用预制结构，盖梁和墩柱工厂一体化预制。每片梁预制下部结构为独立结构，单幅桥单轴下部结构分5 块预制吊装。其中单个盖梁尺寸约为 3.73m ×1.5m ×0.8m，墩柱直径为0.8m，最大吊装重量25t。基础采用现浇整体扩大基础形式。单个构件尺寸需考虑吊装能力、运输条件确定。见图3。

图3 方案2 示意(单位：cm)Fig.3 Sketch of scheme 2(unit：cm)

3 方案比选分析

两个方案比较见表1。

方案1 主要优点为预制箱涵在道路两侧施工时对交通无影响，仅在顶推期间造成交通影响，影响时间仅为两个周末时间，社会效益高，且已在我国得到了非常好的发展和更广泛的运用。主要缺点是工程造价较高，施工中需实时监控，确保顶进正常进行，施工难度较大，并且工作坑范围内存在石油管线，管线埋深浅，与箱涵顶进矛盾，需要在开工前协调管线单位改移。

方案2 主要优点是相比常规桥梁方案，大大缩短了影响交通时间，且不占用道路红线外用地，无需改移石油管线。主要缺点是因预制构件数量较少，预制厂模板无法充分利用，导致桥梁造价较高；同时，高速公路桥梁预制下部结构技术在北京高震区尚未有应用实例，下部结构的吊装、就位是一大难点。

表1 方案比较Tab.1 Comparison of schemes

图4 预制下部结构的运输、吊装Fig.4 Transportation and Hoisting of Prefabricated Substructure

因不具备改移石油管线条件，本工程最终选择方案2 全预制桥梁方案。

4 全预制桥梁关键技术问题及解决方案

4.1 预制下部结构细节设计

传统预制下部结构设计均为盖梁、墩柱、基础分开预制，各部位现场连接，但墩柱与基础间的连接方式或复杂、或抗震性能得不到保证。本方案下部结构采用横向分块，单个盖梁、墩柱整体工厂预制，扩大基础现场浇筑并预留杯口。施工现场将预制墩柱插入扩大基础杯口，墩柱与杯口间隙用现浇混凝土填充。横向分块避免盖梁和墩柱节点现场连接，墩柱插入扩大基础凹槽使墩柱主筋不在扩大基础与墩柱交界面割断，解决了预制构件节点抗震问题。下部结构分块数量需根据施工单位吊装能力确定。

单块下部结构具体布置如图5所示，由盖梁、墩柱两部分组成，在预制构件厂整体浇筑施工。盖梁、墩柱连接采用钢筋连接形式，墩柱受力主筋伸入盖梁，且伸入长度需满足锚固长度要求。连接节点在工厂施工，且为传统连接方式，施工简单，满足相应规范要求即可。

4.2 预制下部结构吊装及垂直度调整

预制下部结构吊装定位方法：扩大基础顶设置法兰盘，法兰盘焊接定位钢板，用于定位预制构件墩柱，确保细石混凝土硬化前墩柱垂直度。预制墩柱伸入杯口，伸入长度需满足2 倍墩柱直径。伸入杯口的墩柱部分外侧锚固钢板箍，钢板箍外侧焊接5cm 长剪力钉，杯口与墩柱间隙采用细石混凝土填充，剪力钉用于增加墩柱与细石混凝土的粘结力。杯口构造如图6所示。

图5 单个预制构件构造(单位：cm)Fig.5 Prefabricated component construction(unit：cm)

图6 墩柱、基础连接Fig.6 Theconnection of pier and foundation

预制下部结构缺少现浇构件可现场调整的优势，对设计人员提出了更高要求，需设计人把握预制构件尺寸准确无误，一旦尺寸错误，易造成废件。

5 结语

1.顶推箱涵方案施工周期最短，造价偏高，需占用道路红线外用地，受周边环境影响大，适用于交通量大、道路等级高、周边环境简单的桥梁改造工程；全预制桥梁方案施工周期短，造价偏高，受周边用地影响小，适用于交通量大、道路等级高的桥梁改造工程。

2.本工程综合考虑工程造价、社会效益，采用可以缩短工期方案、尽量预制构件的设计思路，通过采用预制桥梁上、下部结构，将正常情况下需75 天的施工工期缩短为25 天，最大程度降低现况交通影响和社会影响。

3.本工程全预制桥梁方案下部结构采用横向分块，单个盖梁、墩柱整体工厂预制。扩大基础现场浇筑并预留杯口。施工现场将预制墩柱插入扩大基础杯口，墩柱与杯口间隙用现浇混凝土填充。此方案解决了高震区预制墩柱与基础连接问题。

4.预制下部结构的运输与吊装是工程实施的关键问题。单个预制构件尺寸、重量需考虑现场吊装能力、运输条件确定。采用承台法兰盘与墩柱三角钢板焊接是确保预制墩柱垂直度的一种方法。