座板式橋臺在橋梁加寬設計中的應用

宋志勇，陳志新

(湖南省交通規劃勘察設計院，湖南長沙 410008)

隨著社會經濟的快速發展，道路交通流量迅速增長，部分路段高峰時段交通量處于通行能力的上限，全線服務水平逐漸下降，為了解決這個問題，需重新修一條復線如京珠高速或者對原有道路進行改擴建(如沈大高速、滬寧高速)，這樣就必須對原有道路橋梁進行加寬設計。隨著高速公路路網的加密和完善，也不可避免對老路上的橋梁進行加寬設計。在橋梁加寬設計中，橋臺設計是一個難點問題，它涉及到加寬橋臺形式、新舊橋臺的關系、對老橋錐坡的處理、老橋橋臺支擋防護等一系列復雜問題，下面就婁衡高速公路上一個實例來詳細說明一種新型的橋臺在橋梁加寬中的應用。

1 工程概況

婁衡高速是益陽至婁底至衡陽高速公路中的一段，與北段益陽至婁底高速公路一起由北至南，是湖南省“五縱七橫”高速公路網中岳臨(京港澳)高速公路和二廣高速公路之間新增加的直接連接益陽、婁底、衡陽三市的一條南北向的高速公路。此項目起于滬昆高速(潭邵段)蛇形山鎮東南部長沖(滬昆高速樁號k1165+512.032)，設長沖樞紐互通。在改造滬昆高速公路時對k1164+637.465測水大橋(見圖1)進行了兩側加寬3.75m設計，使新建的婁衡高速與已建成的滬昆高速能很好銜接。

圖1 測水大橋老橋橋型圖(單位:cm)

k1164+637.465測水大橋為9×25m預應力混凝土簡支T梁結構，右夾角為135°，橋梁全長237.69m，兩端橋臺分別為重力式橋臺和肋板式橋臺配擴大基礎，橋墩為雙柱式橋墩配樁基礎，樁基均為嵌巖樁基礎。加寬部分橋梁根據滬寧高速改擴建經驗采用上部構造相互連接，下部構造不連接的拼接方式。此拼接方式的主要優點是:下部構造不連接，加寬橋與原橋的下構內力相互不產生影響，上部構造連接對下部構造產生的內力影響很小。但上部構造連接后由于新老橋梁材料特性的差異將產生附加內力，由基礎沉降等原因產生的附加內力也使連接部位內力增大。為了減小加寬橋梁基礎沉降量，加寬橋梁盡可能采用樁基礎，并通過加強地基處理、增加樁長或樁徑等措施盡可能減小基礎沉降。

測水大橋在加寬設計時采用和老橋一樣的上部構造形式，橋墩部分采用獨墩柱配樁基礎。然而在進行橋臺設計時卻遇到了難題。如果采用和老橋一樣的橋臺和基礎形式，勢必會開挖老橋橋臺錐坡且須對橋臺基礎進行處理。從圖1中可看出9號橋臺為肋板式橋臺，橋臺錐坡填土高達10m，不滿足輕型橋臺要求，開挖后要采用何種措施來保障老橋橋臺的穩定和固定半邊錐坡填土將是一個關鍵的問題。此外在老橋橋臺旁邊施工橋臺基礎，也會對老橋橋臺基礎產生擾動，影響老橋橋臺的穩定，必須對原有基礎進行加固處理來保障新老基礎間的協調性。

2 座板式橋臺在加寬橋設計中的應用

座板式橋臺是在軟土地區經常采用的一種橋臺形式，具體結構形式見圖2。因測水大橋每側只加寬一個車道3.75m，將座板式橋臺改造成如圖3所示。將座板式橋臺應用于加寬橋設計有三個優點:一是橋臺承臺部分位于上部，不需要將老橋錐坡全部挖除，只需要將上構和承臺小部分錐坡填土清除即可，有利于老橋橋臺穩定，且減小對老橋橋臺的擾動。二是座板式橋臺采用樁基礎，抗推剛度大，特別適用于加寬寬度較小的橋梁。三是座板式橋臺采用4根1m的樁基礎，可有效減小基礎沉降，防止因新老橋梁上構連接處沉降不一致造成橋面鋪裝開裂而影響橋梁正常使用。加寬設計后的橋型圖見圖4。

圖2 座板式橋臺(單位:cm)

圖3 改造后座板式橋臺(單位:cm)

圖4 加寬設計后的橋型圖(單位:cm)

3 計算分析

筆者利用ANSYS有限元分析程序，采用Solid單元，建立有限元模型，對橋臺在成橋后運營階段進行了結構線彈性有限元分析，研究其應力分布情況及位移結果。橋臺應力分布情況如圖5～圖7所示，豎向位移結果如圖8所示，圖中應力單位:MPa，+表示拉應力，－表示壓應力，位移單位:mm。從應力分布結果可以看出:

圖5 X方向(橫橋向)應力結果

圖6 Y方向(豎向)應力結果

圖7 Z方向(順橋向)應力結果

圖8 橋臺豎向位移結果

1)座板以上橋臺部分各方向應力均很小，基本處于受壓狀態，按照構造配筋即可。

2)座板縱、橫橋向跨中區域頂緣受壓，底緣受拉;樁基頂面以上部位座板頂緣受拉，底緣受壓。橫橋向最大拉應力為1.153MPa，順橋向最大拉應力出現在樁頂邊緣與座板相交位置，最大值為1.706 MPa，該區域存在應力集中現象，設計中對該區域鋼筋布置予以加強。根據頂、底緣應力值，取座板單位寬度反算彎矩后，進行裂縫寬度驗算，滿足規范要求(最好加上鋼筋配置情況)。

3)座板豎向應力處于－1.076～0.035MPa之間，該方向按構造配筋即可。樁基豎向壓應力處于－7.508～－4.263MPa之間，最大拉、壓應力均處于樁頂與座板相交的局部區域。

從圖8可以看出，橋臺最大豎向位移為3.251 mm，沉降量控制在5mm以內，滿足豎向剛度要求，整體結構具有可靠的安全度。

4 結語

綜上所述，座板臺在橋梁加寬設計中具有結構簡單，施工方便;無須對老橋錐坡進行大規模的開挖，對老橋影響小;橋臺抗推剛度大、沉降量小等一系列優點，能很好地適用于改擴建道路加寬橋設計中。結構有限元分析結果也表明，該形式橋臺強度及剛度均能滿足設計要求。

［1］吳文清，頁見曙.滬寧高速公路橋梁拓寬方案研究及工程對策分析［C］.滬寧高速公路江蘇段擴建工程論文集，2008.

［2］JTGD63—2007，公路橋涵地基與基礎設計規范［S］.

［3］JTGD62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.