分离式立交桥原位拆除重建的方案研究

摘要：沪宁高速公路扩建工程中上跨主线的分离式立交桥都因跨度不够而需拆除改建，改建中必须保证在沪宁高速公路和被交路通车的前提条件下进行，因此上跨的分离式立交桥的改扩建方案将直接影响到各公路的通行，是扩建工程中的重点、难点工程。本文就杨家圩分离式立交桥的拆除、改建方案进行论述，同时对原桥桩基础利用、加强方案及新老桩基础的协同受力等展开讨论。

关键词：扩建工程 拆除验算 原位重建 基础利用

1工程概述

杨家圩分离式立交桥，是锡玉一级公路上跨沪宁高速的一座桥梁，桥梁全长215.06m，设计荷载为汽车-20级，挂-100级。原桥斜桥正做、分左右两幅，桥宽（半幅）12.00m，上部构造：左幅为 3×20mT梁+（20+2×25+20普通钢筋混凝土连续箱梁）+3×20mT梁，右幅为4×20mT梁+（20+2×25+20普通钢筋混凝土连续箱梁）+2×20mT梁，下部构造：T梁部分及与箱梁的过渡墩均采用双柱墩，箱梁部分均采用独柱墩，箱梁部分、中墩位于沪宁高速公路中央分隔带处，边墩紧靠沪宁高速公路原有路面边缘，随着沪宁高速公路的拓宽，该桥必须改建。

受原有锡玉一级公路平面线形的影响该桥必须原位重建。同时受到锡玉一级公路纵面线形的限制，该桥建筑高度无法过大增加，因而无法采用大跨径结构，若采用钢管拱桥或斜拉桥结构则增加工期和施工难度同时作业面也不容许；因此最终采用钢箱梁连续梁，同时需要考虑中央分隔带处设墩。

2建设要求

在满足地方路平纵面要求的前提下，要求沪宁高速公路和锡-玉路的交通不中断，保证拆除过程中结构不发生突然的脆性破坏而对人员机具造成破坏。且保证将要利用的桩基础不受破坏。

首先确定合理的交通和施工组织，具体方案如下：

一）拆除锡-玉路上杨家圩立交桥的右幅桥（上海岸侧）此时锡玉路车流皆通过左幅桥。拆桥的过程中要保证沪宁高速交通不中断。

二）在原址处建设新杨家圩立交桥的右幅，竣工后将锡玉路车流转移到该幅桥。

三）拆除原左幅桥，并在原址新建该桥，竣工后全面恢复锡玉路的交通。在此过程中由于新桥主跨采用钢箱梁故施工周期短。对沪宁高速的交通影响小，这样只要合理的采取措施将原桥拆除即成为解决减少对沪宁交通影响的关键。

3原桥的拆除

3.1原桥拆除方案设计

原桥为T梁和普通钢筋混凝土连续箱梁混合结构，拆除过程包括引桥的拆除，和普通钢筋混凝土连续箱梁的拆除。

3.1.1引桥的拆除

引桥部分为T梁，直接采用吊机吊装拆除即可，首先用无齿锯将各T梁纵向分开，再横向分离各片梁，最后逐跨逐片吊装拆除，拆除过程中要保证T梁不侧翻，不倾覆，这样才能保证预应力T梁不会由于预加力的原因而突然破坏，造成意外。

3.1.2、钢筋混凝土连续箱梁的拆除

普通钢筋混凝土连续箱梁，由于不存在预加力，所以不会因为梁体自身的失稳而破坏，因此拆除过程中当连续结构被破坏后只要梁体在自重荷载下不发生过大的塑性变形，不发生突然的脆性破坏既是合理且可行的。该联上跨沪宁高速公路所以拆除过程必须合理安排不得使沪宁交通中断。

拆除方案有两种

方案一，化整为零，分块吊装。

该方案施工时先用贝雷梁做全桥的支护，贝雷梁下可以保证沪宁高速的交通，但是通行净空受到很大的限制。支护完全后，首先拆除防落网和护栏，再拆除桥面铺装，接下来切割翼缘板，切割翼缘板时要先沿横桥向，左右翼缘板对称切割，将全桥翼缘板由边缘切割到翼缘板根部，这样做是为了首先释放掉翼缘板的承压状态，然后再沿桥纵向切割翼缘板。

全桥翼缘板拆除后，沿桥纵向切割箱梁顶板，然后横向分割，分块吊卸。顶板拆除后，再横向切割腹板，分块吊卸，最后切割底板，吊卸横梁。

该方案的优点在于，完全的支护为拆桥提供足够的安全可能，分块切割使得结构体系变化不突然，分块吊卸对吊机要求不高 。缺点在于：过多的支护影响了沪宁高速的行车净空，切割面积很大，增加了工程造价，工作繁复，工期长。

方案二，凿岩机作业，一次凿除

由于该箱梁已无利用价值，故拆除时无需保证原梁的完整性，采用凿岩机作业是可行的，凿岩机作业时，速度快，造价低。但是考虑到凿岩机的冲击作用，而原桥皆为独柱墩，这样就必须保证原桥的横向稳定，避免在作业时造成梁体的侧翻，同时在凿岩机作业时由于碎落体大小不均，势必会对沪宁高速公路原有路面造成破坏，施工时要先在原路面上加铺15-20cm厚土层，构成对原有路面的防护。采用此方案首先要做好防护工作，然后是沪宁高速交通的组织，最后是梁体的作业安全。由于此方案是瞬时改变结构体系，所以当连续结构被破坏前，做好最不利点的支护，

