第４２卷第７期 交通标准化 Ｖｏ１．４２ Ｎｏ．７ ２０１４年４月 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ Ａｐｒ．２０１４ 既有高速公路桥梁桥台锥坡拆除与 支护工程研究 夏志强 （山西省交通规划勘察设计院，山西太原０３００１２） 摘要：依托实际工程，通过方案比选，选择拆除桥台台前锥坡并采用桩板墙作为台前支护方案以达到穿越既有 高速公路、增加车道、拓宽城市道路的目的，并对该方案进行了深入研究，可为类似工程在设计、施工等方面 提供借鉴。 关键词：既有高速公路桥梁；锥坡拆除；台前支护；桩板墙 中图分类号：Ｕ４４３．２１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００２—４７８６（２０１４）０７—００９０—０５ Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｎｅ Ｓｌｏｐｅ Ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｅｘｉｓｔｉｎｇ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ ＸＩＡ Ｚｈｉ—ｑｉａｎｇ （Ｓｈａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｐｌａｎｎｉｎｇ，Ｓｕｒｖｅｙ＆Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉ０ｎｓ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００１２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ａ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｓ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｕｔｉｌｉｚｅｓ ａ ｓｃｈｅｍｅ ｔｏ ｒｅｍｏｖｅ ｔｈｅ ｆｒｏｎｔ ａｂｕｔｍｅｎｔ ｃｏｎｅ ｓｌｏｐｅ ａｎｄ ｕｓｅｓ ｓｌａｂ—ｐｉｌｅ ｗａｌｌ ａｓ ｆｒｏｎｔ ｓｕｐｐｏ￣，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｐａｓｓ ａｃｒｏｓｓ ｔｈｅ ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｗａｙ ａｎｄ ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ ｔｈｅ ｃｉｔｙ ｒｏａｄ．Ｂｙ ｓｃｈｅｍｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｅｎｓｉｖｅｌｙ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ｔｈｉｓ ｓｃｈｅｍｅ ａｎｄ ｏｆｆｅｒｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｉｎ ｄｅｓｉｇｎ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｅｔｃ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｈｉｇｈｗａｙ ｂｒｉｄｇｅｓ；ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｎｅ ｓｌｏｐｅ；ｆｒｏｎｔ ｓｕｐｐｏ￣ｏｆ ａｂｕｔｍｅｎｔ；ｓｈｅｅｔ ｐｉｌｅ ｗａｌｌ 近年来随着各个城市大幅扩展，原本在城市 外缘的过境高速公路、环城高速公路等逐渐被城 市所包容。为了更好地发展城市经济、合理地扩 大城市规模，纵横交错的城市道路不得不穿越既 有高速公路。因此，城市建设的高速发展将会带 采取其他穿越方式。本文依托工程实例，通过方 案比选，选择拆除桥台台前锥坡并采用桩板墙作 为台前支护方案以达到穿越既有高速公路、增加 车道、拓宽城市道路的目的，并对该方案进行了 深入研究。 １工程概况 来越来越多下穿或上跨既有高速公路的城市道路 建设。通过新建桥梁上跨高速公路一般是延伸和 拓宽城市道路时穿越既有高速公路的最佳选择， 但因其工程造价高、施工周期长，在新修桥梁并 非为穿越既有高速公路唯一选择的情况下往往会 山西省原平市平安大街东延工程是利用原有 东西方向￥３１０省道长原线进行加宽改造而成，其 平面位置如图１所示。 收稿日期：２０１３—１１－２Ｏ 作者简介：夏志强（１９８１一），男，湖北黄梅人，工程师，主要研究方向为桥梁结构计算与设计。 第４２卷第７期 夏志强：既有高速公路桥梁桥台锥坡拆除与支护工程研究 ９１ 图１平面位置图 该工程在Ｋ０＋８１２．０２５处下穿大运高速（Ｇ５５， 大同一运城）一座（１０＋１６＋１０）ｍ钢筋混凝土空心 板分离式立交桥梁，桥梁右前夹角１２０。，墩台采 用柱式墩、柱式台，基础采用桩基础。该桥设计 技术标准为： （１）设计荷载：汽车一超２０级；挂车一１２０。 （２）桥面净宽：２×净一１２．２５ｍ。 （３）地震基本烈度：８度。 规划中的平安大街东延工程路基宽度为 ２６．５ｍ，双向六车道。原￥３１０省道长原线路基宽度 为１０．５ｍ，双向两车道，在与大运高速交叉处通过 分离立交桥梁中跨（第２孔）下穿大运高速公路。 为避免该道路在下穿大运高速处由双向六车道渐 变为双向两车道而造成的交通拥堵，现利用大运 高速既有分离式立交桥梁两边跨（第１孔和第３ 孑Ｌ）各增加一条车道变成双向四车道，并通过采 取道路标线以及车辆限速等措施下穿大运高速。 因此，在两边跨增加车道时需将既有桥梁０号、３ 号桥台锥坡拆除并增加台前支护。 ２设计方案比选 设计方案在两种情况下考虑先拆除桥台锥坡 之后再对桥台台前进行支护： （１）中断既有桥梁所在范围内大运高速运 营，或在此段范围内修建临时高速便道； （２）不中断大运高速运营。 大运高速公路为山西省境内贯穿南北交通大 动脉，要使该公路停运而服务于一条城市道路建 设，其难度之大不便于实现；另外，为绕避既有 桥梁而修建的临时高速便道，因其工程造价之高 也失去了工程意义。因此，不考虑上述情况（１） 的设计方案。 在不中断大运高速公路运营的情况下，拟采 用桩板式挡墙支护（简称桩板墙方案）和扶壁式 挡墙支护（简称扶壁墙方案）两种设计方案进行 比选（见表１）。 表１设计方案对比表 支护方案 桩板式挡墙 扶壁式挡墙 先设横向支撑，在桩柱间 分段开挖，开挖至台前 施工方法 间隔跳桩开挖并浇筑桩体， 桩柱。