运营状态下高速公路T梁横向预应力拼宽施工工法.pdf

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1、1运营状态下高速公路运营状态下高速公路 T 梁横向预应力拼宽施工工法梁横向预应力拼宽施工工法1 前言前言桥梁拼宽施工是高速公路桥梁改扩建中至关重要的环节，通过在原桥桥面进行加宽或在原有桥梁一侧或两侧新建桥梁进行拼接的方式，增加行车道数量，提高交通能力，从而满足交通量的需求；对于旧桥进行拼宽施工不但能保证施工过程中旧公路桥梁的正常运营，而且又能在拼宽完成后，使旧桥完全使用，缩减了施工成本。桥梁加宽拼接后，因为旧桥的基础沉降已经基本完成，而新桥的沉降还未完全发生，形成新、旧桥基础沉降差，此沉降差会对上部结构造成影响，如何保证加宽后结构的良好运营性能是改扩建工程中的难点和重点。针对上述问题，本项目以

2、济南至青岛高速公路改扩建施工第四标段工程等建设项目为依托，使用双侧拼宽的方式进行施工。同时采用金刚绳锯切割及高压水射流技术对老桥进行拆除，并给出了一种堆载预压的施工方法，有效控制桥梁拼接施工造成的不均匀沉降问题。通过在拼宽连接构造增设横向预应力的方式，提高新、旧桥梁的横向联系。采用槽钢锚固在新、旧桥腹板处，使其形成整体共同受力变形，减弱旧桥正常通行对纵向拼接湿接缝的扰动，提高混凝土的抗裂性，同时缓解了拼宽工程施工时交通流的压力。通过施工总结，提出了一种运营状态下高速公路 T 梁横向预应力拼宽施工工法，通过多个工程检验，证明了该工法在桥梁改扩建工程中具有优良的技术性和经济性，有推广价值。2 工法

3、特点工法特点（1）双侧拼宽的施工方法保证了原有道路的几何线形，路线中心线不调整；中央分隔带及其排水、通信管道、内侧防撞护栏等设施可充分利用。新老桥横断面能有效组合，路拱规则，路面排水简单；互通匝道线形调整较小。2（2）简化施工、施工质量可以保障、施工进度快。本工法采用水射流拆除部分翼缘板、同时采用金刚绳切割拆除护栏，简化施工工艺，操作简便。（3）社会经济效益显著。本工法采用金刚石锯切割防撞护栏，将切割下来的护栏用做水泥水马，降低了施工成本，同时减小了对环境的污染，对环境保护做出贡献。（4）本工法在湿接缝的浇筑施工过程中，使用了 UEA 补偿收缩混凝土，当湿接缝混凝土膨胀时，能提高混凝土的早期抗

4、拉强度。当湿接缝混凝土收缩时，可以防止和大大减轻混凝土的收缩开裂，从而达到抗裂、防渗的目的。（5）本工法提出了新旧桥 T 型梁横向拼宽连接技术，在拼宽连接构造里增设横向预应力，显著提高新、旧桥梁的横向联系；保证拼宽的两座桥梁完工后有良好的整体性，使施工的质量得以保证。3 适用范围适用范围适用于各等级公路 T 型梁桥拼宽施工。4 工艺原理工艺原理4.1 高压水射流的工作原理高压水射流技术，也称为水力破除技术，是一项环保、高效、节能的新施工工艺，属于静力铣刨方式。其工作原理是经过高压泵加压，把高压水输送到执行机构，执行机构喷射出高速水流，作用于混凝土表面，高速水流钻入混凝土表面的微孔中，速度转化成

5、压力，当压力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土就被破碎。由于钢筋表面密实，没有微孔，高压水流无法进入，所以钢筋毫无损伤。采用这种工艺进行施工，不会损伤钢筋等原有结构，同时也将保留部分的混凝土进行了拉毛处理，使新旧混凝土接触面更多，粘结力更强。水破碎施工速度约为每小时 1.5-2 立方米左右，随着破碎厚度的增加和混凝土强度的增加，破碎速度会降低。3图 4.1-1 高压水射流的工作原理示意图4.2 新、旧桥不均匀沉降控制原理由于桥梁加宽后，旧桥基础沉降己基本完成，要控制新、旧桥桩基础的沉降差，必须从减小新桥桩基础工后沉降变形入手。根据图 4.2-1 所示新桥桩基础的P-S 曲线，如果采用旧桥桩基容许承

