高速公路改擴建橋梁設計關鍵技術研究

劉 洋

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081)

0 引 言

在交通運輸系統中高速公路有著舉足輕重的地位，具有運輸成本低、行車速度快、通行能力強的特點，為社會帶來了巨大的經濟效益，為人們的生活提供了便利。社會的快速發展讓交通量不斷的增加，這就給之前建造的高速公路帶來了巨大的運輸壓力。到目前為止，之前建成的大多數高速公路已經不能滿足現如今的交通需求，一些高速公路也正在超負荷運營，長此以往也會限制社會的發展。因此，要根據實際的情況，對過去建設的一些高速公路進行適當的改擴建，這樣不僅可以緩解交通壓力，還能提高高速公路的安全性和穩定性。起初對于高速公路的改擴建僅限于對路面的加鋪，但是隨著擴建項目的逐步發展，對于橋梁的擴建也日漸增多。橋梁作為高速公路中重要的一部分，其在建設時就有一定的復雜性，所以在改造的過程中，更應該將其作為重中之重。

1 橋梁構造物改擴建現存的問題

對于橋梁構造物的改擴建存在著較多的問題，以下列舉了幾項主要的問題如圖1所示。

圖1 橋梁構造物改擴建現存的問題

1.1 新舊構造物之間沉降差

對于加寬的橋梁來講，新舊基礎的沉降差是一個比較嚴重的問題，原有的基礎沉降已經基本穩定，然而新擴建的橋梁基礎沉降才剛剛進行。因此，新老結構基礎之間勢必會存在著沉降差，應當將沉降差控制在一定的范圍之內，避免新結構對老結構之間產生過大的附加力，在設計的過程中應當根據實際的情況，對沉降差的容許值進行全面的分析。

1.2 新舊上部結構之間的縱向接縫處理

在方案制定時，不僅要在橋的兩側采用同樣跨徑和結構的橋梁進行拼接加寬，而且在整個加寬拼接的縫隙還應當控制在加寬后的結構車道內。所以，基于這樣的背景，要結合公路橋梁的實際需要，使得拼寬橋梁在運營的過程中有足夠的耐久性以及平順性，在設計的工程中要盡可能的減少縱向的拼寬接縫。

1.3 凈空不足的橋梁處理

早期建成的部分高速橋梁，其凈空的高度不足，已經嚴重的限制了出行以及交通的發展，尤其是一些通道不滿足消防車輛通過的要求，這也是橋梁改擴建的重要問題。

1.4 降低對原有構造物的破壞

在橋梁改擴建的過程中，為了可以更好的連接新舊結構，施工人員會不可避免的將原有的結構配筋鑿出。但是在開鑿的過程中，一定要盡可能的降低對原有結構的破壞。盡可能少改變原有構造物的結構，充分的利用原有的構造，發揮整體作用，避免采用隨意拆除的行為。

2 高速公路橋梁改擴建的設計原則

對于高速公路的改擴建設計一定要做到因地制宜、對癥下藥。每段高速公路都有其獨特之處，不能生搬硬套其他地的改建方案，橋梁的施工本身就具有一定的復雜性及難度，因此一定要結合實際情況，采取有效的措施，保證改擴建方案的合理性以及科學性。所以對于高速公路橋梁的改擴建設計有以下幾個基本原則。

(1)在設計工作開展之前，首要的任務就是對現場的詳細勘察以及對資料的收集。主要包括對現場的地質地層情況，確定地基是否需要處理，對原有橋梁的整體結構性進行檢測，確定薄弱的區域，對需要加固的區域進行重點的標記。收集該段高速公路的相關資料，也包括公路橋梁的原有施工圖、原有橋梁的性能、使用年限等各方面的實際情況。設計人員在設計進行之前務必將原有構造物的相關情況掌握清楚，避免在設計的過程中忽略某些因素而出現較大的偏差。

(2)設計人員在設計改擴建方案的時候，一定要綜合考慮新結構橋梁的下部結構、上部結構以及基礎的設置，同時要結合施工方的需要以及施工方的方案，對改擴建的方案進行精準的設計，要在最大程度上將新舊結構的變形差降到最低。

