張　磊

(中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，江蘇　蘇州　215000)

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城市高架橋擴(kuò)建縱向銜接設(shè)計(jì)

張磊

(中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，江蘇蘇州215000)

在實(shí)際工程中，將已建成橋梁擴(kuò)建繼續(xù)延伸的情況越來(lái)越多。新建橋梁與已建橋梁的銜接是工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。文章結(jié)合蘇州市東環(huán)快速路南延工程，對(duì)現(xiàn)有高架橋梁擴(kuò)建延伸的銜接方案進(jìn)行分析論證，得到了合理的銜接方案，并提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，可為類(lèi)似項(xiàng)目提供參考。

高架橋；擴(kuò)建；縱向銜接；設(shè)計(jì)

0　引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市面積不斷擴(kuò)大，一些城市高架橋面臨延伸擴(kuò)建的需要。蘇州市東環(huán)快速路為蘇州內(nèi)環(huán)線南北向高架快速路，高架橋與南環(huán)交叉后向南延伸約800 m后開(kāi)始落地，接入?yún)菛|路地面道路，工程于2008年投入使用。根據(jù)城市發(fā)展需要，吳東路進(jìn)行快速化改造，采用高架橋梁方式，將東環(huán)快速路向南延伸。

將已經(jīng)落地的高架橋延伸，可以從落地處向前再重新起坡設(shè)橋，也可以將落地段橋梁拆除若干聯(lián)達(dá)到合適凈空與既有橋梁直接相接。前者會(huì)形成一段地面道路，這種情況在蘇州地區(qū)已建高架橋中有多處先例，在正常通行流量時(shí)，造成交通流瓶頸，在高峰時(shí)段，堵車(chē)非常明顯；后者雖然在經(jīng)濟(jì)上有一定浪費(fèi)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看交通流順暢，符合快速路發(fā)展目的。因此決定選擇拆除方案進(jìn)行擴(kuò)建。

1　橋梁現(xiàn)狀

東環(huán)快速路在東南環(huán)立交與南環(huán)快速路交叉后，繼續(xù)以高架橋的形式向南延伸，在K1+250處(A35墩)跨越東興路后，開(kāi)始降坡。以(3×25)m和(4×25)m的跨徑組合延伸175 m后，采用填方路基形式，于K1+550處接入地面道路?？缭綎|興路采用(30+30+30)m等高預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁，梁高1.8 m，寬32～35.53 m，單幅布置。橋墩布置于東興路道路中心處，橋下凈空約6 m。

根據(jù)規(guī)劃需要，高架快速路跨東興路采用一跨跨越。結(jié)合現(xiàn)狀高架橋梁橋下凈空情況，通過(guò)經(jīng)濟(jì)分析，決定以東新路為界，拆除265 m既有橋梁，分界墩號(hào)為A35墩。分界點(diǎn)如圖1所示。A35墩為三柱墩，墩身均為矩形斷面；基礎(chǔ)為群樁基礎(chǔ)，中墩6根基樁，兩階承臺(tái)，兩側(cè)邊墩各4根基樁，一階承臺(tái)，樁徑1.2 m，樁長(zhǎng)均為53 m。

分界墩A35(南側(cè)拆除)

A35墩北側(cè)(保留)

2　銜接方案的選擇

2.1新建橋梁布置

東興路位于東環(huán)路東側(cè)，與東環(huán)路T型相交，斜交角72°，路寬38.5 m?？紤]交叉口布置需要，結(jié)合避讓已拆除橋梁的樁基，采用(34.5+60+35)m布跨，與A35墩相鄰孔跨徑為34.5 m。上部結(jié)構(gòu)類(lèi)型為變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，跨中梁高2.5 m，中支點(diǎn)梁高3.6 m；橋梁寬度38 m，單幅布置。新建橋墩采用柱式墩，裙樁基礎(chǔ)。

2.2銜接組合受力分析

新建橋梁與既有橋梁的銜接，根據(jù)A35墩的利用與否，主要有兩個(gè)方案：(1)利用A35墩作為新建橋梁的支撐，新舊橋梁直接銜接；(2)在A35墩延伸方向12.5 m處新建橋墩作為橋梁支撐，相當(dāng)于跨徑調(diào)整為(12.5+22+60+35)m，新舊橋梁在A35墩處順接。

A35墩北側(cè)相鄰聯(lián)為(3×21)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，橋?qū)?9 m，雙幅布置。根據(jù)收集到的竣工資料，分別對(duì)A35墩原橋和新建橋梁進(jìn)行受力分析，計(jì)算結(jié)果如表1所示。從結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，新建聯(lián)和拆除聯(lián)中墩的恒載和活載支反力比較接近，前者的恒載支反力略大于后者。比較兩個(gè)邊墩的恒載和活載支反力，新建聯(lián)均小于拆除聯(lián)，即兩個(gè)邊墩滿足新建聯(lián)的承載要求。