6、载力的经验值作为控制荷载，可得到该荷载作用下新桥桩基础的沉降量 Sr，扣除各工况恒载作用下的桩基沉降 Sh，即可得到桥梁在通车后基础可能产生的最大沉降差 S，只要将 S控制在较小的范围内(经验值为 5mm)，即可达到新、旧桥桩基础沉降差控制目的。图 4.2-1 新桥桩基础的 P-S 曲线4.3 UEA 补偿收缩混凝土的工作原理UEA 补偿收缩混凝土是一种加入 UEA 膨胀剂的混凝土，当混凝土膨胀时钢筋产生拉应力，与此同时该部分混凝土对约束面产生了相应的压应力。这就相当于提高了混凝土的早期抗拉强度，抗拉强度在此期间得到较大的增长，当混凝土开始收缩时，其抗拉强度已增长到足以抵抗收缩产生的拉应力。同

7、时该部分混凝土的膨胀值抵消了收缩值，从而防止和大大减轻混凝土的收缩开裂，达到抗裂、防渗的目的。4图 4.3-1 UEA 膨胀剂样品4.4 预应力量值的控制原理预应力筋张拉应当注意通过应力和伸长值进行“双控”。预应力张拉时的控制应力，应以张拉时的实际伸长值与理论计算伸长值进行校核。实际伸长值与理论伸长值相差应控制在 6%以内，否则应暂停张拉，查清原因并采取措施加以调整后，再继续进行张拉。（1）根据实验室和现场反复试验得出，张拉控制应力最佳计算公式如下：pkf4.0con式中：con张拉控制应力；pkf所选精轧螺纹钢的抗拉强度标准值；（2）根据公路桥涵施工技术规范（JTG T F50-2011）公

8、式 7.6.3-1 得高强精轧螺纹钢理论伸长值公式为：)EL)/(A(P=LpppL式中：pP预应力筋的平均张拉力（N），直线筋按 PP=P 计算；L预应力筋的长度(mm)；PA预应力筋截面面积(mm2)；PE预应力筋弹性模量(N/mm2)；55 施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程图 5.1-1 施工工艺流程图5.2 操作要点5.2.1 新桥施工及处理高速拓宽施工梁板安装不具备架桥机假设条件，所以主梁架设采用汽车吊对梁板进行吊装。主梁架设完成后给予不小于 3 个月的沉降期，并实施沙袋堆载预压，等效须压荷载为 22cm 厚铺装、护栏和 1/4 活载重量，待新桥沉降趋

9、于稳定后，而后方可实施新老桥梁板横向连接，并在桥面铺装施工过程中按照等量换重的原则拆除预压荷载，最后进行桥面铺装和附属设施的施工。图 5.2-1 新桥预压现场65.2.2 旧桥拆除施工1 旧桥护栏凿除施工切割旧防撞护栏的设备主要分为以下几种：气镐（风钻）、金刚石绳锯机、导向轮、驱动飞轮、锯绳。旧桥护栏施工工艺流程为：对原防撞护栏，使用气镐(风钻)开孔，打孔完毕后安装金刚石绳锯机导向轮，绳锯的安装，连接系统后先进行竖向切割，然后进行水平切割，切割成 1.2m 的规格水泥水马，吊装整体装车外运。图 5.2-2 护栏切割仿真示意图图 5.2-3 现场护栏切割2 水射流工艺 T 梁翼缘混凝土拆除施工1

