高速公路橋梁加寬設計

袁 騰 文

(山西省交通規劃勘察設計院，山西 太原 030012)

高速公路橋梁加寬設計

袁 騰 文

(山西省交通規劃勘察設計院，山西 太原 030012)

詳細分析了山西省太古高速公路一座加寬橋的方案設計，論述了加寬設計需考慮的多項因素，并介紹了上部下部結構均不進行連接、上部下部結構均進行連接以及上部結構連接下部結構不連接三種加寬方案，以供類似橋梁加寬設計時參考。

橋梁，加寬，沉降，收縮徐變，附加內力

1 工程概況

山西省太原至古交高速公路東社樞紐K31+369.7分離式立交原橋上部結構采用(25+35+25)m現澆預應力混凝土連續箱梁，下部結構采用柱式墩、樁基礎，右前夾角90°。由于樞紐建設需要設置減速車道，本橋左幅需要加寬。加寬側橋梁起點樁號為K31+324.200，終點樁號K31+415.200，橋長91 m，橋型布置為(25+35+25)m預應力混凝土連續箱梁。橋梁各跨徑線均與老橋設計線成90°夾角。橋型布置圖見圖1。

2 橋址處地質情況

3 加寬方案研究

選擇橋梁加寬方案之前，首先需要檢算舊橋的承載力等各項參數是否滿足規范要求，否則在選擇加寬方案時應采取針對性措施，確保舊橋滿足使用要求。

綜合考慮橋位處的地質情況、行車舒適性、行車道布置、舊橋技術狀況等確定合理的加寬方案以及新舊橋連接的接縫構造。加寬方案確定以后，正確計算新舊橋之間的沉降差、收縮徐變差異，按照規范條文驗算新舊橋的承載力是否滿足要求、應力是否滿足要求、裂縫寬度是否滿足要求等，驗算時需要考慮新舊橋分階段受力的問題。根據驗算結果，針對性的采取工程措施來保障新舊橋加寬拼接的順利進行，保證其運營階段正常使用。借鑒國內已經完成的多條高速公路改擴建橋梁加寬技術取得的成功經驗，方案比選階段共提出如下幾種方案：

1)橋梁上部結構、下部結構均不進行連接。這種方案新、舊橋梁的上部結構之間、下部結構之間均不進行連接，而是在新、舊橋梁之間預留沉降縫。等新橋建成之后，連續攤鋪橋面現澆層以及瀝青混凝土鋪裝層。這種連接方案的優點是新、舊橋之間相互獨立，受力簡單明確直觀，減少了施工步驟，加快了施工進度，避免了新舊橋梁之間因不均勻沉降引起上下部結構的附加內力，同時也避免了連接的諸多技術問題。該方案適用于橋位處地基條件較差的情況。

2)橋梁上部結構和下部結構均進行連接。這種方案新、舊橋梁上部結構、下部結構之間均進行連接，新、舊橋梁上部結構之間的對應位置通過橫向植筋、錨固以及現場澆筑后澆帶將其連接起來；下部對應的墩臺帽、系梁等也通過植筋連接，然后澆筑后澆帶混凝土形成整體。這種連接方案優點是新、舊橋梁能形成整體，路容美觀，后期養護費用低。缺點是新舊橋基礎不均勻沉降在相互連接處產生了附加內力，導致連接構造復雜、材料用量增加、工期也相應延長，往往交通管制的時間也較長，影響群眾滿意度。該方案適用于橋位處地基條件較好、交通量較小的情況。

3)橋梁上部結構連接、下部結構不連接。這種方案新、舊橋梁上部結構之間進行剛性連接，下部結構之間不進行連接，融合了上述兩種連接方案的優點及缺點，是目前國內尤其是山西省采用較多的加寬方案，倍受建設單位青睞。該方案將新舊橋梁的基礎分離、上部結構梁板連接。該方案適用于橋位處地基條件一般、需要保障行車舒適性的情況。

4 加寬方案比選

橋址處經鉆探揭示，地層巖性為稍密～密實亞粘土和潮濕～飽和狀態的角礫互層，新舊橋之間的工后不均勻沉降較大。為了減少新舊橋之間由于基礎不均勻沉降而產生的附加內力，同時為了保證行車舒適和路容美觀，我院設計采用了上部結構連接、下部結構不連接方案。此種方案的優點是新橋與舊橋上部結構連接形成整體，行車舒適、路容美觀；下部結構各自受力，內力互不影響，可以減少新、舊橋之間由于基礎不均勻沉降而產生的附加內力。

加寬方法如下：鑿除原橋左幅外側護欄及50 cm寬橋面鋪裝，鑿除原橋左幅1 m寬范圍外側翼緣板混凝土，新橋主梁施工完畢后，在新、老橋之間澆50 cm寬C55鋼纖維補償收縮混凝土，從而形成新老橋間的鉸接。新橋橋墩采用柱式墩，基礎采用鉆孔灌注樁；橋臺采用肋式臺，基礎采用鉆孔灌注樁。橋臺處設一道D80型伸縮縫。