先浇筑扶壁及基础， 再预制预留连接钢筋，再浇筑扶 、安装挡土板 壁间立壁及基础 施Ｔ对桥 设置了临时支撑，在桩柱 台的影响 间间隔开挖桩体不设临时支撑开挖断面 ，开挖断 小，面大对桥台影响较小 ，对桥台影响较大 ，运营对挡 被交路车辆荷载对挡墙 墙底板位于被交路行车 墙的影响 无影响 道下，被交路车辆荷载对 挡墙影响大，挡墙易开裂 地基对挡 地基不均匀沉降对挡墙 地基不均匀沉降会导致 墙的影响 基本无影响 挡墙底板开裂、破坏，地基 需要处理 工程造价 １８９．９万元 ２０７．２万元 综合考虑上述诸多因素，为保证安全、经 济、高效地完成该项目，本设计方案采用桩板墙 方案。 ３设计要点 ３．１总体布置 桩板墙桩柱采用间隔跳桩开挖，以避免桥台 锥坡坡体开挖体积过大对桥台造成不良影响。根 据既有桥梁桥台桩基的间距，桩板墙桩柱之间的 问距也设计有两种，分别为５．５４ｍ和５．７２ｍ，对应 的挡土板也有两种形式。 既有桥梁桥台如不考虑台前溜坡土压力作 用，即直接将台前锥坡土体挖除，在不中断该处 原太高速交通运营的情况下，桥台桩柱原设计配 筋将不会满足计算要求。如不采取相应的支护措 施，在施工过程中桥梁将会存在较大的安全风 险。因此在桥台锥坡土体开挖过程中采用在台柱 和墩柱之间增设薄壁筒横撑（钢管）的方式加强 桥台的稳定性和全桥的安全性。 交通标准化 ２０１４年４月 桩板墙施工过程分为ｌ４个阶段，各施工阶段 编号如施工工序总体布置如图２所示。 图２施工工序总体布置图（单位：ｃｍ） 在桩板墙施工前，应对台后８ｍ范围内的土体 采取注浆加固措施。在顺桥方向，为加强台后土 体的整体稳定性，采用５排水平注浆，注浆导管间 距ｌｍ，呈梅花形布置。为加强台后土体与基础的 联系，增设２排倾斜注浆，前倾夹角为１Ｏ。。台后 注浆示意图如图３所示。 桥台 图３台后注浆示意图（单位：ｃａ） ３．２结构计算 ３．２．１桩板墙设计 （１）结构构造 根据《公路路基设计规范》（ＪＴＧ Ｄ３０— ２００４）相关条文规定，抗滑桩截面形状宜采用矩 形，桩的截面尺寸应根据滑坡推力大小、桩间 距、锚固段地基横向容许强度等因素确定，桩最 小边宽度不应小于１．２５ｍ。据此可以拟定桩板墙截 面形状和桩板墙截面尺寸为１．２５ｍ￣１．２５ｍ，截面形 状采用Ｔ型，核心截面形状为矩形。 （２）桩间距 根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（ＪＴＧ Ｄ６３－－２００７）相关条文规定，钻孔桩中距不应小于 桩径的２．５倍，挖孔桩中距可参照钻孔桩确定。因 此，桩板墙与既有桥梁桥台桩基最小净距为： ＝（２．５／２—０．５）×（ ＋ ）＝２．２３（ｉｎ） 式中： 为桩板墙桩基直径， ＝√１．２５ ＋１．２５ ＝ １．７７（ｉｎ）；，ｔ２为既有桥梁桥台桩基直径，ｄ，＝１．２ ｉｎ。 施ｌＴ布置中，桩板墙距桥台桩基净距分别为 ２．２４ｍ和２．３７ｍ，均大于上述计算最小净距，满足 规范要求。 （３）桩板墙计算 基于以桩板墙承担台前余下锥坡土体（包含 回填素混凝土）产生土压力的计算原理，本计算 采用“Ｉｌｌ法”并通过理正岩土计算６．０版建立如图４ 所示的计算模型。桩板墙底部按自由方式支承。 在组合１（锥坡土压力＋汽车荷载）和组合２（广．。 ． ．． 锥坡 土压力）这两种荷载组合下分别计算桩板墙的内 力、位移及桩身配筋。 图４桩板墙计算模型示意图（单位：ｉｎ） 根据结构的重要性及桥址处地质情况，选取 如表２所示的计算参数。 