10、）高压水射流设备构成整个设备系统主要由高压水泵、执行机构系统、发电机三部分构成。如图5.2-4所示。7图 5.2-4 高压水射流施工设备组成2）水射流工艺 T 梁翼缘混凝土拆除施工流程准备场地T 梁翼缘拆除混凝土放线安装高压水射流设备设备吊装到位进行破碎清理场地。图 5.2-5 水流射工艺 T 梁翼缘混凝土拆除5.2.3 新旧 T 梁横向预应力拼宽施工1 钻孔钻孔前应用无损钢筋探测技术探测原桥外边梁和加宽桥拼接中梁腹板内预应力钢绞线的精确位置，并用记号表划出预应力钢绞线位置，仅需要探测钻孔位8置处钢绞线最上方位置即可，严禁孔道与原桥、加宽桥预应力钢绞线相干扰。图 5.2-6 钻孔及穿螺纹钢钻孔

11、位置靠近横隔板，上排尽量靠近 T 梁腹板顶部，下排靠近下缘，以避开钢绞线为准，使上下排间距保持最宽，钻孔完成后，在原桥外边梁和加宽桥拼接中梁孔道中穿入精轧螺纹钢筋。2 安装槽钢和锚具垫块穿入精轧螺纹钢筋后，在中横隔板两侧安装槽钢支撑并楔紧以防止梁体变形，槽钢两侧设置钢板垫块，每道横隔板两侧各设置两道槽钢，共 4 道。槽钢支撑安装得同时，安装高强螺栓外侧锚具垫块，锚具垫块根据现场实际尺寸调整。3 植筋1）根据 T 梁拼宽横隔板位置，对混凝土界面进行凿毛处理，预应力高强精轧螺纹钢筋位置确定后，再按钢筋断面图确定钢筋绑扎位置，以保证高强精轧螺纹钢筋能被浇筑后的砼全部包裹，植筋前进行植筋点放样，并标明

12、记号。2）钻孔：为了保证钻孔的垂直度，要求施工用钻摆放垂直，钻头对准钢筋点位开始施钻，一直钻到设计要求深度为止，钻孔时避开原结构的主筋，适当调节钻孔位置。为确保钻孔深度满足要求，钻头长度必须大于设计钻孔深度，钻孔前在钻头上大于钻孔深度 2cm 位置做好钻孔标记，便于有效控制钻孔深度。3）清孔：植筋孔洞钻完后，用刷子刷掉孔壁上的灰尘，使用空压机将灰尘、渣子清除干净，并清洗干净。4）配胶：植筋采用改性环氧类结构胶，配胶严格按照使用说明进行，同时保证三证齐全，满足相的抗疲劳性能和耐高温性能。95）注胶：植筋孔验收完毕后，注胶速度要慢，防止将过多空气压在孔内，注胶量已超过孔深 2/3 为准或经过计算的

13、高度。6）植筋：注胶后将钢筋施加一定的压力，向同一方向转动慢慢植入孔内，转动时将胶中压存的少数空气排出，并且植到设计深度，使胶溢出少许，以保证注胶饱满。7）清理溢出的植筋胶：及时清理溢出的植筋胶，保证钢筋四周的胶均匀饱满。溢出的胶一定要清理干净，保证后浇注混凝土与原混凝土之间的界面粘结质量。8）植筋养护完成后对钢筋进行拉拔试验，检测植筋效果。采用拉力计(千斤顶)对所植钢筋进行拉拔试验加载，张拉采用匀速加载至设计荷载，总加载时间为 2-3 分钟，对钢筋拉拔力进行检测。图 5.2-7 植筋及焊接4 预应力张拉待加宽桥各 T 梁架设完毕并预压空置半年后，把精轧螺纹钢在旧的梁腹板锚固，在另一端使用手持

14、式智能数显张拉千斤顶张拉预应力高强精轧螺纹钢筋，张拉至所需预应力时，使用锚具进行锚固，需要注意的是：最好同时分批张拉，以确保拼接梁的整体性，张拉过程中应监测梁体的变形。5 封孔张拉完成后，向原桥、加宽桥腹板孔道内注入喜利得 HY-150 化学胶封孔。6 横隔板钢筋绑扎横隔板钢筋直径分别为 8mm、10mm、12mm、20mm，钢筋绑扎时采用扎丝绑扎，桥面湿接缝处钢筋采用单面焊接连接，焊接长度为 10d。10图 5.2-8 钢筋绑扎7 模板安装一孔钢筋绑扎完成后，开始模板安装，模板之间采用拉杆连接，确保浇筑过程中模板不变形，同时便于拆卸。8 浇筑横隔板砼模板安装完成并报检监理验收合格后，开始砼浇