考慮到新舊橋梁基礎不均勻沉降的客觀存在，加寬設計的關鍵是要減小新舊橋基礎的不均勻沉降。本橋在加寬設計時，經研究基礎采用樁基礎。為了減小基礎不均勻沉降，設計時適當增加樁長，在工期允許的情況下適當延后上部結構的拼接時間、設置后澆帶等措施。針對上部結構不可避免的要產生附加內力，在連接部位需要進行特殊設計并適當增大配筋率等方法加以解決。

5 施工工藝

舊橋與新橋通過26 cm寬的現澆混凝土后澆帶連接形成整體，在箱梁兩端各設一道40 cm厚的橫梁，加強其整體性。根據沉降隨時間的變化關系曲線，設計要求加寬部分澆筑4個月后，再施工后澆帶，以減少材料收縮徐變及基礎沉降的影響。加寬橋橫斷面拼接構造見圖2。

實施步驟：

1)拆除原橋外側護欄，鑿除原橋的部分橋面鋪裝;2)加寬側鑿除原橋箱梁翼緣板100 cm，按間距向舊橋箱梁翼緣板內植入鋼筋;3)現場澆筑箱梁，嚴格控制坐標及澆筑坐標，確保與舊橋順利拼接。在新橋箱梁翼緣板內預埋鋼筋;4)新舊橋鋼筋一一對應焊接，焊接采用單面搭接焊，焊縫長度不得小于10d;5)綁扎拼接處橋面后澆帶鋼筋，并與舊橋橋面現澆層鋼筋搭接，搭接長度應滿足現行設計規范的要求;6)綁扎拼接處現澆混凝土后澆帶及端部橫梁鋼筋，澆筑C50鋼纖維補償收縮混凝土;7)舊橋及拼接處后澆帶橋面現澆層同時施工，等橋面現澆層混凝土達到設計強度后，即可開放交通運營;8)施工橋面防水層及攤鋪瀝青混凝土橋面鋪裝。

總之，在橋梁結構物加寬方面，在結構連接前盡可能釋放因變形產生的附加內力是防止和減少加寬橋梁出現病害的關鍵所在。因此應采取相應措施減小新舊橋梁基礎之間不均勻沉降，嚴格控制新橋的工后沉降，減小對上部結構連接部位受力所造成的不利影響，注意新老橋梁基礎間的變形協調性，盡可能推遲后澆帶混凝土澆筑施工的時間，以使新橋基礎的一大部分沉降能在新舊橋梁上部結構拼接前完成等。

6 結語

為了保障道路安全暢通運營，橋梁加寬需要考慮的問題較多，技術復雜，施工難度大。加寬橋梁與新建橋梁之間的異處在于需要考慮新舊橋之間的不均勻沉降、收縮徐變等差異變形，存在多種不確定因素和新的技術問題，目前仍然缺乏比較成熟的經驗，絕不能采取一般的或新建橋梁的設計方法來解決，目前我國還沒有簡單成熟實用的計算方法供工程師采用。隨著我國經濟社會的持續快速發展，交通量也在逐年快速增長，現有高速公路的通行能力面臨嚴峻挑戰，為了提高高速公路的通行能力，對現有橋梁進行加寬是必需的。因此，橋梁加寬方案研究的應用前景十分廣闊。每一個項目都有其各自的特點，不可能完全相同，需要工程師具體問題具體分析，不能死搬硬套。因此在方案確定之前，應仔細研究原有道路路況、現狀交通量及其組成、橋梁現狀、改擴建目標、工程地質條件等，熟悉項目特點，對橋梁加寬方案進行針對性研究，以指導設計與施工，確保橋梁結構安全運營。此外，原有橋梁的技術狀況對加寬方案的選取非常重要，要在充分調查研究的基礎上，對舊橋技術狀況進行認真評定，對加寬方案進行詳細分析計算、論證、比選。依據計算分析結果以及相關工程經驗制定嚴格、合理的施工方案，以確保橋梁結構運營安全。

[1] JTG D63-2007，公路橋涵地基與基礎設計規范[S].

[2] 徐 強.高速公路改擴建工程橋涵結構物拼接技術[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3] 黃明歡，易 兵.高速公路橋梁加寬方式研究[J].公路交通技術，2012(5)：18-20.

Onwideningdesignforexpresswaybridges

YUANTeng-wen

(ShanxiCommunicationPlanningSurveyandDesignInstitute,Taiyuan030012,China)

The paper analyzes the widening bridge widening design along Taiyuan-Gujiao Expressway, indicates many factors considered in the widening design, and introduces three widening ways, no connection between upper and lower structure, the connection between the upper and lower parts, and theonly connection at the upper part, so as to provide reference for widening design of similar bridges.

bridge, widening, settlement, shrink creep, added internal force

1009-6825(2014)33-0159-02

2014-09-15

袁騰文(1981- )，男，工程師

U455

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