表２计算参数 结构 土压力 基底 整体稳定 地基土内 地基土 重要性 安全 摩擦 计算容许 摩擦角 黏聚力 系数 系数 系数 安全系数 ，０ ／ｋＰａ １．Ｏ １－２５ Ｏ．５ １．２５ ３０ １Ｏ 两种荷载组合情况下的计算结果如表３所示。 第４２卷第７期 夏志强：既有高速公路桥梁桥台锥坡拆除与支护工程研究 表３计算结果 荷载 桩顶 背墙最大 至桩顶 最大剪 至桩顶 组合 位移 弯矩／ｋＮ 距离／ｍ 力／ｋＮ 距离／ｍ ，ｍｍ 组合１ —４０ １ ７８２．３５０ ７．０００ ７０６．５９０ ９．６６７ 组合２ －３７ １ ６６７．６４ｌ ７．０００ ６６３．６４６ ９．６６７ 从表３中可以看出，在组合１和组合２的荷载 组合下，计算出的桩顶位移均小于桩悬臂端长度 的１／１００，且不大于１０ｅｍ，满足相关规范要求。通 过计算所得背墙最大弯矩及桩身最大剪力，为桩 身配筋提供了设计依据。 另外，桥台锥坡土体整体稳定验算所得最小 安全系数为１．４６６，大于稳定计算容许安全系数 １．２５。因此，在施工过程中桥台锥坡土体满足整体 稳定性要求。 ３．２．２薄壁筒横撑设计 为保证施工过程中桥梁的整体稳定性，在顺 桥向将０号台、１号墩、２号墩及３号台相对应的墩 台柱通过薄壁筒横撑依次连接为一个整体。 通过计算杆件在承受轴向力的作用下杆件的 轴应力和杆件的稳定性，可以选择合适的钢管杆 件作为薄壁筒横撑。经过计算，边跨横撑采用 ￣１９４￣１０ｍｍ钢管，中跨横撑采用￣ｂ２９９￣１０ｍｍ钢管。 墩台柱在高度上分三层支撑：最下层设于墩 台桩基顶端；中间设于墩台柱中部；最上一层设 于墩台柱顶端位置。 ４主要施工工艺及注意事项 具体施工流程为：施工前准备一放样、注浆 孔定位一台后注浆一安装薄壁筒横撑一开挖桥台 锥坡土体一桩板墙施工一拆除薄壁筒横撑一安装 挡土板一砌筑挡土墙。 ４．１主要施工工艺 ４．１．１ 台后注浆 （１）钻孑Ｌ 先按设计的技术参数测量布孔，并用油漆做 标记，然后在布好的孔位上钻孔至设计深度。钻 进过程中应时刻注意孔径及孔深，最上一排钻孔 务必控制在原太高速路面２ｍ以下。 （２）安装注浆导管 钻孔完成后要及时将注浆导管装入孔中，并 在顺孔方向轻缓插入注浆管，避免扰动孔壁，造 成堵孔。 （３）封孔 注浆管安装后，要进行封孔处理，以免注浆 时浆液在压力作用下向上冒出。封孔深度根据注 浆压力可确定为ｌ一２ｍ，封孔水泥浆养护４８ｈ后便 可进行注浆作业。 （４）注入浆液 上述工序完成后便可开始注浆，注浆压力为 Ｏ．５～１ＭＰａ。注浆结束后，拆除注浆管接头并迅速 用木塞堵孔。 （５）养护与评估 注浆完成后养护时间要达到７ｄ以上，然后进 行注浆加固效果评估，当加固效果达到设计要求 后方可进入下一工序的施工。 ４．１．２安装薄壁筒横撑 待桥台锥坡注浆结束并已达到设计强度后， 即可按间隔跳桩施工顺序分别安装薄壁筒横撑。 横撑在顺桥向依次连接０号台一ｌ号墩一２号墩一３ 号台。为保证横撑的稳定，在墩台柱周围搭设钢 管架对横撑进行支撑、加固，并在横撑与柱身接 触面位置垫设１０ｒａｍ厚钢板。 横桥向薄壁筒横撑两列为一组，安装时分三 组安装，分别是图２中的步骤①、④、⑦，但拆除 时应单列拆除。 横撑安装需与锥坡开挖密切配合，按照由上 至下的顺序进行。开挖一节土体，有足够的工作 面后进行横撑安装，然后再开挖下一节土体。 ４．１．３桩板墙施工 待桥台锥坡注浆完毕、注浆效果达到设计要 求并完成薄壁筒横撑安装后，便可进行桩板墙施 工。