高速公路改扩建桥梁拼宽技术研究

武桢钰

（山西协力公路工程监理有限公司，山西 晋中 030600）

0 引言

在公路改扩建工程中，通常采用桥梁拼宽技术进行桥梁拓宽改造。桥梁拼宽技术是在原桥梁结构的基础上进行拓宽改建[1-2]，可最大限度地节约施工成本。然而，新建桥梁与原有桥梁由于基础沉降情况不同，容易产生不均匀沉降[3]，会对桥梁上部结构产生一定影响，因此应采取措施合理控制不均匀沉降。本文以某桥梁拓宽改造施工项目为研究背景，对高速公路改扩建桥梁拼宽技术进行研究。

1 改扩建桥梁拼宽技术简介

1.1 桥梁横向连接方式

按照桥梁上下部结构连接情况，将改扩建桥梁横向连接分为3种方式：

（1）第一种方式是桥梁上下结构均不连接[4]，这种方式新旧桥梁之间不连接，桥梁整体性较差，但施工难度低，完工后新建桥梁对原有桥梁影响基本可以忽略，地基不均匀沉降也不会对桥梁产生危害。

（2）第二种方式是桥梁上下结构均连接，这种方式新旧桥梁之间的影响较大，新桥梁基础沉降会直接影响桥梁上部结构，对基础要求高，且下部结构需要采用植筋技术拼接，施工工艺复杂。

（3）第三种方式是桥梁上部结构连接、下部断开，这种方式施工工艺相对简单，基础沉降对桥梁上部结构的影响也较小。

1.2 桥梁上部结构拓宽技术

上部结构拓宽是桥梁拼宽的重点，不同类型桥梁拓宽方法不同。空心板梁桥上部结构拓宽时应先去除边梁翼板，采用植筋技术进行新旧桥梁连接。另外，上部结构连接设计中还应进行结构验算，合理确定铰接方式。T梁桥上部结构拓宽时应先去除边梁翼板，新旧桥梁结构按图1所示方式进行拼接。拼接后T梁桥结构受力会发生变化，因此在拼接部位增设横隔梁，通常设置在跨中和1/4跨径位置。

图1 T梁桥上部结构拼接示意图（单位：mm）

为了增加新桥整体刚度[5-6]，改善原桥受力状态，可采用大刚度的拓宽桥截面。如原桥为T梁结构，新桥采用空心板梁截面，利用连接钢板锚固横隔梁，提高新旧桥梁组合结构的刚度，连接结构如图2所示。

图2 大刚度拓宽桥截面示意图

2 改扩建桥梁拼宽施工技术要点

2.1 桥梁改扩建项目概况

某高速公路桥梁梁体采用预应力钢筋混凝土空心板，下部结构采用柱式台、柱式墩，桩基础采用钻孔灌注桩。经过多年通车运营，运输能力已不能满足当前地方经济发展的需要，拟进行改扩建，提升桥梁运输能力。由于原桥梁设计标准较低、运营期间出现了部分病害，在桥梁拼宽过程中对原桥梁进行加固。原有桥梁采用双向四车道设计，分左右两幅。本桥梁拓宽后单幅桥面宽度为20m，采用双向八车道设计，新旧桥梁结构连接采用上部结构连接、下部断开的方式。桥梁上部结构采用刚性连接，去除原桥边梁后采用植筋的方法与新桥相连。新旧桥梁也采用预应力钢筋混凝土空心板，采用先简支后连续的方式施工，新旧桥梁之间留30cm宽接缝。为了保证桥梁整体结构的稳定性，分别在跨中和1/4跨位置设置连接钢板。凿除原桥桥墩和桥台挡块，凿除部分原桥桥面，植筋后与新桥桥面同时浇筑防水混凝土。拼宽后桥面横坡与原桥保持一致，坡度为双向2%，缓和曲线超高段采用单向破。

