關于舊橋利用拼寬設計的探討

張波

（天津市市政工程設計研究院佛山分院）

近20年來，我國交通運輸行業發展迅速，較多運營中的公路因交通量急劇增長已不堪重負，須對其進行改、擴建。另外，新增高速公路與已建高速公路相交時須增設樞紐互通，也須要對已建高速公路進行改、擴建。橋梁作為高速公路的重要組成部分，橋梁拼寬技術相對路基更為復雜，施工難度更大，且保通難。因此，橋梁拼寬技術是高速公路改擴建項目能否順利實施的關鍵前提。本文通過某大橋橋梁拼寬加固設計，為同類型的橋梁擴寬改造提供借鑒參考。

1　橋梁設計概況

1.1　舊橋概況

某現狀大橋全長100m，跨徑組合為5×20m，橋面總寬12m，橫向布置為0.5m（防撞欄）+11.0m（車行道）+0.5m（防撞欄）。上部結構采用預應力混凝土空心板梁，單幅單跨設置11片空心板，板高90cm，中板板寬99cm，邊板板寬137cm（懸臂38cm）；橋臺采用輕型橋臺，橋墩采用樁柱式橋墩。橋面采用連續的10cm厚現澆混凝土層，上面鋪設防水層及10cm厚瀝青混凝土鋪裝層。本次設計之初，對舊橋進行了全面的病害調查，其檢測結論如下：

舊橋通過荷載試驗及極限承載力檢算，現有承載力能滿足正常使用功能，故道路改擴建時，可保留舊橋的上、下部結構繼續使用。

1.2　橋梁拼寬設計原則

（1）安全可靠：原橋按舊規范設計，安全儲備相對較少。不應增加舊橋的荷載。

（2）交通舒適性：新舊橋梁的交匯處在交通車道范圍內，需要對新舊橋梁進行可靠的連接，保證交通舒適性。

（3）施工方便：目前橋梁交通繁忙，施工過程中不得中斷交通。1.3拼寬橋梁設計概況

擬建拼寬橋梁設計采用左幅完全新建，右幅兩側拼寬形式進行設計，采用與現狀舊橋一致的跨徑組合和結構型式，為5×20m預應力空心板橋，結構簡支，橋面連續。與拓寬道路相配合，對護欄進行拆除，刨除瀝青混凝土鋪裝和整體化現澆層，重做橋面鋪裝，通過橋面補強，提高舊橋安全儲備。新建橋梁采用城-A設計荷載。

圖1　新舊橋拼寬橫斷面圖

2　新舊橋上下部連接方式的選擇

拼接形式的選擇直接關系到橋梁結構的安全性和可靠性，直接影響到橋梁的施工和維護。根據以往的實踐經驗，聯系主要有三種形式。

2.1　上下部分不連接

優點：舊橋與新橋之間沒有聯系。施工難度低，對目前交通的影響最小。

缺點：在活荷載作用下，兩橋縱向不均勻撓度，新舊橋梁基礎之間的不均勻沉降，將成為瀝青路面損傷連接的一部分，容易形成縱向裂縫，并穿過橋到錯站。

2.2　上下各部分連接

施工時先將原現澆橋面的一部分拆除，在新橋與舊橋的連接處安裝鋼筋，再與新橋橋面現澆層一起澆筑。舊橋的橋墩、橋臺梁、系桿通過種植鋼筋與新橋相應部位連接，再澆筑混凝土將舊橋與新橋相連。

優點：橋與原橋連接，減少了新舊橋梁在各種荷載作用下的不平衡變形。

缺點：由于新舊橋梁上部結構混凝土梁的變形不一致，新舊橋梁的基礎沉降不一致。在下部結構的連接處容易產生裂縫。同時下部結構采用種植筋技術，造價高，施工復雜。同時，在當前交通不中斷的情況下，有必要考慮如何保證混凝土接頭的質量。

2.3　上部結構連接，下部結構未連接

拆除橋面護欄、鑿除側邊1m范圍內的橋面現澆層內，新老橋的接縫處設置加固鋼，再澆筑新橋橋面現澆層。下部結構及基礎無聯系。

優點：對上部結構有利，下部結構單獨受力，施工方便，降低成本，整體性好，能很好地控制橋面縱向裂縫的產生。

缺點：新舊橋基沉降不均勻易導致聯系處開裂，影響原有道路交通。需采取有效措施控制新舊橋的混凝土接縫的現澆質量和變形。后期養護和使用過程中應特別注意接縫位置的管養和檢查。

