新技術(shù)和新材料在高速公路改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用

摘 要：隨著交通量增長，山東省內(nèi)多條高速公路已完成或正在進(jìn)行改擴(kuò)建，應(yīng)用了大量新技術(shù)和新材料，重點探討了橋梁整體頂升、路基改橋、舊橋加固技術(shù)以及泡沫輕質(zhì)土新型材料在高速改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用和具體實踐案例，分析了其優(yōu)勢和積極作用。

關(guān)鍵詞：高速改擴(kuò)建；舊橋加固；泡沫輕質(zhì)土文章編號：2095-4085（2024）08-0222-02

0 引言

隨著城市的擴(kuò)張、產(chǎn)業(yè)布局完善、交通量增長等因素，山東省內(nèi)部分高速道路擁擠現(xiàn)象嚴(yán)重，大大降低了車輛的行駛速度和道路的通行能力，服務(wù)水平已明顯下降，現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已不能適應(yīng)交通量快速增長和經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)發(fā)展的需求，高速擴(kuò)改建勢在必行。目前，京滬高速萊蕪至臨沂段已完成“4改8”，京臺高速濟(jì)泰段為全國首條國高網(wǎng)“6改8”改擴(kuò)建高速公路，京臺齊濟(jì)段由雙6車道正改擴(kuò)建為雙12車道，此外濟(jì)菏高速、濱萊高速、東青高速、濟(jì)南繞城高速等多條高速已完成或正在進(jìn)行改擴(kuò)建。將既有高速公路改擴(kuò)建可以優(yōu)化國家和山東省高速路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高公路通行能力和服務(wù)水平，適應(yīng)交通量快速增長，在此過程推廣應(yīng)用了大量新技術(shù)和新材料。

1 橋梁整體頂升技術(shù)

改擴(kuò)建工程中老路縱斷面指標(biāo)不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求或者分離立交、通航橋橋下凈空不足等原因，部分橋梁需要抬高。常規(guī)設(shè)計要么是拆除新建，要么是吊離上部→接高墩柱→吊回上部→恢復(fù)橋面系。常規(guī)設(shè)計的缺點是施工復(fù)雜，工期較長。舊板吊離后再吊回，破損嚴(yán)重，利用率不高。針對此問題，提出了橋梁整體頂升方案，使“老橋長高”。具體步驟為：臨時解除橋面連續(xù)→施工抱柱梁、安裝同步頂升千斤頂→截斷墩柱、整體頂升→加粗并接高墩柱→上部結(jié)構(gòu)落置在墩臺、完成整體頂升［1］。

濱萊高速淄博西至萊蕪段扣家大橋和徐崖中橋跨徑分別為6×20m和4×20m，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力簡支空心板，下部結(jié)構(gòu)為柱式墩、U臺，因縱斷面指標(biāo)不滿足現(xiàn)行規(guī)范，需調(diào)整縱斷，分別頂升2.75～2.2m和2.47～2.65m。京臺高速濟(jì)泰段范莊大橋位于縱斷抬高段，橋梁跨徑18×16m，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力簡支空心板，下部結(jié)構(gòu)為柱式墩、U臺、肋板臺，橋梁頂升0.4～2.1m。

橋梁整體頂升采用PLC液壓同步頂升系統(tǒng)，通過計算機(jī)指令來控制液壓千斤頂，然后通過位移及力傳感器把液壓千斤頂壓力變化及頂升的距離反饋至計算機(jī)屏幕，操作人員根據(jù)有關(guān)情況及時作出調(diào)整。PLC液壓同步頂升技術(shù)是建立在力和位移雙閉環(huán)的控制基礎(chǔ)上，是一種力和位移綜合控制的頂升方法。由液壓千斤頂，精確地按照橋梁的實際荷重，平穩(wěn)地頂舉橋梁，使頂升過程中橋梁受到的附加應(yīng)力下降至最低，同時液壓千斤頂根據(jù)分布位置分組，與相應(yīng)的位移傳感器組成位置閉環(huán)，以便控制橋梁頂升的位移和姿態(tài)，這樣就可以很好地保證頂升過程的同步性，確保頂升時梁體結(jié)構(gòu)受力安全。

