连霍高速公路洛三段天桥改扩建设计方案分析

　   [摘要]结合连霍高速公路洛阳至三门峡段的改扩建过程，对高速公路上跨天桥的改扩建关键技术方案作了比较深入地分析与介绍，并简要介绍了天桥拆除引线保通方案。 
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　　[关键词]连霍高速公路洛三段；天桥改扩建；接长；拆除；重建；引线；保通 
　　1.概述 
　　天桥是影响高速公路路线纵断面设计的重要因素之一，也是维持公路两侧居民正常生活必不可少的部分，为了合理地确定天桥的位置、数量及荷载等级，洛三高速公路改扩建设计时，在对老路既有天桥、沿线村庄、厂矿通行条件详细调查的基础上，充分考虑高速公路两侧居民的通行方便，并将改扩建标准适当超前以满足地方发展需要。本着合理分类、适当归并、均衡设置、充分利用老路既有天桥的原则，综合拟定全线天桥改扩建方案。原有洛三高速公路老路全线共设置114座上跨天桥，除单侧分离式加宽路段对应的老路12座天桥可直接利用外，其余102座老路天桥均与高速公路新拼宽路基有冲突，需要进行加固改造。 
　　2.天桥改扩建设计方案 
　　原洛三高速公路的天桥主要形式为斜腿刚构、固端梁、空心板、现浇连续梁。根据各天桥所在段落的主线改扩建方式，分别采用加长、拆除原位修建、拆除移位修建、新建等设计方案，以满足沿线群众工作生活和出行要求. 
　　2.1单侧整体式加宽段天桥设计 
　　2.1.1空心板结构天桥：拆除半幅、然后接长 
　　空心板结构天桥一般在老路中央分隔带设有桥墩，只要没有出现危及安全的病害，而且所在位置也不需要进行老路中央分隔带封闭处理以满足车辆变更车道要求的情况，采取加长天桥的设计方案。以跨径2×20m天桥为例，只需拆除新拼宽侧的半幅天桥。 
　　在新中央分隔带位置新建桥墩，以一孔跨径为13m的空心板A与老天桥剩余跨相接，再接一孔跨径22m的空心板B跨越单侧加宽的新建路基，然后利用老空心板C与新桥台连接。 
　　2.1.2空心板结构天桥：老桥不动、新桥接长 
　　新老路基之间的距离足够大时，采取老路天桥不动、直接加长的方案。以RK75+309英豪G310上跨天桥为例，本桥所在段落有5座天桥，其中两座G310天桥、两座斜腿刚天桥，一座空心板天桥。施工图设计阶段，考虑到G310交通量很大，老桥拆除保通压力更大，为尽量利用原有构造物，业主公司组织各方深入研究后，决定保留这5座天桥，对RK71+600―RK76+153.950段采用单侧整体式中央分隔带变宽方案。RK75+309英豪G310老桥跨径为2×25m，交角115°，所在位置的新中分带宽度为19.8m，以一孔跨径为5m的空心板D与老桥台相接，再接一孔跨径30m的梁E跨越新建路基连接新桥台。取消锥坡，设置L型挡墙对两侧坡面进行防护。 
　　2.1.3空心板结构天桥：老桥拆除、修建新桥 
　　天桥若出现了影响安全的病害，或者所在位置需要进行老路中央分隔带封闭处理，根据被交叉道路等级、保通难易及现场地形情况，确定采取拆除原位修建还是拆除移位修建的设计方案。拆除重建结合新中央分隔带宽度、新老路基高差等条件，可采用（18+2×30+18）m空心板、（25+65+25）m波形钢腹板连续梁、（2×51）m斜拉桥等结构形式。考虑到保通压力、工程造价以及通车后的养护费用。 
　　2.1.4斜腿刚构天桥：老桥拆除、修建新桥 
　　斜腿刚构天桥为超静定结构，均位于挖方路段。洛三改扩建项目全线单侧整体式加宽段的老路共有13座斜腿刚构天桥，且分布范围较广，如果考虑全线所有此种类型的老桥利用，新拼宽路基需要不断分离，通过对全线这几种结构形式天桥位置处为利用老桥而做分离式路基的方案分析论证，拆除重建方案优势明显。 
