新标准下普通公路单幅标准跨径桥梁改扩建总体设计方案探讨

2015-12-21胡铁山何博文

交通科技 2015年4期

关键词：老桥跨径桥面

胡铁山　何博文

(1.湖北省交通规划设计院　武汉　430051；　2.中交第二公路勘察设计研究院有限公司　武汉　430056)

新标准下普通公路单幅标准跨径桥梁改扩建总体设计方案探讨

胡铁山1何博文2

(1.湖北省交通规划设计院武汉430051；2.中交第二公路勘察设计研究院有限公司武汉430056)

摘要随着经济建设和路桥事业的发展，我国公路基础建设重点向普通公路改扩建转移；加上新标准的实施，使得桥梁改扩建成为普通公路改扩建的重点及难点。文中总结了新标准对桥梁改扩建的新要求，确定了桥梁改扩建的原则，通过具体工程实例探讨了桥梁主体结构和桥面铺装的改扩建方案。

关键词新标准普通公路桥梁工程桥梁拓宽桥面铺装

近年来，我国公路基础设施建设迅速发展，公路营运里程大大提高，截至2011年底，全国公路总里程达到410.6万km，其中国家高速公路6.4万km，普通国道10.6万km。未来规划国家高速公路11.8万km，其中已建成7.1万km，在建约2.2万km，待建约2.5万km，分别占60%、19%和21%；未来规划普通国道26.5万km，其中利用原国道10.4万km、原省道12.4万km、原县乡道2.9万km，合计占规划里程的97%，其余3%约0.8万km需要新建；达到二级及以上技术标准的普通国道路线约占60%，按照未来基本达到二级及以上标准测算，共约10万km需要升级改造[1]。从长期来看，我国高等级公路建设将逐步放缓，国家将进一步将投资重点转移到普通国省干线的改造上，加大国省道改造力度，提升技术等级，重点提高国省道二级及以上公路比例，加快实施县通二级公路建设，更好地在国民经济增长和人民生活水平提高方面发挥重要的作用。

在普通公路的改扩建过程中，桥梁的改扩建是公路升级的瓶颈工程，并且多为单幅标准跨径桥梁。对于老桥，如果拆除重建，不仅会严重影响现状交通，而且还有造价高、工期长等弊端。因此，如老桥经过升级改造后能满足当前规范及荷载要求，可以对老桥进行改扩建。

本文以普通公路桥梁改扩建作为工程背景，对新标准下普通公路单幅标准跨径桥梁主体结构与桥面铺装改扩建方案进行探讨。

1　新标准对桥梁改扩建的规定

2014版《公路工程技术标准》(以下称为《新标准》)于2015年1月1日起施行，其在2003版《公路工程技术标准》基础上，做了相应的修改调整，且对普通公路标准跨径桥梁改扩建有了新的要求，主要包括以下方面[2-3]。

(1) 荷载等级。将原规范中二级公路的荷载等级由公路-II级调整为公路-I级，其他不变。

(2) 荷载标准。将原规范中当桥涵计算跨径小于或等于5m时公路-I级车道荷载中的集中荷载Pk由180kN调整为270kN，其他不变。

(3) 横向车道布载系数。增加横向布载车道数为1条时的横向车道布载系数，为1.2。

(4) 设计原则。安全、耐久、适用、环保、经济和美观，增加了耐久原则，强调全寿命设计。

(5) 桥涵改扩建规定：

①新建桥涵(含拼接新建部分)应满足现行设计标准的要求。

②对直接利用的原有桥涵，应进行检测评估并满足原设计荷载标准要求，二、三、四级公路提高等级时其极限承载能力应满足或采用加固措施后满足现行标准规范的要求。

③拼接加宽利用的原有桥涵，应进行检测评估并满足原设计荷载标准要求，且其极限承载能力应满足或采取加固措施后满足现行标准的要求。

④整体拼接桥梁的桥下净空，不应小于原设计标准。

⑤对直接利用或拼接加宽的桥涵应提出有针对性的运营管理和维护措施。

2　桥梁改扩建设计原则

桥梁改扩建包括主体和桥面铺装，主体结构改扩建方案参照以下原则确定[4]。

(1) 按照新标准要求对老桥进行全面检测评估，需满足原设计荷载标准要求，且其极限承载能力应满足或采取加固措施后满足现行标准的要求，方能拼接拓宽。

(2) 拼接部分上部结构一般采用同跨径，同截面类型结构在老桥单侧或双侧加宽拼接，并保持新老结构在平、纵、横上顺适拼接。

(3) 拼接部分下部结构根据实际情况采用，可优先采用与老桥同类型下部结构，拼接部分墩台尽量保持和老桥墩台在同一个横断面上，桩中距满足规范要求。

(4) 主体结构一般采用上部结构相联，下部结构分离的方式拼接拓宽。

桥面铺装改造方案参照以下原则确定：

(1) 新老桥采用相同类型桥面铺装，桥面连续，平整，确保桥面行车舒适度、美观等要求。

(2) 根据老桥实际情况，设置连续桥面防水层，合适的桥面横坡等排水设施，确保桥面排水通畅。

(3) 在保证桥面铺装强度、刚度及全寿命周期的前提下，尽量减小桥面铺装增加的二期恒载。

(4) 在不良地基桥段，为了适应新老桥不均匀沉降、稳定周期长等特点，桥面铺装可以遵循“一次设计，分期修建”的方案。即在沉降周期内(3～5年)根据新老桥不均匀沉降量的需要加铺桥面铺装，确保桥面系的平整度。

