通行車輛條件下高速公路橋梁拼寬施工技術研究

田泰安,王 勛,張 瑞

(西安交通工程學院,西安 710100)

0 引言

我國道路交通量急劇增長,而初期建設的公路橋梁設計標準較低,道路服務水平已無法滿足區域社會經濟發展的需要,無法保障車輛行駛的平穩性與安全性,故越來越多的高速公路需要在保證通行車輛的條件下進行改擴建施工。對已有橋梁進行擴建時,由于舊橋處于半幅通車狀態,故而交通保暢難度較大,會大大增加安全隱患[1-2]。而車輛行駛產生的劇烈振動與拼寬施工操作會對新、舊橋梁拼寬的整體性產生較大的影響[3],亟需解決這些技術難點及安全隱患。

某大橋需實施橋梁改造及擴建施工,是新舊動能轉換的重點項目。施工過程中必須保障車輛通行,故而建設難度較大。該橋上部采用預應力混凝土簡支T梁,全橋分為四聯,跨徑為4×30+5×30+5×30+4×30 m。下部結構為柱式墩、樁基礎,橋梁全長540 m,為舊橋完全利用,新橋拼寬,兩側采用預應力混凝土T梁各加寬8 m[4],橫向拼寬的整體橫斷面如圖1所示。

圖1 大橋拼寬整體橫斷面

1 橋梁預應力拼寬施工要點

在加寬施工中提出了通行車輛要求,故采取高速公路橋梁拼寬施工技術。技術路線如圖2所示,具體要點如下:

圖2 技術路線圖

進行施工準備,完成新橋的基礎及橋梁下部結構施工。對舊橋進行交通管制,拼寬側道路進入半幅通行狀態。

高速拓寬施工梁板安裝不具備架橋機架設條件,故新橋主梁架設采用汽車吊機,對梁板進行吊裝。新橋主梁架設完畢后,使用沙袋進行壓載,壓載荷載為22 cm的鋪裝、標準護欄及1/4的活載,壓載時間不小于3個月,壓載結束后才能進行新舊橋梁的橫向聯結。在橋面鋪裝施工過程中按照等量換重原則拆除預壓荷載,進行橋面鋪裝及附屬設施施工。

舊橋護欄切除施工前需確保所需設備已正確安裝并調試。使用風鉆鉆孔,避免鉆孔過程中進行清洗作業,因為清洗產生的泥沙會堵塞空口,對打孔作業產生不利影響。打孔過程中必須確保水平與垂直方向都得到充分控制,使其在一點交匯。鉆孔作業結束后,安裝金剛石繩鋸機的導向輪,穿繩鋸[5],連接系統后進行豎向切割,再進行水平切割,切割成1.2 m規格的水泥水馬,吊裝整體裝車外運。

對舊橋需要進行破拆翼緣板的區域進行清理,按照設計圖紙放線,將高壓水射流設備吊裝至工作場地,進行水射流標準化破拆,將破除的混凝土清理干凈。高壓水射流破碎混凝土技術具有高效率、低耗能的特點,可取代傳統的人工錘擊破碎,在不損傷鋼筋的前提下有效破除混凝土,可在短時間內完成維修工程,恢復正常交通。

在新橋預壓工程結束半年后進行鉆孔作業,鉆孔前使用鋼筋探測技術,檢查新舊橋梁拼接處的鋼絞線位置,使用記號筆標注預應力鋼絞線的準確位置。在避開鋼絞線的條件下,在靠近橫隔板的相鄰梁腹板之間鉆孔,將精軋的螺紋鋼筋穿入鉆孔中。