　　2.1.5斜腿刚构天桥：老桥不动、新桥接长 
　　如前2.1.2节所述，RK71+600―RK76+153.950段采用的单侧整体式中央分隔带变宽方案，此范围内的RK72+894天桥和RK74+834天桥均为跨径55.61m斜腿刚构。新路路基开挖后，改变了原桥台的受力条件，验算得知稳定性系数为0.89，不满足规范所要求的稳定性系数不小于1.2这个条件，存在安全隐患，必须采取可靠措施保证桥梁稳定性，才能考虑利用老桥进行加长，否则必须拆除重建。 
　　以RK74+834斜腿刚构天桥为例，采用在天桥靠近高速公路新路基侧的桥台三面各增加一根抗滑桩。根据原桥结构尺寸和现场情况，利用坐标精确定位，确保桥台横向两侧抗滑桩的桩身与原桥台基础嵌固在一起，靠近高速公路新路基侧的抗滑桩兼起到接长桥梁的基桩作用。 
　　2.2单侧分离式加宽段天桥设计 
　　单侧分离式加宽段，新老路基相距较远，不受老路天桥控制，仅需按照新建高速公路设计要求修筑天桥即可，根据主线的路基宽度、填挖高度，以及与被交叉道路的交角、引线情况，新建天桥可采用（15+25+15）m、（24+34.4+24）m现浇连续梁等便于施工的结构形式。 
　　2.3双侧整体式加宽段天桥设计 
　　2.3.1老桥拆除、修建新桥 
　　双侧整体式加宽段，改扩建后的主线路基顶宽为41m，而6座固端梁天桥是按照老路路基顶宽24.5m设计，跨径为34.5m，原位接长非常困难，均拆除老桥重建新桥。 
　　2.3.2老桥不动、调整主线边坡坡率 
　　以K126+503跨径（2×30）m空心板天桥为例，只需将桥下高速主线路堑开挖坡率由1：0.75调整为1：0.5，在天桥两侧各10m范围内，把坡率渐变回1：0.75，加强桥下及渐变段范围内的边坡防护形式，即可确保老桥直接利用。 
　　对于K126+778跨径61.59m斜腿刚构天桥，只需将桥下高速主线路堑边坡开挖坡率由1：0.75调整为垂直坡面，在天桥两侧各10m范围内，把边坡坡率渐变回1：0.75，加强桥下及渐变段范围内的边坡防护形式，即可确保老桥直接利用。斜腿刚构天桥对台后及台下土体的稳定性要求非常高，为确保在开挖边坡土体过程中的桥梁稳定性，必须严格按照要求先在桥台三面施工抗滑桩，并采用“先台前后两侧、跳孔成桩”的原则实施。 　　2.3.3老桥中墩保留、调整上部跨径 
　　K138+886冯佐1号天桥，老桥为跨径（2×20）m空心板天桥，净宽7m，与高速公路交角为90°。若也采用调整桥下路堑边坡开挖坡率的方式进行天桥保留，桥台会侵入高速公路硬路肩0.68m；若采用拆除老桥、修建新桥的方案，基于桥下净空及天桥桥台两侧引线的衔接问题，需要在中央分隔带处设置新桥墩，以减小天桥跨径和接线工程量、降低工程造价。连霍高速公路洛三段车流密集，在中央分隔带处修建新桥墩的安全风险很高，保通压力更大。 
　　为了减少在既有洛三高速公路中央分隔带位置修建新桥墩所带来的安全风险和保通压力，并确保满足双侧拼宽后的主线路基顶宽41m建筑限界，考虑拆除老桥的上部梁板和桥台，而老桥中墩全部保留。根据验算结果，在老桥中墩承载能力范围内，重新布设上部跨径为22m的梁板跨越高速公路改扩建后的路基，通过新桥台、新桥墩与两侧引线顺接，扩建完毕的天桥为跨径（10+2×22+10）m空心板桥梁。交角不变，桥宽、荷载等级均不低于老天桥标准。 
　　3.天桥拆除方案 