第三種連接方法在工程實踐中得到了廣泛的應用。上部結構梁體之間的緊密連接使其能夠適應新舊大橋的不均勻沉降，具有良好的耐久性。需要注意的是，需要采取有效措施來控制地基的沉降。上部結構本身產生的附加內力可以通過增加鋼筋和改進節點結構來解決。

因此，本項目的老橋采用第三種連接方式，即上部結構連接，下部結構不連接。

3　上部結構連接方式的選擇

本項目舊橋的上部結構為空心板梁。將舊橋面外側墻式護攔拆除并鑿除部分混凝土。新老空心板連接方式考慮以下幾種方案：

3.1　改造邊板為中板（鉸縫鉸接）

首先將現澆橋面板橫向從翼緣邊緣往內50cm范圍鑿除，扳起橫向鋼筋，鑿去翼緣，再從預制板頂面往下一定深度，從板外側往內4～5cm范圍內鑿去混凝土，并鑿毛側面，與之相連一塊新的中板。

這個方案的優點是拼接后橋梁的橫向布置類似于新建橋梁的橫向布置，在施工期間，交通干擾很小，但鑿除舊橋邊板懸臂及梁體混凝土時會對舊橋產生一定程度上的破壞，需要特殊的空心板設計。本方案對施工要求較高，經濟性稍差。

圖2　改造邊板為中板方案示意圖

3.2　采用原邊板（鉸接）

將舊橋邊板橫移到加寬橋的最外側，新舊橋間剩余部分重新鋪設新的梁板，再施工橋面系。

3.3　直接拼加新板（鉸縫鉸接）

鑿除舊橋部分橋面系，在舊橋邊板植筋（預埋鋼筋），新舊橋通過橋面系鋼筋相連。該方案對原有橋梁結構的干擾最小，對舊橋的破壞最小。

圖3　直接拼加新板（鉸縫鉸接）方案

該方案具有施工簡便、周期短、施工干擾少、對老橋板損傷小等優點，較好地保持了其承載能力，缺點是新橋連接體的完整性差、運行后容易出現縱向裂縫。

3.4　直接拼加新板（鉸縫剛接）

本方案與前一上方案相似，區別是本方案在新舊橋間每2m設置一道寬50cm的橫梁，利用橫梁和橋面鋪裝將新舊橋連接一體。施工前鑿除舊橋邊緣1m范圍橋面鋪裝及整體層，在橫梁位置處的舊橋邊板植筋，新橋邊板預埋鋼筋，澆筑C50特快硬性混凝土至整體層頂面。

圖4　直接拼加新板（鉸縫剛）方案

本方案的優點是拼接后新舊橋的連接較牢固，整體受力好，對行車影響較少，缺點是造價較高，施工難度較大，對新舊橋的結構受力影響較大。

綜合比較，對空心板梁的拼接推薦改造邊板為中板（鉸縫鉸接）方案進行擴建。

4　拼寬橋梁設計要點

（1）在橋面系設計中，拼寬橋與舊橋之間設置縱向伸縮縫，縱向伸縮縫能適應左右兩部分的不同沉降（垂直運動）和沿橋梁軸向的錯位（水平運動）。避免了整體攤鋪瀝青混凝土面層后在新舊橋交界處產生的縱向裂縫。

（2）考慮到新建拼寬橋梁在運營期汽車荷載的作用下，梁體撓度變形、橋梁整體沉降量均大于舊橋，拼寬橋梁設計時充分進行了拼寬橋梁的沉降模擬計算，因舊橋樁基類型為摩擦樁，新建拼寬橋梁采用的摩擦樁樁長比舊橋要長。

（3）新建拼寬橋梁靠舊橋側邊板需設置翼板，以滿足拼寬橋蓋梁擋塊所占的橫向距離，確保新舊橋橋面統一完整，同時翼板需做好強度及變形的核算。

（4）因舊橋空心板梁施工工藝及精度問題，導致新建拼寬橋與舊橋相接處邊板的翼板寬度有一定變化，在施工過程中，必須做到精確測量，精確控制。

（5）橋面系標高設計過程中，應結合舊橋現狀橫坡、縱坡，進行橋面系的標高擬合，在滿足橋梁排水坡向的同時，還應考慮舊橋橋面補強及面層鋪裝的影響。

5　結束語

橋梁的拓寬關系到整個道路改造的成敗，關系到交通的通暢和國家交通產業的發展。因此，需認真對待改、擴建項目，在橋梁受力、縱向接縫施工技術等關鍵問題上進行了廣泛的比較分析，總結經驗、開拓創新，為促進公路橋梁整體技術改革的發展做出貢獻。