高速公路橋梁加寬設計方法與過程

黃曉東

（深圳市市政設計研究有限公司，廣東　深圳　518000）

高速公路橋梁加寬設計方法與過程

黃曉東

（深圳市市政設計研究有限公司，廣東深圳518000）

橋梁加寬設計是舊橋改擴建的重要方法，改擴建需要充分考慮舊橋的結構性能，同時滿足新建橋梁對舊橋的分擔效應及連接作用。總結了高速公路橋梁加寬設計的原則，并歸納現有加寬設計經驗下的不同連接方式、存在問題和應用實踐，分析了加寬設計的主要影響因素，有關經驗可供相關專業人員參考。

高速公路；橋梁；加寬；設計方法

0　引言

我國高速公路近年快速發展，經濟發展情形下交通運輸迅猛增長，交通流量相比于公路建設初期增長數倍。我國高速公路大體建設于20世紀80、90年代，當時設計體系下，公路荷載標準和運輸標準均已很難滿足現在要求，使得現有部分公路路網的交通運輸接近飽和，使用能力降低。為了保證公路的服役需求，加寬改擴建成為相對經濟的建設手段［1］。

橋梁是公路結構的關鍵建造環節，公路加寬建造需要考慮交通的運營分配，保證或轉換既有的道路通行及行車安全。橋梁的加寬則需要考慮新建橋梁與已建橋梁結構的結合，并且使得加寬設計建造的橋梁結構對已建橋梁及環境的影響最少，鑒于橋梁設計與建造的復雜性，需要特別關注加寬設計對橋梁結構的影響。我國已經完成多條高速公路橋梁的加寬建造，取得很多的成功經驗。將這些經驗進行總結，明確橋梁加寬的設計原則，總結加寬設計的方法和過程，明確不同加寬方式的關鍵難點及重點，對高速公路橋梁的加寬設計具有重要意義［2，3］。

1　高速公路加寬原則

高速公路的加寬設計和施工，涉及到新建橋梁與已建橋梁結構的結合，一般需要滿足如下原則，以保證加寬建設的順利施工和運營。

首先，應該對既有橋梁結構性能進行全面的安全性評估，既有橋梁結構應該能夠滿足與新建橋梁設計交通等級、荷載和壽命相匹配，如果已有橋梁無法匹配相關的設計標準，則考慮拆除重建或者加固的方法，保證兩者具有相同的服務水平。評估過程中，應該充分收集舊橋的建設資料，對橋梁的現有狀態進行客觀評估。

其次，橋梁的加寬設計也需要滿足橋梁設計的基本要求：安全、適用、美觀、經濟。一般而言，加寬設計保持新建橋梁結構與已建橋梁結構具有相同的跨徑布置、外形和美觀，并且以最低影響已建橋梁和周圍環境的原則，對加寬設計對舊橋梁的分流、荷載等級降低及運營安全等，做出系統性的評估。

最后，應形成切實可行的實施計劃，研究橋梁加寬建造的施工方案，對施工計劃、交通導流做出細致分析，對施工對周圍土體的占用和借用等進行有效交流。還注意使用臨時設施，降低施工對周圍環境的噪聲、空氣等污染問題。

2　橋梁加寬設計方法

橋梁的加寬設計就是新建橋梁與舊橋梁的連接問題，根據兩者連接的空間關系，可以分為上下部結構均連接、上部相連下部不連、上下部結構均不連三種情形，這些連接方式在我國現有的公路改擴建建設中具有相關示范案例。

2.1上下部結構均連接

新舊橋梁的上下部結構均采用某種方式進行橫向連接，這種橫向連接一般通過澆筑濕接縫及植筋的方式實現。上部結構通過濕接縫段連接主梁體系，下部結構則采用混凝土濕接縫連接墩頭帽和系梁。這種連接方式將新舊橋梁連成整體，共同承載和變形。

采用上述部均連接的新舊橋梁體系，可以實現橋梁上交通的平順行駛，可以充分利用橋梁建設的空間。所存在的難點是，橋梁的基礎會發生不同程度的沉降問題，且新建橋梁與原有橋梁的建設周期不同，橋梁之間的不均勻沉降對結構使用和安全影響嚴重；此外，新舊橋梁的連接處的構造復雜，在有限的空間下進行施工較難，最為重要的是，該連接是新老混凝土的接觸問題，新老混凝土因齡期不同，連接中因新澆筑混凝土的收縮效應及受載下的徐變效應是需要關注的重點。

上下部均連接的改擴建橋梁在沈大高速公路中采用［4］，改條高速公路沿線的地質條件都很好，可能進行橋梁的封閉施工，對于結構的改造和連接也具有很好的作業空間。在這條高速公路的沿線改擴建中，采用上下部結構均連接的方法對簡支T梁橋和箱梁橋等橋梁結構體系進行加寬設計。

2.2上部連接下部不連

新舊橋梁的上部結構進行橫向連接，下部結構實施分離。橫向連接方式同樣通過澆筑濕接縫及植筋的方式實現。這種連接方式將上部結構形成整體受力，而下部結構的受力與變形是分離開來的。