　　除分离式路段新建天桥和老天桥直接利用外，洛三高速公路改扩建项目需要改造72座空心板天桥、12座斜腿刚构天桥和6座固端梁天桥。这90座天桥无论是加长还是重建，均需要拆除部分或全部。造桥难，拆桥更难，而且跨越的连霍高速公路是国道主干线中一条重要的东西向交通大动脉，交通量非常大，既要保证连霍高速的畅通，又要保证施工安全，确定合理的拆除方案十分重要。 
　　3.1空心板结构天桥拆除重建 
　　对于拆除一半、然后进行加长的空心板桥，其拆除顺序为：先做好原有天桥引线的临时保通或改路→被拆一侧天桥下布设防坠网→沿天桥空心板间的铰缝进行切割→逐片起吊、转移空心板C→凿除桥台盖梁、台身→设置新桥墩、桥台及盖梁→吊装空心板A、B、C→重做桥面铺装、护栏等附属结构→拆除天桥下防坠网。 
　　对于全桥需要拆除重建的，除了需要对主线全幅搭设钢管支撑架外，其余同上。 
　　3.2斜腿刚构、固端梁天桥拆除重建 
　　此类超静定结构的天桥，整体受力性强，保证拆桥过程中整体和局部的稳定性，是必须详细周密考虑的核心问题，也是天桥能否安全、按期完成拆除的关键问题所在。结合洛三高速公路改扩建项目沿线天桥两侧居民情况及施工场地情况，已于2013年8月9日对全线12座斜腿刚构天桥和6座固端梁天桥采用了定向爆破法和机械破除法进行拆除。 
　　4.天桥引线保通方案 
　　高速公路改扩建，几乎都不可避免地会对老路正常通行及沿线群众出行产生干扰，如何把这种影响降到最小，并全面贯彻实施好河南省交通运输厅关于“施工服从于保通、保通服务于施工，施工保通两不误”的决策，是保通方案制定的目的。保通方案牵涉的具体项目很多，需要多个部门通力合作，项目业主河南省弘阳高速公路有限公司多次组织相关各方进行保通方案的讨论与研究，对高速、国道、省道等均制定了科学合理的保通方案，这里仅对天桥引线保通方案进行简要的介绍，天桥是附近村庄、城镇出行的必经之路，拆除和重建势必对两侧居民出行造成很大影响，甚至无法通行，天桥引线保通工作也是制约洛三高速公路改扩建的一个关键因素。 
　　4.1改路绕行保通方案 
　　对于需要在原位加长或者原位拆除重建的天桥，若其前后各500m范围内有其他天桥、分离式立交桥或者通道，且地形条件允许的话，优先考虑改路绕行。如RK24+697何沟天桥与RK24+318上杨沟天桥相距只有379m，两天桥之间的地形起伏不大，则在修建新何沟天桥时，可先在紧邻新的高速公路占地界外侧铺筑一条长379米长的临时道路，附近居民可以沿此临时道路绕行至上杨沟天桥即可跨越高速公路，如图22所示。实施前，通过有效媒介方式发布施工通告，做好群众思想工作，以免阻工现象发生。 
　　4.2桥梁保通方案 
　　如果天桥引线道路等级较高，周围地形起伏较大，通过前述改路绕行方案跨越高速公路比较困难，就需要采用桥梁保通方案，比如RK25+583新石公路桥，根据地方政府的规划和相关协议，需要在老桥旁边再修建一座相同宽度的新天桥，以解决两侧日益增长的通行压力。待新桥建成后，再对老桥拆除一半然后接长，顺接桥头两侧的引线，完成天桥改扩建。 
　　对于施工临时钢便桥保通方案，由于造价较高且桥下高速公路通行保通压力很大，洛三高速公路改扩建项目不推荐使用。 
　　5.结语 
　　洛三高速公路改扩建项目天桥工程遵循“安全、畅通、保证质量和进度、效益最佳、统一协调”等原则，确保了整体项目的顺利进行和按时交工验收，自试通车运营以来，得到了相关各方的一致认可，为以后的高速公路改扩建项目上跨天桥改建工作积累了更多的经验和技术。

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