北京市佃起河橋改造工程快速實施設計研究

潘可明，肖永銘，王海東，賀大朋

（1.北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京市 100082；2.北方工業大學，北京市 100144）

0 引言

我國現有公路和市政橋梁體系中，中小跨徑橋梁占有很大比例。部分中小跨徑橋梁由于使用年限較長、原設計標準低、養護不到位，或長期重超載交通等原因，造成橋梁病害嚴重，急需進行加固改造。對于大型城市的城市道路及市區內的高速公路橋梁，傳統的橋梁改造方法需要中斷道路通行，對本已十分擁堵的城市交通造成巨大的影響，還會造成道路使用者時間的延誤和不必要的燃料消耗，經濟效益及社會效益損失巨大。因此，在橋梁改造過程中，應盡量縮短工期，最小限度地干擾交通。因此，研發一套適用于中小跨徑橋梁改造工程的設計施工體系迫在眉睫。

1 概述

佃起河橋位于京港澳高速公路主線K17+962處。原橋為跨徑7 m鋼筋混凝土蓋板涵，分為左右兩幅。道路寬度為13.5 m（左幅）+10 m（中央隔離帶）+13.5 m（右幅）。河道在橋涵位置收窄,不滿足河道規劃斷面要求。原佃起河小橋改造工程列為2016年北京市防洪排澇重點水務工程，要求在2017年7月2日之前必須完成改造施工。京港澳高速（北京段）車流量很大，采用常規方式施工將對已經比較擁堵的道路造成更大的交通壓力。綜合考慮各種因素，經各方案比選論證后，決定采用中小跨徑橋梁全預制快速施工方案作為實施方案，現狀交通進行局部導改，施工工期壓縮至一個月以內，2017年7月2日主汛期前必須完成施工。

2 全預制橋梁快速實施設計方案

2.1 上部結構

佃起河橋全長30.86 m，橋梁寬度37.5 m,橋梁面積1 157 m2，橫向分為左右兩幅。主梁采用3×10 m鋼板梁（見圖1），單幅橋寬18.75 m。單幅橋橫向共分為5片π型梁預制段，每個制作段長30 m，梁高0.85 m。每片π型梁由3片工字梁焊接而成，外懸臂0.62 m，中間梁梁格間距1.25 m，頂板厚0.02 m，底板厚0.02 m，腹板厚0.014 m，頂板U肋厚0.008 m，懸臂底加勁板厚0.01 m，橫隔板厚0.012 m，頂板橫向加勁肋厚0.012 m[1]。單片π型主梁在工廠預制，運輸至橋位南側現狀路面后現場拼裝，待下部結構施工完成后將主梁吊裝就位。

2.2 下部結構

下部結構采用蓋梁接圓柱墩，基礎采用擴大基礎形式。蓋梁、墩柱為一體式預制結構，擴大基礎采用現澆施工[1]。其中：單個邊墩蓋梁尺寸3.73 m×1.5 m×1 m，邊墩墩柱直徑0.8 m，單個邊墩蓋梁墩柱吊裝重量220 kN；單個中墩蓋梁尺寸為3.73 m×1.5 m×1 m，中墩墩柱直徑為0.8 m，單個中墩蓋梁墩柱吊裝重量180 kN。中墩及邊墩現澆擴大基礎尺寸為4 m×19.37 m×2 m。擴大基礎頂部設置杯口，基礎與預制墩柱為承插式連接，墩柱嵌入杯口內部1.6 m[1]。

圖1 主梁橫斷面圖(單位：mm)

3 橋梁施工

3.1 施工步驟

施工步驟為：基坑開挖、基礎澆筑→一體式橋臺及中墩吊裝→承臺及臺后回填→主梁吊裝→主梁焊接→鋪裝施工→恢復交通（見圖2）。

圖2 現場施工圖

3.2 施工工期

橋位現場周圍管線復雜，施工空間狹小，預制上、下部構件安裝及吊裝工序復雜。為滿足工期要求，該工程優化交通導行、基坑開挖、基坑支護、下部結構吊裝和鋼梁架設等方案，完善施工組織，采取合理有效措施節約施工工期，實現橋梁快速施工，最終通車時間比原計劃提前了5 d（見表1）。

表1 工期進度表

4 中小跨徑全預制橋梁實施關鍵技術

4.1 墩柱蓋梁整體預制制作安裝技術

4.1.1 墩柱蓋梁整體預制混凝土配比選型

該項目預制構件的特點是體積大、鋼筋直徑大且密，墩柱部分斷面為圓形，混凝土澆筑時汽泡不易返出，易影響外觀質量，墩柱下部鋼板箍處更不易密實。為保證混凝土耐久性要求和澆筑質量，采用了以下措施[2]：

