一种钢悬臂组合桥面板加宽改造结构及其施工方法与流程

本发明属于建筑工程技术领域，涉及到桥梁工程中的桥梁加宽的设计，特别涉及到旧有混凝土箱梁桥不增加墩柱的加宽设计。

背景技术：

完善、发达的公路交通网络是社会经济发展的必然要求，随着国民经济的飞速发展，对已有的公路特别是节点互通立交的升级改造成为公路工程领域的新热点。其中，如何实现对现浇箱梁结构的加宽改造，提高改造效率、降低改造成本、保证结构安全成为结构工程师关注的重点和焦点。

目前国内外一些桥梁加宽实例多采用的方法是在原桥梁单侧或两侧增加桥墩，靠新增的桥墩直接支撑加宽的桥面，参考专利CN 204608619U中公布的方案，其方案，桥墩的两侧分别设有新建的左侧桥墩和右侧桥墩，左、右侧桥墩上各设置有左、右侧预制纵梁，预制纵梁与既有桥梁主梁的跨径等长，左侧预制纵梁的右侧翼缘设置有预埋钢筋I，右侧预制纵梁的左侧翼缘设置有预埋钢筋II，既有桥梁主梁的左、右两侧翼缘板各设置的植入钢筋I、植入钢筋II分别与预埋钢筋I、预埋钢筋II电焊连接，既有主梁与左侧预制纵梁、右侧预制纵梁顶面各设置有浇筑凝固成型的混凝土铺装层。

上述方案中，新增结构对原桥结构的受力影响较小，这种方法对在受力分析和构造处理方面都比较简单，但也存在一定问题：在结构方面由于新旧结构因多种原因造成变形不协调，使得以往的加宽技术存在加宽部分主梁与原主梁纵向接缝易于开裂的缺点，而且施工过程中对桥下交通影响较大(跨路施工)，并且需要新增占地，基础开挖工程量大。

作为另外一种施工方法，CN101298756公开了一种不增加墩柱钢 构件加宽混凝土箱梁的技术，是在原有的混凝土箱梁的两侧增加正交异性钢桥面，并通过横向体外预应力钢束将新设钢梁结构与原有的混凝土梁连成整体。在增加正交异性钢桥面的过程中，需要在原有箱梁中开槽用于安装钢横梁，会对原有箱梁产生较大的破坏，降低桥梁的整体强度。另外施工周期长。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种钢悬臂组合桥面板加宽改造结构及其施工方法，解决传统箱梁加宽存在的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种钢悬臂组合桥面板加宽改造结构，包括原箱梁和对称设置在原箱梁两侧的加宽部分，其特征在于，在所述加宽部分包括钢悬臂、钢底模、钢护栏和浇筑混凝土，其中，

所述钢悬臂为三角形空腹式结构的焊接钢构件；所述钢悬臂通过锚栓与原箱梁悬臂下缘和腹板外侧面下部连接，

固定在钢悬臂上的所述钢底模是由底钢板、纵向加劲肋和侧面外挡板组成的，所述纵向加强肋和侧面外挡板固定在底钢板上，且在所述纵向加劲肋上设置开孔，所述开孔直径为三倍桥面板横向钢筋直径，所述开孔上部预留槽口；在钢底模设置浇筑混凝土并形成有效的PBL键连接；

所述护栏安装在加宽部分的边沿处。

所述底钢板宽度1375mm，所述纵向加劲肋为六道，肋高50mm；侧面外挡板高度210mm。

顺桥向，相邻的钢悬臂设置间距为2m。

所述锚栓直径Φ16，对称布置，横向间距不宜小于20cm。

所述钢悬臂是由承重的空腹钢板厚度为10mm，腹板外边缘外包宽度200mm、厚度10mm的加劲板，内边缘外包宽度100mm、厚度10mm的加劲板焊接形成；所 述钢悬臂与原箱梁腹板接触面采用厚度20mm，宽度200mm的钢板。