桩板墙桩柱采用间隔跳桩开挖，结合施工顺 序总体布置图，其具体施工工艺流程为：施工准 备一测量放样一浇筑２号桩柱一安装３号挡土板 并回填混凝土一浇筑５号桩柱一安装６号挡土板 并回填混凝土一浇筑８号桩柱一安装９号挡土板 并回填混凝土一浇筑１Ｏ号桩柱一安装１１、１２号 挡土板并回填混凝土一浇筑１３号桩柱一安装１４ 号挡土板并回填混凝土。上述施工流程应注意： 在安装挡土板过程中应从下至上拆除相对应的薄 壁筒横撑。 交通标准化 ２０１４年４月 台前锥坡土体按桩板墙施工顺序依次分别开 挖。在清除桩柱附近土体时，开挖形成一个如图 ５所示用于施工桩板墙的工作平台。开挖土体 时，宜采用人工配合小型机械作业，尽量减少对 （３）根据实际情况确定桥台两侧处与桩板墙 相衔接的锥坡挡土墙的具体施工位置及长度。 ５结论 台前土体的扰动，并随时注意观察周围土体的稳 定性。 高速公路桥梁在建成并运营多年之后其桥台 锥坡土体已达稳定状态，锥坡作为桥梁重要组成 部分一般不应轻易拆除。本文通过实例工程，对 桥台锥坡拆除、台前支护等方面进行了深入研 究，提出了间隔跳桩开挖的施工工艺及其注意事 项。由于目前我国此类实际工程较少，在这方面 所积累的经验也不够丰富，因此与之相关的工作 仍需进一步研究。本文的研究成果亦可为类似工 图５工作平台横断面 程提供借鉴、参考。 参考文献： ［１］ＪＴＧ Ｄ３０－－２００４，公路路基设计规范【Ｓ】． ［２】ＪＴＧ Ｄ６３－－２００７，公路桥涵地基与基础设计规范【Ｓ］． ４．１．４安装挡土板 待桩板墙及预制挡土板达到设计强度后，即 可从下往上依次拆除相应的薄壁筒横撑以便安装 挡土板。 【３］ＪＴＧ／Ｔ Ｆ５０—２０１ １，公路桥涵施工技术规范［ｓ］． ［４】张宪亮，宁贵霞，韩丽丽．基于“ｍ”法的横向受力桩 综合刚度有限元分析『Ｊ］．兰州交通大学学报，２０１０，２９ （１）：１２９—１３２， 薄壁筒横撑拆除后应迅速安装挡土板。由于 桥下净空高度有限，可采用４Ｏ型装载机运输、吊 装挡土板。挡土板安装要求中线、标高、位置正 确，表面平整，光洁度好。挡土板施工时，必须 ［５】袁春辉，余云燕，鲍亦兴．桩底土与桩相互作用的模型试 验研究【Ｊ】．兰州交通大学学报，２０１０，２９（１）：１０６—１１１． 挂线作业，保证所有挡土板在同一平面上，且垂 直度符合要求。 ［６】魏志伟，王旭，蒋代军．地震下单桩动力响应的有限元 模拟【Ｊ１．兰州交通大学学报，２００９，２８（１）：４卜４５． 【７］王广军．桩板墙工程土拱效应及合理桩间距研究［Ｄ］．成 都：西南交通大学，２００６． ［８】蒋波．挡土结构土拱效应及土压力理论研究【Ｄ】．杭州： 浙江大学，２００５． 挡土板每安装一节即应在其后回填一节贫混 凝土，并用插人式震捣器震捣密实。 ４．２施工注意事项 （１）桩板墙施工时，尽量少开挖台前锥坡 土体。 （２）安装挡土板时，在拆除相应薄壁简横撑 ［９］刘效尧，徐岳．公路桥涵设计手册梁桥ｆＭ］．北京：人民 交通出版社，２０１１． 后应及时回填挡土板背后的贫混凝土。 （上接第８９页） ［２】朱汉华，孙红月，杨建辉．公路隧道围岩稳定与支护技 术【Ｍ］．北京：科学出版社，２００７． ［３］陈双庆．留核心土环形开挖工法在隧道设计施工中的应 用［Ｊ］．交通科技，２００９，（４）：５８—６０． ［４】黄强．小净距公路隧道施工中围岩地应力分析研究【Ｄ】 武汉：武汉理工大学，２００９．