（1）選擇較低水化熱的北京琉璃河水泥、F類Ⅰ級粉煤灰、聚羧酸高性能減水劑、低堿活性粗細骨料。

（2）考慮到外觀和強度的要求，采用單摻粉煤灰15%的配合比。

（3）通過測試坍落度、擴展度試驗等性能，確定實際生產配合比，保證和易性、填充性、均質性。

（4）適當的養護措施。蒸養采取緩慢升溫、恒溫、再緩慢降溫的養護措施。

4.1.2 混凝土澆筑

主要工序[2]如下：

（1）先澆筑墩柱的部分，讓混凝土從墩柱流向蓋梁，以達到澆筑密實的效果。

（2）鋼板箍上增加澆筑孔，構件應分層澆筑，每層澆筑厚度不大于30 cm。

（3）墩柱部分采用附著式振搗器與振搗棒相結合的振搗方式。

（4）在澆筑過程中易出現泌水現象，為保證澆筑質量，及時進行混凝土表面泌水的清除工作。

（5）混凝土成型后，蓋梁手工操作面要求壓光處理。

4.1.3 墩柱蓋梁吊裝

選用德國DEM AG AC350型350 t吊車，42.4 m主臂，分別站位于邊跨的蓋梁南、北側及京港澳高速主路的東西兩半幅，每次吊裝邊、中墩蓋梁各5根。每半幅整體蓋梁墩柱吊裝需挪一次車，確保安全吊裝。

4.2 預制墩柱、基礎承插式連接技術

常見的預制墩柱與基礎之間的連接方式主要有金屬波紋管、機械耦合器和灌漿套筒等，一般難以滿足高震區的抗震性能要求。該項目首次在高震區高速公路項目中采用預制墩柱、基礎承插式連接技術。該技術良好地滿足了該工程快速施工工期及高震區預制結構連接的要求。

佃起河橋下部結構墩柱蓋梁為一體式預制[3]（見圖3），單幅橋橫向分為5個預制塊，采用蓋梁接圓柱墩形式。預制蓋梁、墩柱在工廠一體綁扎鋼筋、一體澆筑混凝土?；A采用現澆擴大基礎?；A頂部預留凹槽，墩柱插入凹槽內，墩柱插入凹槽的部分外側固定有墩柱鋼板箍。預制混凝土墩最底端設有與墩柱鋼板箍連接的封頭鋼板；在鋼板箍外側設置5 cm長剪力釘，用于增加墩柱與細石混凝土黏結強度，現澆基礎的杯口與墩柱鋼板箍之間填充快硬高強混凝土（見圖4）。在現澆基礎的杯口頂部固定有法蘭盤。法蘭盤上端成輻射狀設基礎頂定位鋼板，用于定位墩柱，其內端面為連接定位端，與墩柱鋼板箍現場焊接。

圖3 預制下部結構圖

圖4 基礎杯口構造（單位：mm）

預制整體蓋梁墩柱就位后，對墩位進行調整，然后采用墩柱與承臺預埋件之間鋼板焊接的方式進行固定，灌注帶骨料高強度灌漿料。由于工期緊張，該工程杯口混凝土選用速凝型灌漿料，4 h后混凝土強度可滿足投入使用要求。承插式連接在連接部位預設定位設施，可實現快速準確定位、安裝墩柱，減少現場操作時間，使連接界面具有足夠的強度和延性，并可以于連接處設置消能器件，有效提高結構的抗震能力。該構造施工操作簡單、速度快，有效保障了快速施工的工期要求。

4.3 大型自行式吊車整體吊裝鋼梁技術

該項目通過兩輛大型吊裝設備吊裝，解決了現場狹小交叉施工的難題，在鋼梁的吊裝過程中，其余可進行的工作均能有序實施，工作效率高。吊裝過程安全、穩定、可靠，兩臺汽車吊的負載率均在安全范圍之內。經濟方面，接力工法吊裝處于單機起重和雙機抬吊之間，經濟性適中。該項目的接力吊裝施工工藝值得以后類似工程繼續推廣與應用。圖5為500 t汽車吊及300 t汽車吊接力吊裝示意圖。

圖5 500 t汽車吊及300 t汽車吊 接力吊裝示意圖

4.4 鋼橋面高性能環氧瀝青快速開放交通技術

目前用于橋面鋪裝的材料主要有澆注式瀝青混合料、改性SM A混合料、環氧瀝青混合料3種鋪裝材料。各材料在施工中對時間、溫度要求十分嚴格，并且養生時間較長，開放交通時間一般要以幾天計，均不適用于該項目。

該技術主要創新點在于，鋪裝施工后可快速開放交通，同時該工程采用了新型高強環氧瀝青鋪裝結構。佃起河橋以環氧瀝青組成成分為切入點，進行微觀化的化學反應機理研究，合理設計環氧瀝青組成成分的組合，使環氧樹脂均勻、充分地分布于瀝青中，且以黏度隨時間變化作為控制指標，研制材料的施工適用期及開放交通的時間[4]?；隈R歇爾穩定度試驗、車轍試驗等結果提出新型高強環氧瀝青鋪裝（見圖6）。鋪裝由上至下依次為：高黏度瀝青SM A層 4 cm，環氧樹脂粘層、環氧瀝青混凝土層（EA）4 cm，環氧樹脂黏層。在施工后4～6 h之內即可開放交通，強度高、韌性好、抗疲勞、耐久性強，推動了環氧瀝青橋面鋪裝新技術的發展。

圖6 橋面鋪裝施工圖

5 結論

（1）該項目中小跨徑全預制橋梁快速施工的的主要創新點如下：墩柱蓋梁整體預制制作安裝技術、預制墩柱基礎承插式連接技術、大型自行式吊車整體吊裝鋼梁技術、鋼橋面高性能環氧瀝青快速開放交通技術等。

（2）北京市佃起河橋改造工程將常規2～3個月的橋梁改造工期縮短為25 d，極大緩解了改造工程對現狀交通的影響，社會效益顯著。

（3）該橋基礎與預制下部結構采用新型的承插式連接形式，其構造參數及抗震性能有待進一步研究分析。