钢悬臂组合桥面板加宽改造施工方法，其特征在于，顺序按以下步骤进行：第一步，原箱梁两侧悬臂的切割拆除

将原箱梁两侧护栏区域切割拆除，在两侧各切割50厘米，切割是对混凝土的切割，保留桥面板内横向设置的原有钢筋，切割位置处原桥面板外立面进行清理和凿毛处置；

第二步，钢悬臂的固定安装

顺桥向，等间距的固定钢悬臂，所述悬臂锚采用锚栓锚固，保证钢悬臂与原箱梁接触面间贴合；

第三步，铺设钢底模，布置加宽段桥面板钢筋

将钢底模铺设在钢悬臂上，并将原桥横向钢筋穿入钢底模的开孔中，对钢悬臂和钢底模进行防腐涂装；

第四步，浇筑加宽段桥面板混凝土

钢底模上浇筑混凝土凝固后形成有效的PBL键连接；

第五步，钢护栏安装。

在步骤二中，还包括一个对原箱梁接触面进行涂抹砂浆调平的过程，最大调平厚度不应大于1cm，砂浆强度等级为M15。

所述钢护栏满足防撞等级满足SS级要求。

钢悬臂组合桥面板加宽改造施工方法，其特征在于，顺序按以下步骤进行：第一步，原箱梁两侧悬臂的切割拆除

将原箱梁两侧护栏区域切割拆除，在两侧各切割50厘米，切割是对混凝土的切割，保留桥面板内横向设置的原有钢筋，切割位置处原桥面板外立面应进行清理和凿毛处置；

第二步，钢悬臂的固定安装

将钢底模与钢悬臂在工厂焊接成型后运输至现场整体分段吊装，顺桥向， 等间距的固定钢悬臂，所述悬臂锚采用锚栓锚固，保证钢悬臂与原箱梁接触面间贴合；

第三步，布置加宽段桥面板钢筋

将原桥横向钢筋穿入钢底模的开孔中，对钢悬臂和钢底模进行防腐涂装；

第四步，浇筑加宽段桥面板混凝土

钢底模上浇筑混凝土并在该处形成有效的PBL键连接；

第五步，钢护栏安装。

本发明的有益效果是：

(1)原箱梁结构得到了充分利用，结构二期恒载增加较少(仅比原结构增加10％左右)，因此可以直接利用原桥下部与基础，显著降低了改造工程量。

(2)由于是在原箱梁上两侧对称加宽，原桥平、纵线形基本未发生改变，对原匝道技术指标的影响几乎可以忽略。

(3)本方案仅需对箱梁进行加宽改造，未涉及基础及下部结构的施工，因此不需要新增占地。

(4)钢悬臂及组合桥面板底模均可实现工厂化施工，质量可靠、工期可控。

(5)本方案可实现预制拼装施工，对匝道上跨的被交路交通干扰小。

(6)与传统改造方案比，本方案在经济性、环保性等方面具有明显的优势。

附图说明

图1是原桥标准横断面图。

图2是原桥切割位置示意图。

图3是箱梁加宽平面布置图。

图4是箱梁加宽立面布置图。

图5是图4中C-C断面图。

图6是图4中D-D断面图。

图7是钢悬臂(含组合桥面板₄钢底模)立体图。

图8是钢悬臂效果图。

图9是最终断面图。

图中：1原箱梁，11原箱梁混凝土悬臂下缘，12原箱梁腹板外侧面下部，2钢悬臂，3锚栓，4钢底模，41开孔，42底钢板，43纵向加劲肋，44侧面外挡板，5浇筑混凝土，6钢护栏。

具体实施方式

一种钢悬臂组合桥面板加宽改造箱梁的方案：即保留利用原箱梁主体部分，切除两侧悬臂端部(含原桥护栏)，采用空腹式钢悬臂作为辅助支撑，在其上采用组合桥面板接长原悬臂至设计宽度，同时原桥混凝土防撞护栏改为钢护栏。

采用钢悬臂组合桥面板加宽改造箱梁对箱梁加宽能力需要有一定的限制，同时，需要合理确定原箱梁悬臂切割位置、钢悬臂顺桥向的布置间距等参数，组合桥面板应考虑施工方便性，并应考虑混凝土收缩徐变对结构的影响等。

改造施工过程如下：

第一步，原箱梁悬臂的切割拆除

将原箱梁1两侧护栏区域切割拆除，在两侧各切割50厘米，参考图2，切割是对混凝土的切割，保留桥面板内横向设置的原有钢筋。切割位置处原桥面板外立面应进行清理和凿毛处置，以便于与新浇筑混凝土的结合。

为便于桥面板加宽，选择将原箱梁两侧护栏区域(两侧各50cm)切割拆除，即原桥桥面板保留区域宽度为7.5m。选择该位置作为切割位置主要考虑以下原因：①切割拆除工程量小，便于施工；②原桥面保留区域基本覆盖加宽后桥梁行车道范围，保证结构主要受力部位的完整性。