3　工程背景

某桥为单幅桥，按照老规范标准修建，跨径组合为17×20m，桥长346m，上部构造采用1.25m宽、20m长的标准空心板；下部构造桥墩采用柱式墩，桥台采用柱式台，墩台基础采用桩基础。设计荷载等级为公路-I级，桥面总宽19m，采用5.5cm沥青混凝土+10cmC50混凝土桥面铺装，双向2%横坡，目前该桥已竣工。根据项目需要，该桥需改扩建为桥宽为23m，10cm沥青混凝土+10cmC50混凝土桥面铺装，已进行检测评估并满足原设计荷载标准要求，且其极限承载能力满足现行标准的要求。

4　桥梁主体结构改扩建

桥梁改扩建应该首先考虑主体结构的拼接方案，主体结构的拼接方案不仅需要考虑新老桥主体结构形式，拼接方式，还要考虑新老桥之间的连接方式；另外，由于老桥的沉降，新桥的施工误差以及相关不确定因素，在施工建设期间需根据实际情况作出相应调整。因此，桥梁改扩建中涉及到的主体结构的改扩建设计涉及的因素多，难度大，是改扩建中的重点和难点。基于以上原则，对本项目主体结构拓宽方案进行具体分析。

(1) 进行检测评估并满足原设计荷载标准要求，且其极限承载能力满足现行标准的要求，荷载等级仍为公路-I级，未升级，可以进行拼接拓宽。

(2) 拼接部分上部结构采用与老桥同类型、同跨径的7×20m空心板。

(3) 考虑到本次仅扩宽4m，如采用双边拓宽，每边只有2m，降低了结构的稳定性，增加了下部结构的造价，而且新老桥的下部结构桩中距仅为3m，不能满足规范要求，鉴于此，本次采用单边拓宽，见图1。

图1　主体结构拼接形式(单位：cm)

(4) 新老桥主体结构上部结构连接，下部结构不连接，这样可以增强上部结构的整体性，又可使下部结构各自受力，减小不均匀沉降引起的次内力，避免了桥面纵向裂缝的产生[5]。

5　桥面铺装改扩建

桥面铺装改造不仅要考虑其类型、整齐性、舒适性及二期恒载增加量，还要考虑桥面排水；另外，后期由于新老桥之间的不均匀沉降也会引起桥面铺装的错位，这些都是桥面铺装改造应该考虑的因素，基于以上原则，对本项目桥面铺装做了3个比选方案：

(1) 方案一。如图2所示，在横幅布置上，将该桥梁设计中心线向右移2.0m，与本项目路线顺接。在桥面上，调整桥面铺装层厚度，即将桥面改建成双向(等宽)2%横坡(桥面排水效果较好)，改建后桥梁左侧桥面铺装为10cm沥青混凝土+10cmC50 混凝土，桥梁右侧桥面铺装为10cm沥青混凝土+18cmC50混凝土，桥面与路面顺接，行车舒适性及安全性较好。该方案作了桥面铺装层的调整，右侧加铺8cm混凝土，由桥面铺装引起的二期恒载约126.440kN/m。

图2　桥面铺装改建方案一横断面示意图(单位：cm)

(2) 方案二。如图3所示，在横幅布置上，利用原桥梁设计中心线，在桥头通过设置渐变段与本项目路基中心线连接，行车舒适性及安全性一般。在桥面上，利用原桥面横坡，将桥面改建成双向(不等宽：左侧9.5m，右侧13.5m)2%横坡(桥面排水效果一般)，改建之后桥梁桥面铺装为10cm沥青混凝土+10cmC50混凝土。由桥面铺装层引起的二期恒载约103.400kN/m，该方案桥面与路面顺接不畅，桥面右侧承水面积较大，不利于雨季排水，同时，行车道变化会导致一定行车安全隐患。

图3　桥面铺装改建方案二横断面示意图(单位：cm)

(3) 方案三。如图4所示，在横幅布置上，将该桥梁设计中心线向右移2m，与本项目路线顺接，行车舒适性及安全性较好。在桥面上，调整桥梁支座垫石的厚度将桥面改建成双向(等宽)2%横坡(桥面排水效果较好)，改建之后桥梁桥面铺装为10cm沥青混凝土+10cmC50混凝土。改建之后桥面与路面顺接，由桥面铺装层引起的二期恒载约103.400kN/m，该方案施工工艺复杂，改建费用较高。

将以上3种方案进行对比，对比结果见表1。