经多方技术比较，确定采用方案二。

3.2拆除过程的计算分析

拆除过程中只要被拆除部分梁体不发生脆性破坏，不发生较大的开裂及塑性变形，不影响必要的安全即可，故采用承载能力极限状态验算。

对于连续结构，当连续结构被破坏时，各跨失去了彼此的卸载作用，而造成其处于不利状态，因此在拆除的过程中要避免任何一孔出现简支状态。有效的改善措施是合理设置临时支承。

4桥梁的重建

新桥由于纵面的提高而增加了工程量，出现路基和桥梁的比较。结合当地地基松软沉降大，耕地及土石方非常紧张这一特点，拟采用桥梁方案更具有优势。因此采用桥梁方案。

4.1上部构造设计方案简介

上部构造拟采用三种方案：

一）引桥、主桥都采用混凝土现浇箱梁。优点是造价低廉，景观协调；缺点是施工周期长对沪宁高速交通影响大。

二）引桥采用混凝土现浇箱梁，主桥采用钢箱梁。优点是主桥可以吊装、拼接，预制程度高，施工速度快，景观协调；缺点是造价高，施工操作精度要求高。

三）引桥采用预制T梁，主桥采用钢箱梁。优点是可以吊装、拼接，预制程度高施工速度快；缺点是造价高，施工操作精度要求高，桥梁外观不流畅，引桥下部构造繁冗。

经综合比较采用第二方案。

4.2原桥桩基础的可利用性及加固方案

该桥桥位处水文地质表明，桥基础不会受到地下水的侵蚀，从原桥的的运营情况看桥梁状态完好，表明该基础在现有荷载下是可靠且安全的，由于锡玉公路线形的要求使得原基础不得不被利用。下文将主要说明，位于中间分隔带的桩基加固的方案及计算过程。

4.2.1基本情况简介

中央分隔带处基础为主桥墩桩基，由4根长20m、直径1.2m钻孔灌注桩、2×2排列加承台（承台尺寸5.4×5.4×1.5m）构成，桩横纵桩距3.0m。

由于锡玉一级路上跨沪宁高速，致使其平面交叉点无法改变，因此要求该桩不得不加以利用。原桥主桥上部构造采用20+2×25+20m钢筋砼连续梁。经计算得原墩支座以上最大反力为5464.9KN。加宽后主桥上部构造采用36+2×45+36m钢箱连续梁，该墩支座以上最大反力为6491.03KN。

4.2.2确定计算模型

单、群桩的确定。该基础桩间中心距虽然3m≤6d=7.2m，但因其土质较软故仍按单桩计算，进一步证明如下：由于土存在内摩擦角，则力可在内摩擦角内扩散，又为摩擦桩，故扩散宽度L=∑2×l×tgφq/4，

根据ZC69计算得桩尖处（深度21.5m）

L=2×(0.0214+0.0340+0.0432+0.02531+0.0524+ 0.054596+0.0266+0.0244+0.0498+0.0310)

=1.451m≤1.5d=1.8m（净距）

因此该基础须按单桩计算，最后累加而不考虑其群桩效应。

4.2.3加固改善措施

从计算可知，

总计桩顶外荷载为N=6491.03+441.8+507.0+ 23.8=7463.63KN＜7466.1KN(原基础承载力)

考虑到汽车制动的原因N须增加4×97.2共计7852.43KN＞7466.1KN(原基础承载力)

此时基础不满足承载要求。

如果有效减小承台顶以上土自重，提高承台的承载效应，使其附加荷载控制在533.3KN内，基础即可使用，可行的方案有两种。

方法一，加强承台承载能力。凿除原承台，重新制作承台与墩柱，竣工后在其承台底压桨，以提高承台的承载效应，减少承台自重对桩基的荷载。若按承台承自重的0.5计，则承台对桩的荷载为507KN。实际情况将小于此值。

方法二，减轻填料重量，增加新桩基础。承台以上填料采用EPS填充，其容重为0.2KN/m3远小于土18.5 KN/m3，有效减小自重这样承台以上土自重=5.2×5.2×4.4×0.2=23.8KN。

由计算可知方法二是切实合理可行的。

4.2.4各基础间的协同受力

增加新桩基础后，协同受力的前提条件是加大承台的刚度，承台采用钢筋混凝土结构增大刚度的方法是加大结构的截面尺寸。但单纯的增大尺寸的同时，自重也相应加大，最终采用方案二框架形式，

采用框架形式时，中间闭合的三角形构成了刚度足够大的结构，则竖直荷载将有效的传给新桩基础，这是设计希望达到的目的，如上图所示。笔者就方案二，承台取2.0m高，和2.5n高分别机算，输出相应情况下的结构轴力值。

当采用2.0米承台时加固桩基最大承担885.1KN，原基础承担6646.3KN

5、综述

综上所述，杨家圩分离式立交桥重点在于上部构造的拆除和施工组织，通过该桥的拆除过程及交通组织可以由点到面的反映出上跨沪宁高速公路的普通钢筋混凝土连续箱梁桥改扩建的一般特点。

同样该桥新桥基础的施工也是重点，就新桥的基础加固问题，首先这样的加固方案能有利于各桩的协同受力，满足安全、经济、适用的原则，但是弊端在于缺乏美感。

随着经济的发展交通量的日益增长，改扩建项目将不断增加，各种情况、各种形式的桥梁问题将不断出现，在此笔者愿意与诸位共同探讨。

作者简介：

姓名：李凤林 性别：男 毕业时间：2001年 毕业院校及所学专业：长安大学 桥梁工程 职称：工程师 工作单位：中交第二公路勘察设计研究院有限公司

注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”