第二步，钢悬臂2的固定安装

顺桥向，相邻的钢悬臂2设置间距为2m，本桥钢悬臂锚固方案采用了机械锚栓3的锚固方案，钢悬臂2与原混凝土箱梁连接主要存在于两个平面内：一是原箱梁混凝土悬臂下缘11，一是原箱梁腹板外侧面下部12。

锚栓3直径Φ16，对称布置，横向间距不宜小于20cm(实际布置时应注意避让原桥箱梁内的钢筋)。

为保证钢悬臂2与原箱梁1接触面间的贴合，安装过程中必要时需对原箱梁1接触面进行涂抹砂浆调平(最大调平厚度不应大于1cm)，砂浆强度等级为M15。

第三步，铺设钢底模4，布置加宽段桥面板钢筋

本阶段可单独进行铺设钢底模4施工，也可在第二步中直接将钢底模与钢悬臂在工厂焊接成型后整体分段吊装，参考图7，(可根据实际施工能力和现场条件确定)。

利用带纵肋的钢板作为钢底模，并在纵肋上开孔(开孔直径3倍桥面板横向钢筋直径且开孔上部预留槽口，便于钢筋安装布设)，让原桥横向钢筋穿入开孔41中。

对钢构件(包括钢悬臂和钢底模)进行防腐涂装(涂装方案应符合相关规范和设计文件的规定和要求)。

第四步，浇筑加宽段桥面板混凝土

本阶段在钢底模上浇筑混凝土5，尽可能选择收缩徐变较小的高性能混凝土浇筑组合桥面板，从而保证浇筑混凝土后可以在该处形成有效的PBL键连接。

本阶段施工应注意护栏底座、桥面泄水孔等附属设施的预埋/预留。

第五步，钢护栏6安装

为尽量减轻改造工程造成的结构附加荷载的增加，本方案采用了钢护栏6，防撞等级满足SS级要求。钢护栏为横梁、立柱组合式，设置三道闭口矩形钢管横梁，组合工字型断面立柱，立柱设置间距为2m。

钢护栏立柱底座钢板与桥面板浇筑时预埋的立柱底座锚栓连接固定。

对护栏钢构件、固定锚栓及螺母等外露构件进行防护涂装。

下面对钢悬臂2结构进行介绍：

为减轻钢悬臂构件自重，本方案采用了三角形空腹式结构，承重的空腹钢板厚度为10mm；腹板外边缘外包宽度200mm、厚度10mm的加劲板，内边缘外包宽度100mm、厚度10mm的加劲板；与原箱梁腹板接触面采用厚度20mm，宽度200mm的钢板。钢悬臂各构件均采用焊接连接。

钢构件材料采用Q345。

下面对钢底模4进行介绍：

为便于组合桥面板的混凝土浇筑施工，本方案中采用了钢底模。参考图7,钢底模4主要包括底钢板42、纵向加劲肋43和侧面外挡板44三部分。本方案中底钢板宽度1375mm，上面设置有6道加劲肋，肋高50mm；外侧挡板高度210mm。钢板厚度均为6mm。为便于原桥面板内横向钢筋的布置和接长，需要在纵向加劲肋板上开孔41。开孔直径为3倍桥面板横向钢筋直径且开孔上部预留槽口，便于钢筋安装布设。

钢构件材料采用Q345。

考虑到结构受力安全性，采用钢悬臂组合桥面板加宽箱梁的宽度应受到一定的限制，在不施加横向预应力的情况下，最大悬臂宽度一般不宜超过3m，过大悬臂除将增加结构自重导致箱梁结构承载力超限外，新增悬臂结构与原混凝土箱梁的连接锚固的要求将超过实际结构可接受的程度。

当然，若采用钢悬臂的同时施加横向预应力，由于改变了截面横向受力模式，则可以较大的扩展钢悬臂的使用宽度。在施加横向预应力的模式下，应注意预应力的布设、预应力的锚固问题。由于加宽改造不增设桥墩，总体而言结构横向处于大悬臂的受力模式，预应力应尽量靠箱梁上缘布置，在钢悬臂端部向下弯曲并进行锚固；由于锚固需要，应对钢悬臂的构造进行局部调整。预应力钢束应考虑防腐，满足相关规范和设计文件要求。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员 对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。