当新需求碰上旧问题——高速公路改扩建工程桥梁建设技术与施工组织

随着我国经济的快速发展和交通需求的持续增长，早期建成的高速公路逐渐面临通行能力不足、技术标准落后等问题。改扩建工程成为提升路网效率，推动区域经济协同发展的重要举措。桥梁作为高速公路的关键节点，其改扩建工程具有技术含量高、施工组织难、安全风险高等特点。本文以京港澳高速公路湖北北段改扩建桥梁工程建设为例，系统探讨桥梁改扩建工程建设关键技术与施工组织调度的创新应用。

当前国内开展改扩建的高速公路基本建设于上世纪90年代和本世纪初，受制于当时的技术条件和建设理念，桥梁结构型式多种多样。京港澳湖北北段全长158公里，于2001年建成通车，主线桥梁上部结构型式多达12种，跨径11种，上跨天桥跨径20多种。结构型式的多样性导致改扩建工程设计需兼顾多种技术标准，需针对不同结构制定差异化方案。

由于早期建设资金有限、施工工艺落后、设计标准低，加之交通量急剧增加和超重货运车辆的增多，高速公路桥梁构件普遍出现不同程度的病害。典型问题包括底板空洞露筋、主梁裂缝、支座开裂、伸缩缝破损等，这些问题严重影响了桥梁的使用寿命和行车安全。

在既有高速公路桥梁扩建中，通常采用两侧拼接利用方式。然而，新老桥在混凝土龄期、收缩徐变特性以及基础沉降方面存在显著差异。新浇筑混凝土在硬化过程中会发生收缩变形，而老桥混凝土已基本完成收缩，这种收缩徐变的不同步将在拼接处产生附加内力。同时，新老桥基础因地质条件、施工工艺以及使用年限不同，沉降量也有所不同。若这些差异处理不当，拼接处极易出现裂缝，不仅影响桥梁正常使用，导致行车舒适性降低，还会降低结构耐久性，使水分和有害气体更易侵入桥梁内部，加速钢筋锈蚀和混凝土劣化，甚至会影响到桥梁的承载能力。因此，实现新老桥的协同受力、协同形变成为改扩建桥梁工程建设亟待解决的关键技术难题。

改扩建桥梁建设作为基础设施升级的重要领域，面临既有结构不确定性、拼宽梁片数少、作业面不连续、左右福交换导改施工等问题，给规模化、集约化桥梁工业建造带来了一定的困难，新时期的改扩建桥梁建设正通过数字化协同、低碳化转型的深度融合，逐步实现向“精准外科手术式”智能建造迈进。

在改扩建工程建设中，既要保证安全通行，又要保证工程施工有序推进，保通和施工相互干扰，相互影响，既会影响了通行效率，又会叠加通行和施工的安全风险。一方面，受制于保通要求，施工作业面狭窄，施工机械设备作业空间有限，各工序之间相互影响，相互制约；另一方面，受制于工程施工的要求，道路运营行车道路变窄，运营环境变差，增加了行车安全风险。而依附于高速公路两侧建设的电力、通讯、国防光缆、燃气等管线迁改和保护，进一步增加了施工调度的难度。

遵循“老桥老标准，新桥新标准”的设计原则，深入研究拼宽桥梁受力特性，引入分车道布载计算方法，对既有T梁进行精确结构验算。计算结果表明，拼宽后既有桥梁外边梁和内边梁受力均有所减小，而且改扩建后既有老桥主要承担轻型车荷载，新建桥梁部分主要承担重型车荷载。基于此，通过科学合理的分车道管理，如设置不同车道的车辆载重限制、引导轻型车行驶在既有老桥上等措施，充分发挥旧梁承载能力，在保障安全的前提下，有效降低工程成本，实现既有桥梁的合理利用。

既有汉江特大桥主跨为110+180+110m三向预应力砼箱型截面连续刚构桥，原设计荷载等级为汽超-20，挂-120，该桥于1998年10月开工建设，2001年10月竣工，2002年9月全线建成通车。经过20多年的运营，主桥跨中下挠严重，箱体出现众多的横、竖、斜向裂缝，根据2022年8月桥梁检测报告结论，该桥技术状况评定为4类。