2.2 施工前调查

在改扩建工程桥梁拼宽施工前，对施工现场进行详细调查。首先分析原桥梁的组成结构，检测桥梁结构的稳定性，确定原桥梁是否能够继续利用。根据原桥址设计资料，结合现场调查结果确定施工现场工程地质和水文地质条件，为制定桥梁拼宽施工方案提供参考依据。对原桥梁运营情况、交通量、承载能力等进行调查和检测[7]，确定原桥的技术标准、新旧桥梁的连接方式，是否需要采取加固措施等。施工前对桥梁桩号、桩位等测量数据进行复核，确保桥位准确。

2.3 原桥梁桥台加固

根据现场调查与检测结果，原桥梁由于建设标准较低，需要对桥台进行加固，为了保证桥梁结构安全，拟采用预应力混凝土管桩进行加固。在桥梁拼宽施工前，必须完成原桥加固，经检测合格后方可进行下一步施工。该项目采用Φ30cm预应力混凝土管桩对原桥桥台进行加固，现场施工采用静力压桩机进行施工，管桩从具有相应资质的厂家选购。施工前测量放样确定管桩桩位，桩机进场后根据桩位进行定位，将管桩运输到施工现场吊装到相应位置，利用静力压桩机进行压桩施工。达到管桩设计标高后停止压桩施工，桩孔回填施工完成后进行桩顶标高复测，检验施工质量。

2.4 桥梁拼宽施工工艺

2.4.1 湿接缝施工

按照设计图纸进行施工放样，进行新桥钻孔灌注桩、墩台施工，主梁吊装施工，并进行部分桥面施工，为下一步桥梁拼装提供作业面。原桥梁加固后去除边梁翼板，植筋后与新建桥梁部分绑扎钢筋，进行湿接缝浇筑。湿接缝施工前清除新旧桥梁上部的杂物，绑扎钢筋后架设底模，浇筑混凝土前洒水充分湿润接缝两侧混凝土表面，混凝土浇筑后做好振动保证密实度，混凝土养生采用覆膜洒水养生。另外，湿接缝混凝土拌和过程中严格控制各原材料加入比例，拌制出料后尽快浇筑，高温季节施工视情况加入缓凝减水剂，低温季节建议添加减水剂。为防止混凝土离析，浇筑过程中下落高度不得超过2m，可借助溜槽辅助施工，并做好振捣施工，不得漏振。为防止混凝土表面产生收缩裂缝，混凝土终凝前进行抹压收面，完工后洒水覆盖养生。

2.4.2 新桥线型控制

桥梁拼宽施工中，根据设计图纸利用全站仪对桥位标高、坐标进行复测，确定桥梁平面位置准确。为降低新旧桥梁拼接误差，施工放样确定桩孔位置，并根据原桥标高进行新桥桥面、桥台标高复核，进行高程调整，保证桥梁拼装位置准确。

2.5 桥梁拼宽施工注意事项

在原桥梁加固和新桥施工过程中，应尽可能减少相互之间的施工扰动，避免影响桥梁结构。新桥桩基础施工过程中，应尽量选择对原桥梁影响小的施工方法，不得采用冲击钻孔法。基础标高不得随意调整，如发现基础地质条件与勘察结果存在较大差异，应上报调整施工工序，必要时进行设计变更，保证地基承载力满足设计要求。桩基成孔后进行质量检验，确保孔径、孔位、倾斜度满足设计要求[8]，并检验桩底土层的力学性能。桩基础混凝土施工前做好清孔作业，如桩基础清孔不彻底造成沉淀层过厚，不得采用超钻的方式补救，以防影响桩基础施工质量。在桥梁拼宽施工全过程，必须做好测量放样工作，保证桥墩、桥台、桥面的标高和平面位置准确，在各主要部位施工前进行复测，必要时进行微调，保证新旧桥梁线型拟合准确。新旧桥梁结合部位在进行混凝土浇筑前必须进行彻底清理，凿除表面浮浆，并进行凿毛处理，最后使用高压水冲洗，以保证结合牢固。