15、筑，砼采用与 T 梁等强度砼，为 C40UEA 补偿收缩混凝土，浇筑时罐车到达桥面，采用溜槽浇筑，浇筑时采用小型振捣棒振捣密实。浇筑完成后，及时覆盖土工布洒水养护，养护时间不少于 7 天。9 湿接缝施工一孔横隔板施工完成后，立即施工纵向湿接缝，浇筑宽度为 70cm。D14010cm厚沥青砼防水层13cm厚C50砼设计高程2%D140D140D14017038017027570027555120200100150505019505016025200235050195050420055D14010cm厚沥青砼防水层13cm厚C50砼设计高程2%D140D140D140170380170275700

16、27555120200100150160252002355图 5.2-9 拼宽整体横断面图10 槽钢拆除现浇混凝土强度达到 80%后方可拆除槽钢，横隔板连接施工完成后需在锚具上涂上环氧树脂。11图 5.2-10 模板安装及浇注混凝土图 5.2-11 湿接缝施工11 养生和拆模纵向湿接缝混凝土浇筑完成应进行适当的覆盖，表面收浆后即开始洒水养生，洒水时间应 7d 以上，待混凝土强度达到设计强度以上即可拆除模板。图 5.2-12 拼接完成后整体图6 材料与设备材料与设备6.1 主要施工材料6.1.1 钢材采用 R235 级和 HRB400 级钢筋；带肋钢筋的技术标准符合钢筋混凝土用12热轧带肋钢筋(

17、GB 1499-1998)的规定，光圆钢筋符合钢筋混凝土用热轧光圆钢筋(GB 13013-1991)的规定，冷轧带肋钢筋网符合钢筋焊接网混凝土结构技术规程(JGJ 114-2003)的规定。6.1.2 其他预应力高强精轧螺纹粗钢筋 15Mn3SiB；直径为 25mm 的螺纹钢筋配套的JLM25 型锚具和锚具垫板；25c 槽钢以及钢板（垫板）；符合混凝土膨胀剂JC476-2001 建材行业标准的 UEA 膨胀剂。6.2 主要机具设备表 6.2-1 主要机具设备一览表设备名称设备型号设备数量备注挖掘机 220（破碎锤）日立2 台破除桥面金刚石绳锯中奥建工机械厂 SGJ-201 套切割护栏运输车陕汽

18、3 辆运输护栏、桥面破碎砼洒水车10m31 辆清理路面、降尘水切割设备250TJ31 套破碎面凿毛、边梁翼缘部分电钻TKS-1500L5 套钻孔砼罐车9m36 辆运输砼水准仪/1 台桥面标高测量振捣棒HWZP-552 台砼振捣张拉设备/1 套高强螺纹钢筋张拉发电机150kW2 台现场供电电焊机ZX7-400NII2 台钢筋焊接7 质量控制质量控制7.1 执行的标准规范（1）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2015）；（2）公路桥涵施工技术规范（JTG/TF50-2011）；（3）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG/D63-2007）；（4）钢筋混凝土用热轧带肋钢筋（GB 1499-199

19、8）；（5）钢筋混凝土用热轧光圆钢筋（GB 13013-1991）；（6）钢筋焊接网混凝土结构技术规程（JGJ 114-2003）；7.2 质量控制措施13（1）严把原材料及半成品的质量关，各种原材料需有出厂合格证；原材料的材质、规格、型号符合规范要求。（2）在施工中实行三级检验和交接班质量制度，从上一个班组交到下一个班组时需有交接班，由各班组质量员对上一班组在工程施工中的质量进行逐步验收，符合规范后，需签字接收。在本班组的施工中需保证上班组的施工质量。（3）对于施工中的要求：1）保证预应力张拉相应力值，采用分批同时张拉；2）将原梁板的与新梁板的预理钢筋焊接牢固，使新、旧梁具有良好的整体性；3