表1　上部結(jié)構(gòu)支反力值表(kN)

對(duì)橋墩墩身和樁基礎(chǔ)承載力進(jìn)一步計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)在新建橋的荷載下，橋墩墩身承載力和裂縫均能滿足新建橋梁使用要求。原基樁設(shè)計(jì)承載力復(fù)核為4 352 kN，新建橋梁后最大樁頂力為4 490 kN，原基樁設(shè)計(jì)承載力比新建橋梁樁頂力小(見(jiàn)表2)。

表2　A35墩樁頂力值表(kN)

2.3銜接方案確立

通過(guò)上面的計(jì)算分析，除A35墩中墩樁基承載力不滿足新建橋梁要求，兩側(cè)橋墩可以直接利用。若采用新建橋墩方案，將造成上部結(jié)構(gòu)比例欠佳，懸臂端需要配重的結(jié)果，影響使用效果，并且相鄰較近的兩個(gè)橋墩在外觀上也不美觀，同時(shí)新建橋墩耗資較大。綜合比較分析，選擇將新建橋梁直接支承于A35墩上。

直接利用A35墩方案的關(guān)鍵在于要對(duì)其進(jìn)行加固。在現(xiàn)在的工程條件下，加固利用技術(shù)已經(jīng)非常成熟完善，施工質(zhì)量能夠保證(見(jiàn)表3)。

表3　方案對(duì)比表

3　關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

A35墩主要有兩方面需要加固：(1)增加樁基數(shù)量，提高樁基承載力并留有一定的安全儲(chǔ)備；(2)是對(duì)墩身斷面進(jìn)行加強(qiáng)，作為安全儲(chǔ)備。加固原則是盡量減少對(duì)過(guò)渡墩的影響。

3.1基礎(chǔ)加固設(shè)計(jì)

根據(jù)計(jì)算分析，A35墩中墩增加兩根樁基，邊墩增加一根樁基，樁徑和樁長(zhǎng)與原樁基一致。因橋相鄰聯(lián)橋下凈空約6 m，無(wú)法進(jìn)行鉆孔灌注樁施工，因此，僅在新建橋梁一側(cè)增加基樁。

增加樁基的關(guān)鍵是將承臺(tái)加長(zhǎng)，并保證新舊承臺(tái)連接可靠，共同受力[1]。將原承臺(tái)順橋向加長(zhǎng)，厚度與原承臺(tái)相同，并在加長(zhǎng)后的承臺(tái)頂再整體加厚1 m，與二階承臺(tái)頂面同高。接長(zhǎng)承臺(tái)通過(guò)植筋與原承臺(tái)連接。在原承臺(tái)接觸面一周進(jìn)行植筋，作為新舊承臺(tái)連接受力主要鋼筋。植筋布置于主筋內(nèi)側(cè)并與主筋間距≥40 mm。植筋采用φ25熱軋帶肋鋼筋，間距為200mm。單根植筋錨固承載按照公式(1)計(jì)算：

(1)

fy——植筋鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

As——鋼筋截面積。

植筋錨固深度按照公式(2)、(3)計(jì)算：

ld≥ψNψaels

(2)

ls=0.2αsptdfy//fbd

(3)

式中：ld——植筋錨固深度設(shè)計(jì)值；

ψN——考慮各種因素對(duì)植筋受拉承載力影響而需加大錨固深度修正系數(shù)；

ψae——考慮植筋位移延性要求的修正系數(shù)；

ls——植筋基本錨固深度；

αspt——為防止混凝土劈裂應(yīng)用的計(jì)算系數(shù)；

d——植筋公稱直徑；

fbd——植筋用的膠黏劑的黏結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

通過(guò)計(jì)算得出，單根植筋錨固的承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)≥162 kN。植筋錨固深度設(shè)計(jì)值≥600 mm。錨固膠采用專用改性環(huán)氧膠黏劑、改性乙烯基酯膠黏劑或改性氨基甲酸酯膠黏劑，等級(jí)為A級(jí)膠。接長(zhǎng)承臺(tái)主筋與植筋采用綁扎搭接，不允許焊接。

為增加新舊混凝土之間的連結(jié)，將原承臺(tái)所有接觸面上混凝土鑿除，并露出原鋼筋?；炷两佑|面上涂刷界面劑。在接觸面內(nèi)植短鋼筋。植筋采用φ25熱軋帶肋鋼筋，雙向間距300mm。所有植筋均不得破壞原鋼筋。新建結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)均比原結(jié)構(gòu)提高一個(gè)等級(jí)[2]。

沿接長(zhǎng)承臺(tái)的接觸面，豎向布置兩排φ20熱軋帶肋鋼筋提高抗剪能力，橫向間距300mm，見(jiàn)下頁(yè)圖2。

3.2墩身加固設(shè)計(jì)