頂升方案最大程度保持了原橋整體性，避免結(jié)構(gòu)拆裝過程中的損傷及廢板，施工工期短，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，符合交通部倡導(dǎo)的“綠色公路集約節(jié)省資源”設(shè)計理念。

2 路基改橋

根據(jù)地方發(fā)展規(guī)劃要求，高速公路在改擴(kuò)建過程中，多處高速路基段需要增加分離立交橋，簡稱為“路基改橋”［2］。將高速公路路基改為橋梁，應(yīng)最大程度減少對現(xiàn)狀高速通行的影響。濟(jì)南繞城高速公路小許家至港溝段沿線存在多處地方規(guī)劃道路，蔣山北路、安家南路、虞山大道等多處路段需要將路基部分變?yōu)榉蛛x立交橋，改造同時且需要保證既有高速雙向四車道正常通行。高速改擴(kuò)建時，摒棄了先開挖路基再施工橋梁的傳統(tǒng)方案，采用“先施工橋梁再開挖路基”的創(chuàng)新方案。在一幅封閉的高速路基上直接鉆樁（樁柱一體）施工，完成下部作業(yè)及上部箱梁施工，施工完的一幅雙向保通，再封閉施工另一幅橋梁。兩幅橋梁均施工完后，開挖橋下路基，對外露墩柱包鋼美化。“先施工橋梁再開挖路基”的方案可以節(jié)約工程造價，避免對高速路基的鋼板樁防護(hù)，縮短了施工周期，樁柱一體式設(shè)計，墩柱作為樁基的一部分施工，施工及交通組織比較容易，采用該設(shè)計方案，路基改橋不再是難題。

3 舊橋加固

新版公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實施后，提高了汽車荷載。根據(jù)高速公路改擴(kuò)建設(shè)計細(xì)則要求新建橋梁及拼寬橋梁新建部分采用公路-I級，拼寬利用橋梁的極限承載能力滿足公路-I級，直接利用的橋涵維持原荷載標(biāo)準(zhǔn)。既有高速老橋多采用簡支空心板，新標(biāo)準(zhǔn)下現(xiàn)狀空心板不滿足承載力要求，若對空心板均拆除新建，將造成極大的資源浪費，與綠色公路的設(shè)計理念也不符。

濟(jì)青高速、濱萊高速淄博西至萊蕪段、濟(jì)南繞城高速港溝至殷家林段改擴(kuò)建工程中現(xiàn)狀8m鋼筋混凝土板抗剪承載力極限狀態(tài)不滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，且鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性較差，對8m鋼筋混凝土板采用“拆除上部，利用下部”的方案；其余10m、13m、16m 和20m板，通過加厚混凝土調(diào)平層和貼鋼板的方法加固后繼續(xù)利用。根據(jù)試驗資料，混凝土現(xiàn)澆層對提高結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪承載力效果顯著，橋面混凝土現(xiàn)澆層不僅增加了結(jié)構(gòu)受力高度，與舊板形成組合截面后能有效承擔(dān)活載效應(yīng)，而且明顯抑制抗剪斜裂縫向板頂受壓區(qū)擴(kuò)展［3］。空心板橋面鋪裝改造方案為鑿除原有橋梁瀝青鋪裝，同時銑刨原有橋梁混凝土現(xiàn)澆層2cm，新舊拼接處1.5m范圍內(nèi)的舊橋混凝土現(xiàn)澆層全部鑿除并在接縫處設(shè)置橫向加強(qiáng)鋼筋，拼寬預(yù)制板吊裝后，與舊板共同新做混凝土鋪裝，保證新舊橋的混凝土現(xiàn)澆層總厚度為15cm。