為了確保結構的穩定性,在中橫隔板的兩端放入4道支撐槽鋼,防止施工過程中梁體變形,槽鋼支撐安裝的同時安裝高強螺栓外側錨具墊塊,錨具墊塊根據現場實際尺寸調整。

根據T梁拼寬橫隔板位置,對混凝土界面進行鑿毛處理,預應力高強精軋螺紋鋼筋位置確定后,再按鋼筋斷面設計圖確定鋼筋綁扎位置,以保證高強精軋螺紋鋼筋能被澆筑后砼全部包裹,植筋前進行植筋點放樣,標明記號。為了確保鉆孔的垂直性,應將鉆頭精確地定位在植筋點上,令深度達到設計要求,盡量避免與原結構的主筋接觸,根據實際情況實時調整。為了確保鉆孔深度達到要求,鉆頭長度應超過設計深度,在鉆頭超過2 cm的位置做好標記,以便更好地控制鉆孔深度。進行植筋操作前,用刷子去除孔壁碎渣,利用強力吸塵器對其進行徹底的清理。為了確保植筋質量,選擇黏接效果良好的環氧類植筋膠作為黏合劑,按照產品的使用說明,確保所有材料都具有良好的抗疲勞及耐高溫特性。植筋孔驗收完成后,緩慢進行注膠,以免將大量的空氣壓入孔內,確保注膠量不超過孔深的2/3。注膠完成后,對鋼筋施加適當的壓力,朝著相同的方向緩慢插入孔洞,插入過程中要盡量把膠中的空氣排出,確保插入的鋼筋達到設計深度。為了確保鋼筋的牢固性,應立即處理掉溢出的植筋膠,使其表層的涂層變得更加光滑、完整。植筋施工結束前,使用千斤頂來施加拉力,檢測植筋效果。試驗過程中以均衡的速度施加壓力,直到達到預期的荷載,施工需持續2～3 min,以評估植筋施工質量。

待加寬橋各T梁架設完畢并預壓空置半年后,把精軋螺紋鋼在舊的梁腹板錨固,另一端使用手持式智能數顯張拉千斤頂,張拉預應力高強精軋螺紋鋼筋。張拉至所需預應力時,使用錨具進行錨固,最好同時分批張拉,以提升拼接梁的整體性,張拉過程中應監測梁體的變形。

預應力筋張拉應通過應力與伸長值進行雙控。預應力張拉時的控制應力,應將實際伸長值與理論計算伸長值進行校核,兩值相差控制在6%以內,否則應暫停張拉,查清原因并采取措施加以調整,再繼續張拉。

根據實驗室與現場試驗得出,張拉控制應力最佳計算公式如下:

σcon=0.4fpk

式中,σcon為張拉控制應力,fpk為所選精軋螺紋鋼的抗拉強度標準值。

根據《公路橋涵施工技術規范》(JTG/T 3650-2020)公式7.6.3-1[6]得到高強精軋螺紋鋼理論伸長值公式為:

△LL=(Pp×L)/(Ap×Ep)

Pp為預應力筋的平均張拉力(N),直線筋按PP=P計算,L為預應力筋的長度(mm),AP為預應力筋截面面積(mm2),EP為預應力筋彈性模量(N/mm2)。

完成張拉工作后,將HY-150化學膠填充到原有的橋梁與加寬的橋腹板孔道中,完成封孔作業。

進行橫隔板混凝土澆筑前,使用8 mm、10 mm、12 mm、20 mm的鋼筋進行綁扎,并對橋的濕接縫處的鋼筋進行單面焊接,焊接長度大約為10 d。鋼筋綁扎完成后進行澆筑模板安裝固定。

模板安裝完成后,啟動砼澆筑工作。澆筑混凝土的強度應與T梁的混凝土等級相同,澆筑過程中使用溜槽灌漿,充分振搗密實混凝土。澆筑完成后,立即用土工布覆蓋灑水養護,保持至少7 d。一孔拼寬橫隔板施工完成后,立即施工縱向濕接縫[7],澆筑寬度為70 cm。

當澆筑混凝土的強度達到設計強度的80%時,將槽鋼拆除。橫隔板施工完成后,錨具要用環氧樹脂來保護。縱向濕接縫混凝土澆筑完成后,進行適當的覆蓋,表面收漿后即開始灑水養生,灑水時間7 d以上,待混凝土強度達到設計強度以上時,即可拆除模板。

2 結束語

通行車輛條件下高速公路橋梁拼寬施工,利用氣鎬(風鉆)、金剛石繩鋸機、高壓水射流設備、汽車吊等設備,發揮各自的性能優勢,高效完成拼寬施工。該技術可在車輛行駛條件下展開施工,減少封閉交通對周圍產生的影響,進一步節省成本,縮短工期,解決拼寬后的不均勻沉降問題,為提升橋梁運營的安全性提供保障。