這種改擴建方法，同樣保證了上部結構的整體工作特性，因而可以實現橋梁上交通的平順行駛。所存在的難點是，新建橋梁與舊有橋梁結構存在基礎不均勻沉降的問題，因而需要考慮基礎的不均勻沉降對于上部結構的受力安全問題，確保服役期間所產生的不均勻沉降對于上部結構連接所形成的附加內力在結構可控制范圍之內。上部結構連接處的施工及構造也是施工考慮的重點，同時新老混凝土接觸的問題也是設計關注的重點。

這種連接方式在諸多高速公路的改擴建項目中采用，如杭甬高速公路、滬寧高速公路、南京浦珠高速公路和海南東線高速公路工程等，服役多年取得了良好的效果［5］。

2.3上下部均不連接

新舊橋梁兩的上部和下部結構均不進行橫向連接，而是在空間上盡可能緊貼在一起，或者留設很小的空間僅僅連接上部鋪筑層。這種連接方式保證了上下部結構受力各自獨立，不連接。

上下部均不連接的處理方式，使得兩個橋梁結構的受力基本獨立，不存在相互影響的問題，因而結構簡單明確。所存在的問題是，新建橋梁結構與舊有的橋梁結構因基礎沉降，在鋪裝層上會出現錯臺，這種錯臺對車輛的安全行駛不利。此外，新舊橋梁不連接時，當新建橋梁結構的設計荷載標準提高時，原有的主梁受力較為不利，甚至會出現舊有橋梁的服役壽命低于新建橋梁的特點。

上下部均不連接的加寬設計方法在廣佛高速的改擴建中使用［6］，但是在后期的運營使用過程中，橋面鋪裝出現損壞的現象，新建橋梁與舊有橋梁之間出現了不等同的撓度和沉降差異，瀝青路面也出現過很大的縱向裂縫和橫向錯位，嚴重影響橋面上車輛的運營安全。后續的這種連接方式中，直接采用橋面也不連接的方法進行處理。

3　新舊橋梁加寬的關鍵問題

新舊橋梁加寬的關鍵問題包含連接方式的選擇、基礎不均勻沉降、結合面收縮徐變和施工工藝等。

（1）連接方式的選擇。不同的新舊橋梁連接方式，對于主梁的受力行為和性能具有不同的影響，應該充分估測不均勻沉降和收縮徐變對結合面的影響，準確計算連接與不連接所存在的受力差別。

（2）基礎不均勻沉降。橋梁基礎的不均勻沉降是新老混凝土連接的關鍵引導因素，不均勻沉降對于連接體的受力安全具有重要導向作用，因而而言連接處的開裂和破壞，大都與基礎沉降相關，而新建橋梁的基礎沉降與舊橋梁的顯著差別也是較難避免的，數值大小與地址環境高度相關。

（3）結合面收縮徐變。新老混凝土連接的關鍵難題是新老混凝土的收縮和徐變效應，新澆筑混凝土受到舊混凝土的約束效應，澆筑時機不當會導致收縮開裂，而受力作用下新澆筑混凝土也有很大的徐變次應力效應。一般，可以通過加長新澆筑混凝土的養護齡期及拖長存梁時間，可以減少收縮徐變的影響。

（4）施工工藝。施工工藝和方法不同對于新老混凝土橋梁結構的不均勻沉降也有影響，另外施工工藝所要求的施工空間等問題，對于連接方式的選擇也有一定的影響作用。

4　結　論

橋梁的加寬建造是個復雜的工程，需要考慮新建造的橋梁對舊有橋梁的交通分擔效應，同時還需考慮與舊有橋梁的結合作用。論文總結高速公路加寬設計的基本原則，歸納了目前建設經驗下的新舊橋梁連接方法，包含上下部結構均連接、上下部結構均不連接、上部結構連接和下部結構不連接等方式，并指出了不同連接方式的主要影響因素和應用實踐。在總結上述經驗的基礎上，才能對我國高速公路的改擴建建設提供有效的解決手段。

［1］王法雨.高速公路橋梁加寬拼接技術［J］.公路，2011（7）:128-131.

［2］馮玉龍，萬娟，楊勇波.高速公路橋梁拼接加寬設計探討［J］.中國水運，2009（12）:166.

［3］劉濤.公路設計與交通安全之間的關系研究［J］.企業技術開發，2015，34（30）:144-145.

［4］王新.沈大高速公路加寬改造工程大中橋設計［J］.遼寧交通科技，2003（7）:29-30.

［5］吳云，李曉宏.滬寧高速擴建工程橋梁拼接施工［J］.現代交通技術，2005（1）:57-61.

［6］魯昌河，宋神友.廣佛高速公路新舊結構連接試驗段設計［A］.全國橋梁學術會議論文集［C］.2003.

U445.6

A

1009-7716（2016）07-0110-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.032

2016-03-13

黃曉東（1982-），男，廣東深圳人，工程師，從事路橋結構設計工作。