图1 既有汉江特大桥实景

考虑了桥梁服役状况，该路段总体改扩建方案，采用分离新建的方式，在既有桥的上游建设分离式的四车道桥梁，主跨为480米的斜拉桥，对既有桥梁进行提质升级改造利用。根据既有桥梁的体检状况，进行有限元仿真分析，采用减轻梁体重量、增设主梁体外预应力钢束、粘贴钢板、裂缝注浆等综合技术手段加固提质。加固施工过程中进行了全过程的监测监控，采用专业设备和技术手段采集桥面线形、应力应变、张拉应力和主梁结构应力变化等数据，保证了工程质量与桥梁安全，达到了预期效果。经荷载试验，该桥承载能力满足汽车-超20、挂-120设计荷载标准，该桥评定为2类。

图2 粘贴钢板

图3 体外预应力束张拉

空心板作为早期高速公路桥梁的主要结构，服役期长，病害问题突出，改扩建期间全部更换面临环保压力大、经济性等问题，显然不太现实，京港澳高速公路湖北北段改扩建桥梁工程遵循刚度匹配、变形协调、挠度一致的原则，采用同等跨径矮T梁与之拼接，通过端中横梁、翼缘板与桥面协同连接，结合UEA补偿混凝土浇筑拼接缝，成功提升桥梁结构耐久性。

京港澳高速公路湖北北段改扩建工程秉持“创新引领、国优品质、安全舒适、绿色环保、智慧高效”的建设理念，打造了集成钢筋集中配送中心、混凝土配送中心、智慧梁厂、小型构件预制中心、再生站、水稳站、沥青站为一体的智慧制造基地。

图4 一体化智慧制造基地

按“机械化换人、自动化减人、信息化赋能”总体要求，实现预制构件施工工序智能化和流水线作业。通过一键式操作，完成钢筋自动下料、混凝土智能拌合、智能浇筑、智能脱模、智能养生、智能张拉、智能压浆等一系列工序。

在京港澳湖北北段改扩建工程中，普遍采用了装配化技术，涵洞、通道、排水沟、边坡防护等构件实现了100%装配化；软基路段采用预制管桩提高地基承载能力；桥梁桩基础采用工厂预制的预应力混凝土管桩，合计近20万延米/5600根；汉江特大桥北引桥采用预制拼装技术，桩基、墩柱、盖梁等构件工厂预制率达100%。预制墩柱与承台采用承插式连接，T梁节段间设置剪力键和钢横隔板，确保结构整体性。该技术缩短工期30%，减少现场作业风险，大幅提高工程质量。

高速公路是地方文化的第一张名片，为提升项目整体形象，在桥梁景观设计中融入地方特色文化元素。深入挖掘当地红色文化、农耕文化、孝廉文化、知音文化等主题，将地方文化元素与桥梁结构设计相结合，把改扩建桥梁打造成“一区一品、一县一景”的地方文化名片。

图5 上跨桥梁景观效果

建设管理是保证公路桥梁建设整体质量的重要手段，也是提高公路桥梁建设安全性的关键环节，通过积极有效的建设管理举措，不但可以使整体质量控制目标得到有效贯彻，更可在保证公路桥梁本身安全性满足要求的基础上，进一步保证建设过程中施工人员与设备、运营车辆的安全，并且能使桥梁施工进度、建设成本得到有效控制，确保整体建设目标达到需求。

桥梁建设管理主要分为质量管理、安全管理、技术管理、进度管理和合同管理五个方面。为实现项目建设过程智慧管控的总体目标,京港澳改扩建公司搭建了湖北交投数字京港澳建设管理平台,涵盖质量、安全、进度、费用、征迁、合同等业务领域的全过程协同管控，推行合法的电子签名、电子签章，实行电子档案，实现了工程建设管理上网入云。同时加大对桥梁建设重大危险源（如高空作业、塔吊作业等）的实时安全管控，建立塔吊远程智能控制系统，采用智能远程控制轻型筑塔机、数控超大吊罐，变空中作业为地面作业，大大节约劳动强度和作业风险。