20、）浇注混凝土时要保证浇注质量。新、老梁板的拼宽构造内的混凝土一定振捣密实，以保证拼宽构造整体均匀受力。8 安全措施安全措施8.1 高处作业安全措施1 施工前，应进行安全技术教育及交底，落实所有安全技术措施和人身防护用品，未经落实时不得进行施工。2 高处作业中的安全标志、工具、安全设施和各种设备，必须在施工前加以检查，确认其完好，方能投入使用。3 担任高处作业人员必须身体健康。患有精神病、癫痫病及经医师鉴定患有高血压、心脏病等不宜从事高处作业病症的人员，不准参加高处作业。凡发现工作人员有饮酒、精神不振时，禁止登高作业。4 攀登和悬空高处作业人员及搭设高处作业安全设施的人员，必须穿戴保险绳并且进行

21、血压检查，高空工作时间连续 2 小时的到地面休息半小时后方可进行。5 安全员对高空挂篮施工采用“旁站”措施，随时发现缺陷和隐患，对有危险隐患的必须及时解决；危及人身安全时，必须停止作业。6 在进行高处工作时，除有关人员外，不准他人在工作地点的下面通行或逗留，工作地点下面应有围栏或装设其他保护装置，防止落物伤人。7 施工作业场所有有坠落可能的物件，应一律先行撤除或加以固定，所有人员不得抛弃杂物(包括各种垃圾)到湖中；高处作业中所用的物料，均应堆放平稳，14不妨碍通行和装卸，不出现集中荷载；工具应随手放入工具袋；作业中的走道、通道板和登高用具，应随时清扫干净；不使用的物件及余料和废料均应及时清理运

22、走，传递物件禁止抛掷。8 雨天和寒冷天气进行高处作业时，必须采取可靠的防滑、防寒和防冻措施。凡水、冰、霜均应及时清除；遇有五级以上的风、浓雾等恶劣气候，不得进行露天攀登与悬空高处作业。8.2 吊车操作安全措施1 驾驶员、起吊司机必须持证上岗，应熟练掌握起吊操作规程。2 起吊前应对吊车进行认真检查，确保吊装状态良好。3 作业中应有一名专职安全检查进行监督检查。4 严禁酒后驾驶。5 起吊时，必须将吊车支腿支撑牢固，并由吊车负责人进行检查确认，确保架梁安全。6 吊装时吊钩必须处于在预制梁中心位置起吊，严禁斜吊。7 起吊物未放下时，司机不得离开驾驶室。9 环保措施环保措施（1）建立相应的施工环保管理制

23、度，在施工过程中严格遵循国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章制度。（2）加强对施工粉尘、设备噪音、废水弃浆、生产生活垃圾的控制与管理，遵守文明施工、防火及交通管理的规章制度，随时接受相关单位的监督检查。（3）施工作业产生的灰尘，除在场地的作业人员配备专用的劳保用品外，还应随时进行洒水以使灰尘公害减至最小程度，并符合当地环保部门的有关规定。（3）易于引起粉尘的细料或散料应予以遮盖或适当洒水，运输时应用帆布、盖套及类似物品遮盖。（4）噪声处理措施：施工期的噪声主要来自施工机械和运输车辆。项目选用符合国家有关标准的施工机具和运输车辆，加强各类施工设备的维护和保养，保持其更好的运转，以便

24、从根本上降低噪声源强。在夜间施工地区，应采取措施减少噪声，并遵守当地有关部门对夜间施工的规定。15（5）加强检查监督，从严要求，持之以恒，实行定期和不定期检查。严格奖惩，调动全体职工对文明施工和环境保护的自觉性。10 资源节约资源节约本工法采用的施工新技术和新材料，能很大程度上缩短工期，减少了资源的浪费，施工过程中对周边环境污染较小，并且拆除的防撞护栏，可以重复使用，减少环境污染，积极响应了国家“绿水青山”的号召。11 效益分析效益分析（1）经济效益该项目的拆除工艺采用水切割设备高压水射流破除混凝土和金刚石锯切割原护栏是环保、高效、节能的新工艺，用高压水射流代替传统人工风镐，可以实现短时间内完