此外舊橋維修加固［4］還包括防銹處理、破損修復(fù)、植筋、裂縫處治等，其中裂縫處治是將混凝土裂縫表面封閉或壓力注漿處理，對于寬度lt;0.15mm的裂縫，采用裂縫封閉膠進(jìn)行裂縫表面封閉，對于寬度≥0.15mm的裂縫采用壓力注漿封閉法，將灌縫膠壓注入結(jié)構(gòu)物內(nèi)部裂縫中。

舊橋加固利用充分利用了舊路資源，不但節(jié)約公路建設(shè)資源，也降低了公路建設(shè)成本，實現(xiàn)社會資源的循環(huán)利用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

4 泡沫輕質(zhì)土新材料

泡沫輕質(zhì)土，亦稱氣泡混合輕質(zhì)土，是公路建設(shè)領(lǐng)域的一種新型輕質(zhì)填筑材料，是一種在水泥基漿料中加入泡沫并經(jīng)充分打泡后凝固而成的輕質(zhì)類混凝土，其原材料主要由水泥、水和泡沫組成［5］，具有輕質(zhì)性、重度和強(qiáng)度可調(diào)節(jié)性、自流性、直立性、易開挖及施工便捷等特性。其填筑工程以降低荷重或土壓力為目的，大量應(yīng)用于臺背回填、窄拼路基、軟土地基等工程。泡沫輕質(zhì)土主要技術(shù)指標(biāo)如下，重量為550～650kg/m3，密度比水低，流動度為170～190mm，路床區(qū)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)≥1.0MPa，路堤無側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)≥0.6MPa。

泡沫輕質(zhì)土無需機(jī)械碾壓施工，可以在小空間內(nèi)回填，濟(jì)南繞城高速港溝至殷家林段改擴(kuò)建工程中將泡沫輕質(zhì)土應(yīng)用于臺背等不易壓實部位，解決了壓實困難的問題，同時具有自重輕和減少工后地基壓縮沉降的特點，施工工期短。該高速位于濟(jì)南南部山區(qū)，既有老路存在多處高邊坡，邊坡高度高達(dá)20m以上，若采用常規(guī)填土拼寬，填方較大，新增占地較多，采用泡沫輕質(zhì)土直接在老路邊坡上開挖臺階進(jìn)行拼寬，無需新增占地，對環(huán)境影響小。泡沫輕質(zhì)土本身具有直立性，無需放坡，高速沿線存在地方并行道路時，采用輕質(zhì)土拼寬，可以極大地縮小新增占地面積，避免改路設(shè)計，減小對沿線居民出行的干擾。

5 結(jié)語

隨著時間推移，國內(nèi)首批建設(shè)的高速公路，距今已將近20年，多條高速已完成或陸續(xù)進(jìn)入改擴(kuò)建階段。本文僅探討了高速改擴(kuò)建過程中橋梁整體頂升、路基改橋、既有橋梁加固技術(shù)以及泡沫輕質(zhì)土新型材料在高速改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用，這些新技術(shù)的利用極大助力了高速改擴(kuò)建工程的建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

［1］王璽，劉昱彤.現(xiàn)役橋梁局部拆除頂升拼接施工技術(shù)［J］.四川建筑，2021，41（5）：198-199.

［2］柳磊，張偉.下穿既有高速公路的路基改橋設(shè)計與施工［J］.山東交通科技，2018（6）：53-54.

［3］柳磊，于坤，王同衛(wèi).改擴(kuò)建高速公路空心板橋現(xiàn)狀及承載力研究［J］.山東交通科技，2019（6）：42-46.

［4］劉俊偉.舊橋擴(kuò)寬加固的關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.四川建材，2023，49（9）：200-202.

［5］宋林偉.基于泡沫輕質(zhì)土的橋梁橋頭路基施工技術(shù)分析［J］.居業(yè)，2024（3）：109-111.

作者簡介：仲浩然（1991—），男，山東濟(jì)南人，碩士，中級橋梁工程師，公路橋梁勘察設(shè)計。