图6

(1）施工组织调度原则

改扩建桥梁工程的施工组织需结合总体交通组织方案和桥梁改扩建方式综合制定，主要施工调度原则为：以相邻两个互通区间为保通单元划分保通段落，进行施工组织调度；一期土建、二期路面、三期交安绿化、房建机电同步实施，交叉作业；加快干扰因素少的分离新建段落施工，建成后用作导改保通道路；非涉路部分的小构及桥梁基础、下构优先施工；既有天桥、门架及标志标牌宜先建后拆，且应同步拆除，减少对运营通行的影响；既有桥梁维修加固应在拼宽前完成，宜与交通组织顺序相适应。

(2）各类改扩建桥梁施工组织调度要点

改扩建桥梁的施工组织调度与其改扩建方式息息相关，需要考虑造价、征拆、周围环境、施工周期和难易程度等多重因素，对经济效益、社会效应和环境效益综合研判后确定。

两侧拼宽桥梁：与两侧拼宽路基施工调度类似，分四阶段实施，优先保证出城方向通行，考虑设置应急救援车道后，采用双向两车道保通，控制运营车辆速度，降低安全风险。

路基改桥：原则上采用施工简单快速的临时拼宽路基保通，另一侧桥梁封闭施工；而当桥梁规模较大时，应采用新建拼宽桥梁与既有路基临时拼接保通。

维修加固利用桥梁：采用“半幅封闭、半幅保通”模式，既有桥梁正常通行条件下进行病害详细检查，对照设计文件，查明病害发展状况，动态设计加固方案。实施时，进行交通管制（限货通行），短时封闭半幅桥梁，另半幅两车道保通；封闭交通期间，铣刨桥面减载后重铺沥青。

分离增建桥梁：加快干扰少、影响小的分离新建段桥梁施工，建成后与新建路基一并用作导改保通。

互通区桥梁：互通区主线前后1公里范围内桥梁，应与互通区桥梁同步施工，同时根据交通量灵活选择调度策略。对现有交通没有影响的小构及桥梁基础、下构优先施工；对现有交通有影响的匝道桥，为确保安全，考虑全封闭施工，限期完成；当现状互通转向交通量较小时，可按全封闭施工调度，其服务功能由邻近互通和区域路网承担；当现状互通转向交通量较大时，考虑优先封闭转向交通量相对较小一侧上下匝道，由邻近互通和区域路网承担其服务功能；若现状互通各转向交通量较大时，优先施工未涉及原有匝道的改造匝道段落桥梁，同时根据建设需求修建临时保通便桥。 

推进检测评价体系从面向养护到面向改扩建设计转变。目前，既有桥涵技术状况检测评定主要包括桥涵常规检查（外观检查）、特殊检测(专项检测，如混凝土强度检测、钢筋定位及保护层测量、钢筋锈蚀检测等)和技术状况评定等，而对于既有桥涵隐蔽结构或构件的检测，如既有桥梁桩基的完整性及承载力检测、预应力混凝土永存应力检测、混凝土内预应力钢束灌浆及锈蚀状况检测等技术手段还有所欠缺，同时检测之后对既有结构耐久性及使用年限的评估、加固后结构耐久性及使用年限评估和既有桥梁基础承载性能评估等尚无统一标准。综合近年研究成果，针对性开展改扩建桥梁专业的检测评价技术规程编制。

改扩建工程依托的《高速公路改扩建设计细则》内容宽泛，宜单列新增改扩建桥涵设计细则等专业规范标准，嵌入当前数字化、智能化等发展要求，为交通强国建设和各专业改扩建设计充分发挥标准的引领作用。

当前，改扩建桥梁大多仍遵循同跨径、同结构、无活载的拼接原则，随着施工工艺和建筑材料的日趋成熟，桥梁拼接技术应突破这类限制，大力推动开展了诸如异结构拼接、桥梁错位拼接、不中断交通状态下桥梁拼接等新技术的研究与实践。

高速公路改扩建工程桥梁建设是技术与管理并重的系统工程，通过创新技术应用和科学调度管理，京港澳工程成功克服了结构多样、病害复杂、工程规模大等挑战，为类似项目提供了宝贵经验。未来，随着智能化、绿色化技术的深入应用，改扩建工程将更加高效、环保，助力我国交通基础设施高质量发展。