25、成维修工程，恢复交通。与传统的破碎工艺相比：能有针对性的破除有空隙的材料（T 梁翼缘混凝土），而对密实材料（T 梁翼缘内的钢筋）没有损伤，具有良好的工程针对性。金刚石锯切割旧拆除防撞护栏，比传统机械破碎效率高、准确性好。现用工艺和传统技术二者的成本对比如下：表 11.1-1 依托工程 1 效益分析表序号项目本工法费用共计（万元）原施工工艺费用共计（万元）备注1护栏切割拆除金刚绳锯切割为 350 元/m，节省水泥水马为 800/个（尺寸为 1.2m）共计1080m-34.2 万元凿除防撞护栏 250 元/m，共计 1080m27 万元每米节约 40分钟2水射流破除部分翼缘板水射流设备破除为 55

26、0 元/m,总计 1080m59.4 万元传统方法破除部分翼缘板 400 元/m，共计 1080m43.2 万元每米节约 10分钟3合计25.270.24经济比较综合施工工艺比较采用本工法可节省 45 万元5工期比较综合施工工艺比较采用本工法可节省 900 小时16表 11.1-2 依托工程 2 效益分析表序号项目本工法费用共计（万元）原施工工艺费用共计（万元）备注1护栏切割拆除金刚绳锯切割为 350 元/m，节省水泥水马为 800/个（尺寸为 1.2m）共计780m-24.7 万元凿除防撞护栏 250 元/m，共计 780m19.5 万元每米节约 40分钟2水射流破除部分翼缘板水射流设备破除

27、为 550 元/m,总计 780m42.9 万元传统方法破除部分翼缘板 400 元/m，共计 780m31.2 万元每米节约 10分钟3合计18.250.74经济比较综合施工工艺比较采用本工法可节省 32.5 万元5工期比较综合施工工艺比较采用本工法可节省 650 小时通过本施工技术进桥梁拼宽施工措施，除提高施工效率，节省人工费用之外，还大大节约潜在成本如构筑物防护费用及工期节省费用，两个项目共计节省工程费用 77.5 万元。缩短工期两个多月，经济效益显著。（2）社会效益在整体工期吃紧的形势下，本项目采用金刚石锯切割旧桥防撞护栏及使用高压水射流破除部分翼缘板的方法，简化施工、施工质量可以保障、

28、施工进度加快。而且大大降低了拆除施工中护栏和部分翼缘板碎渣飞溅到行车道的可能，保证正常行车安全，同时缓解了拼宽工程施工时交通流的压力。本施工技术在为公司赢得荣誉的同时，也为其他类似工程的实施提供了经验，赢得了建设、监理单位的好评，提升了企业形象，取得了良好的社会效益。12 应用实例应用实例（1）工程实例一本标段为济南至青岛高速公路改扩建工程第四合同段(JQSG-4)，起点桩号K214+910，终点桩号 K268+967.431，本标段全长 54.057km，现有高速公路为双向四车道，改扩建后采用双向八车道高速公路标准，设计速度 120 公里/小时，采用“高速公路两侧拼宽为主、局部单侧或两侧分离

29、加宽为辅”的加宽方式，标准17路基宽度 42 米。线路起于青州市高柳镇后丁官庄西侧，经淄博区、临淄区、高新区、张店区和周村区，终于滨州市邹平县小果园村南侧。淄河大桥桩号为 K220+006.913K220+546.913，上部采用预应力混凝土简支T 梁，全桥分为四联，跨径为 430+530+530+430m，下部结构为柱式墩、桩基础，桥梁全长 540m，为旧桥完全利用，新桥拼宽，两侧采用预应力砼 T 梁各加宽 8m。（2）工程实例二本公司承建的起点桩号为 K214+910，终点桩号为 K268+967.431，全长54.057km，中心桩号为K268+092.404，桥梁跨径布置为320米，右偏角为105，桥面净宽 219.5 米的淦河中桥。上部结构采用后张预应力混凝土简支 T 梁，桥面连续；下部结构柱式墩、桩基础，桥台采用肋板台、桩基础。旧桥完全利用，新桥拼宽，两侧采用预应力砼 T 梁各加宽 8m。