(3)與原有的橋梁盡可能的相同，對于新建的橋梁，不管是在橋的長度、結構形式還是跨徑的布置方面，原則上都要與原有的橋梁相同。這樣做的目的也是為了讓新舊橋梁盡可能變形協調，減少新老橋梁之間的不均勻沉降。

(4)對老橋梁來講，要盡可能的做到少破壞，將原有的結構損傷降到最低。在達到目標的基礎上要做到能小改不大改，對于薄弱的區域可以進行一定的修復和養護措施，對原來的橋梁進行加固等處理。原有的結構經過多年的使用，基本上已經達到了穩定的階段，對結構某一區域的破壞可能會影響整體結構的穩定性，要格外注意對原橋的后期養護處理。

(5)在施工的過程中不會影響橋梁的正常運行，同時還必須要做好施工的成本以及工期的控制。設計方案要與當前的施工原則相符合，在改擴建的過程中要遵循經濟環保的理念，保證工程施工的安全、經濟與環保。要盡量的根據原橋的結構特點來進行改建，提高對土地的利用率，同時做出多種方案進行對比，這樣不僅環保還可以降低工程造價。

3 高速公路橋梁改擴建的關鍵設計要點

3.1 橋梁拼接加寬

圖2 新舊橋上、下部結構均不相連

新舊橋梁的拼接方式主要有三種，其一為上、下部結構均不相連的方式如圖2所示，這種方式主要適用于較大的交通量但不中斷交通的情況。這種方式的優點就是可以邊加寬邊施工。原有的橋梁和加寬新建的橋梁之間是相互獨立的，它們之間相互是不影響的，受力比較明確，施工的難度相對來說比較小，施工的工序也也比較簡化，對原有公路的正常運行沒有影響。但是這種方法也有其不利的地方，在施工的過程中會受到來往車輛的影響，新建的橋梁要比原橋梁產生更大的變形，在新舊兩橋連接的位置，瀝青鋪裝層會產生更大的破壞，甚至產生縱向裂縫，影響行車的舒適感以及安全性，造成了路面的不美觀，同時也增加了橋面后期的養護成本。

其二為上下結構均相連如圖3所示，這種方式會讓新舊結構更好地結合在一起，這會很大程度的減少由于溫度荷載、汽車荷載等引起的過大變形。但是新舊兩橋的混凝土變形存在著較大的差異，會導致加寬橋梁產生更大的附加應力，會在墩臺、蓋梁連接處產生裂縫。而且這種方式在施工的過程中需要封閉交通，對車輛的通行會產生一定的影響。

圖3 新舊橋上下結構均相連

其三為上部連接下部不連接的結構，這種方式也可以邊加寬邊通車，對車輛的通行影響較小。這種方式是結合了以上兩種方法的優缺點。這樣新舊結構之間的影響就很小，而且上部結構對下部結構造成的內力影響也更小。充分的考慮了新舊橋梁拼接部位兩側主梁在變形和剛度可以協調一致，同時也避免了出現縱向的接縫。

3.2 荷載標準

隨著公路新技術標準和規范的出臺和更新，公路的設計荷載最初為汽-超20，現變為公路I級。對于早期修建的橋梁，依據老規范進行的設計施工，而現在已經無法滿足新規范的要求。針對這種情況，在進行設計的過程中就要區別對待新舊橋梁，對于舊橋梁采用舊標準，而對于新橋梁采用新標準。拼寬前需要對舊橋梁進行檢測驗算，倘若舊橋梁不符合要求，需要對舊橋梁采取加固措施，盡可能的使得舊橋的承載力在加固之后也能達到要求，滿足交通運輸的需求，提高改建后橋梁的安全性能。

4 結束語

社會的不斷發展， 交通行業的不斷進步，導致原有的高速公路已經不能完全滿足現如今的交通需求，對高速公路橋梁的改擴建工作已然成為了目前交通行業發展的重中之重。因此，本文通過對該問題進行分析，從新舊構造物之間沉降差、新舊上部結構之間的縱向接縫處理、凈空不足等方面分析了橋梁構造物改擴建現存的問題。并針對這些問題，提出了在改擴建設計工作中應當遵循的原則。最后從橋梁拼接加寬方式以及荷載標準兩個方面來系統的闡述了高速公路橋梁改擴建中所需要注意的關鍵設計要點，對高速公路橋梁拼寬工作具有較強的指導意義。