2.6 施工现场交通组织

在桥梁拼宽施工的各个阶段，按照施工要求，在保证安全的情况下指挥车辆通行。在施工区域指派专门的人员指挥交通，疏导车辆防止交通阻塞。各施工阶段交通组织如下：在新建桥梁施工阶段，原桥梁进行双向通行；原桥梁加固施工阶段，控制交通左右幅单向通行；左幅桥梁边板拆除，新旧桥梁湿接缝、桥面施工，交安设施施工，左幅封闭，右幅单向通行；右幅桥梁边板拆除，新旧桥梁湿接缝、桥面施工，交安设施施工，右幅封闭，左幅单向通行；左右幅桥梁拼宽施工完成，全幅开放交通。

3 桥梁拼宽施工质量控制与沉降监测结果分析

3.1 桥梁拼宽施工质量控制措施

3.1.1 原材料质量控制

原材料应从具有相应资质的厂家选购，并对进场原材料进行质量抽检。混凝土采用高性能混凝土，施工前进行严格的配合比设计，原材料发生较大变化时及时调整配合比。混凝土采用集中厂拌，严格控制拌制质量，出料后抽检混凝土坍落度等指标，保证施工质量。

3.1.2 预制场布置

根据运输距离，施工现场地形等确定预制场位置，做好场地硬化和材料堆放布置。根据空心板预制要求制作定型胎架，采取措施控制钢筋保护层厚度。按照钢筋加工要求选配加工设备，并严格检验钢筋加工质量。采用智能张拉技术等先进施工技术开展施工，以提高梁体施工质量。

3.1.3 原桥加固质量控制

根据原桥现场调查结果，发现桥梁存在如下质量问题：铰缝混凝土脱落、空心板底板开裂、封头板开裂渗水等。重新进行铰缝施工，对裂缝进行封堵，粘贴预应力碳纤维板加固空心板，重做封头板砂浆并做好防渗处理。另外，原桥面铺装局部破损，需要重新布设钢筋，浇筑混凝土，铺筑沥青面层。另外，为提升原桥梁承载能力，采用预应力混凝土管桩加固桥台。

3.2 完工后沉降监测结果分析

桥梁拼宽完工后，分别选择桩长为20m和30m两个监测段，在桩顶承台布置测点，对桩基础沉降开展监测。沉降监测采用二等水准测量方法，测点布置完成后进行首次观测，计算得到各测点标高，以后每次观测后与首次观测标高相减得到各测点累计沉降量。该项目监测时间为6个月，收集两个监测段监测数据，取沉降量最大的监测结果作为研究对象，绘制桩基累计沉降变化曲线，如图3所示。

图3 桩基础累计沉降变化曲线

根据图3分析可知，随监测时间的增加，桩基沉降随之增加，完工后桩基础沉降速率较快，而后逐步趋稳，且桩长为20m 桩的沉降量略低于30m 长的桩。分析曲线变化趋势，完工前半个月桩基础沉降量增幅较大，而后逐步趋缓，30d后沉降基本稳定，20m和30m长的桩基础监测完成后沉降量稳定在4.1mm和4.9mm。根据监测结果，2个监测段桩基础累计沉降量均较小，结合施工现场观察结果，新旧桥梁结合部位没有出现开裂等明显变化，说明桥梁结构稳定，没有出现不均匀沉降。

4 结束语

综上所述，高速公路改扩建工程中，桥梁拼宽施工是重点和难点。在进行桥梁拼宽设计与施工前，首先要做好现有桥梁调查和地质条件勘测，合理选择施工方法，制定桥梁拼宽施工方案。桥梁拼宽施工过程中应做好施工组织，有序做好原桥梁加固和新桥建设，并做好交通管理，保证车辆安全有序通行。在桥梁拼宽施工过程中做好质量控制，从施工原材料选购、旧桥加固、湿接缝施工、桥面施工等方面进行质量控制，在施工全过程进行测量放样，做好平面和纵断面控制，防止产生不均匀沉降。在桥梁拼宽施工后进行沉降监测，分析新旧桥梁沉降变形结果，确定桥梁整体结构的稳定性。本文结合工程案例进行全面分析，根据调查结果确定原桥梁加固和新桥施工方案，在施工过程中进行质量控制，并在完工后进行沉降监测，得出完工后桥梁整体稳定，施工质量合格。