墩身加固采用在墩身周?chē)粚雍穸葹?50mm的混凝土，即可將墩身截面擴(kuò)大。包裹混凝土內(nèi)的豎向鋼筋采用植筋方式與承臺(tái)連接，植筋要求與承臺(tái)植筋要求相同。豎向鋼筋采用φ25熱軋帶肋鋼筋，間距200mm。

圖2　承臺(tái)和立柱加固示意(傾向)

①接觸面一周植筋②接觸面面內(nèi)植筋③沿接觸而豎向布置兩排鋼筋④墩身豎向植筋⑤墩身接觸面植筋

將原有墩柱表面進(jìn)行鑿毛處理，并將轉(zhuǎn)角處混凝土鑿除，形成135°角。箍筋除矩形閉合箍筋，另外配置輔助箍筋，輔助箍筋采用多邊形。箍筋布置如圖3所示。

圖3　墩柱箍筋布置圖

在原來(lái)立柱表面植入φ20熱軋帶肋L型短鋼筋，雙向間距300 mm。L型短鋼筋末端與箍筋連接。

3.3地基處理

為防止新舊基礎(chǔ)的沉降差異，利用兩根新建樁基對(duì)地基進(jìn)行后壓漿處理，提高土體的抗變形能力，減小不均勻沉降[3]。

樁基后壓漿是一項(xiàng)對(duì)已有工程樁補(bǔ)強(qiáng)的措施。工程上，由于持力層不夠、沉渣等原因，基樁的單樁極限承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求或地基為了控制沉降，則必須對(duì)該基樁采取必要的措施，使其承載力能滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)埋管把配置好的水泥砂漿用一定壓力強(qiáng)行注入樁端土層或者樁周土體，以提高土層承載力及樁與土之間的摩阻力，達(dá)到提高樁極限承載力的目的。以壓漿泵將配制好的水泥漿增壓壓入樁身內(nèi)管，通過(guò)樁底或樁側(cè)注漿閥注入周?chē)橘|(zhì)。灌注樁后壓漿是借助于事先安設(shè)于樁身內(nèi)的構(gòu)件進(jìn)行壓漿以達(dá)到加固目的，或者通過(guò)樁端與地基間的界面或沉渣進(jìn)行壓漿以使樁身有效地將荷載傳遞到持力層上，或者通過(guò)對(duì)地基“后灌漿”以達(dá)到樁基加固目的。

蘇州地處中國(guó)東部，屬于軟土地區(qū)，項(xiàng)目區(qū)土質(zhì)以黏土、粉質(zhì)黏土為主，含水量較高。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)并對(duì)原參數(shù)進(jìn)行修正，最終確定，注漿用水泥漿水灰比為0.55，壓漿速度55 L/min，撞斷壓漿終止壓力為2 MPa，總漿量為4 m3。

3.4牛腿處理

新建橋梁梁高2.5 m，原橋梁高為1.8 m，A35墩兩側(cè)梁高不一樣，因此，新建聯(lián)端橫梁在三根墩柱處，采用牛腿構(gòu)造，將橫梁支撐在A35墩墩柱上。牛腿處橫梁高度1.8 m。在墩柱范圍外，端橫梁高度依然為2.5 m。

4　結(jié)語(yǔ)

這一節(jié)點(diǎn)銜接已經(jīng)順利施工結(jié)束并投入運(yùn)營(yíng)，效果良好。對(duì)于高架橋梁擴(kuò)建縱向延伸的情況，采用加固后進(jìn)行利用的方案具有很大的優(yōu)勢(shì)。雖然會(huì)對(duì)原有結(jié)構(gòu)帶來(lái)一定的影響，但是在當(dāng)前橋梁加固技術(shù)成熟、可靠的條件下，不失為一種兼顧安全、經(jīng)濟(jì)和美觀的選擇。通過(guò)對(duì)新舊結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析，提出可靠的設(shè)計(jì)方案，結(jié)合精細(xì)施工，能夠得到良好的使用效果。

[1]GB 50367-2013，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]JTG/T J22-2008，公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Longitudinal Convergence Design of Urban Viaduct Expansion

ZHANG Lei

(Central and Southern China Municipal Engineering Design & Research Institute Co.，Ltd.，Suzhou，Jiangsu，215000)

In actual engineering，more and more expansion and extension projects of existing bridges can be seen.The convergence between new bridges and existing bridges is the key node of engineer-ing design.Combined with south extension engineering of East Ring Expressway in Suzhou City，this article analyzed and demonstrated the convergence plan for the expansion and extension construction of existing viaduct bridges，obtained the reasonable convergence program，and proposed the corre-sponding design key-points，which can provide reference for similar projects.Keywords：Viaduct；Expansion；Longitudinal convergence；Design

U445.6

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.03.017

1673-4874(2016)03-0061-04

2016-03-08

張磊(1982—)，工程師，研究方向：橋梁設(shè)計(jì)。