公路橋梁拓寬拼接設計關鍵問題分析

聞龍

摘要：隨著我國經濟的快速發展，公路交通流量越來越大，造成既有公路運輸無法滿足現有交通需求。為改善這一不利現狀，公路拓寬已成為緩解交通壓力的重要手段。在公路拓寬建設中，橋梁工程的拓寬拼接是其中的重點和難點。在役橋梁拓寬拼接后，新舊橋梁的力學性能將會互相影響、互相制約，給橋梁拓寬拼接設計與施工均帶來了較大挑戰。因此，合理的拓寬拼接方式尤其重要，不僅可以保證拓寬拼接橋梁的協同變形與受力，還能有效提升公路通行能力。

關鍵詞：公路橋梁;拓寬;拼接;問題

引言

近年來，隨著城市化的快速推進和經濟的持續發展，城市公路橋梁也不斷地向外拓展和延伸，相應地對城市公路橋梁改造的需求也在不斷提高。作為城市基礎設施建設的一個重要環節，公路橋梁改造可以為車輛行駛的安全性提供保障，但在同時也會對周邊的環境造成比較大的影響，因此在改造設計過程中需要對目標、經濟性和環境影響進行綜合考慮和權衡。

1公路橋梁拓寬拼接的基本原則

（1）在對橋梁進行加寬改造的過程中，需要對現有的橋梁結構進行充分利用，避免出現不必要的費用支出;（2）在完成加寬改造后，橋梁上下部結構必須能夠與舊橋保持一致，新舊橋梁的受力狀態、溫度變形等也應保持一致;（3）如果舊橋梁本身存在較多問題，在加寬改造過程中，應采用分離式新建橋的方式，而不能直接在現有橋梁的基礎上進行拼接;（4）需要擴大基礎的橋梁，在改造過程中必須對地基基礎進行特殊處理，提升基礎結構的穩定性和可靠性。

2橋梁拓寬拼接方案

2.1上下全部連接

這種加寬方式是對加寬方式和舊橋的上下結構都進行連接，加寬區域和舊橋的連接采用的是橫梁植筋的方式，然后通過澆筑形成整體，可以有效避免連接區域形變的問題。主梁的連接可以通過橫隔梁和翼板實現，也可以單純地連接翼板。一般情況下，不會在僑聯設置分隔帶，而在拆除欄桿和人行道后，舊橋邊梁承受的荷載量會增大，容易出現邊梁無法承受壓力的情況。對此，應做好新舊主梁的剛性連接，保證各區域之間受力的合理性，新主梁的剛度應超過舊主梁。在實際應用中，上下全部連接的加寬方式也存在一定的不足，即原橋梁基礎沉降較小，附加內力大，橋梁上下方連接區域很容易出現開裂的情況，想要再次修復難度很大，而且植筋作業的施工比較繁瑣，成本造價高。

2.2上下全不連接

這種加寬方式是將舊橋梁和加寬區域的上下部分全部分離，對間隙進行合理控制，通過橋面鋪裝實現兩者的有效連接。該方案能夠將新舊橋的橋面和梁分離，留出一定空間，兩者的受力互不影響，橋梁上方也不會出現基礎沉降以及收縮徐變的情況。考慮到橋梁承載力要求變高后，舊橋主梁可能無法達到新標準，因此該方法適用于加寬區域可以獨立設置車道，同時經分隔帶分離的橋梁。對于大跨徑橋梁，受各種因素的影響，連接面加固的技術要求較高，可以采用上下全不連接的方式，因為其不存在技術層面的困擾，操作相對簡單。但受車體活載情況的影響，加寬后的橋梁沉降比舊橋更大，新舊橋梁撓度的不同步容易在鋪裝區域引發開裂問題。

3混凝土收縮徐變

事實上，混凝土的收縮與徐變是完全不同的2個概念。收縮是指在混凝土凝結初期或者硬化過程中出現的一種體積縮小的現象;而徐變是指混凝土在長期荷載作用下所產生的變形。據相關研究，混凝土收縮徐變的影響因素主要有混凝土的齡期、構件厚度、水灰比、空氣濕度、環境溫度等。收縮徐變過程除了會導致預應力損失，還會影響梁體結構的線形。混凝土收縮徐變對新舊橋梁結構的影響主要是新舊橋梁的齡期差造成的。根據我國《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》，橋梁需要考慮10a的混凝土收縮徐變的影響。對于拓寬拼接橋梁，舊橋相對于新橋齡期較長，大多數情況下超過了10a，因此，新舊橋梁混凝土收縮徐變并不同步，可以近似認為舊橋相對于新橋不發生收縮徐變，這將會導致拓寬拼接后的新舊橋梁在結構受力與變形方面產生差異，進而導致結構質量問題，嚴重情況下會威脅行車安全。在開展橋梁拓寬拼接設計時，應充分考慮新舊橋梁混凝土收縮徐變差異對結構附加內力的影響，并采取一定的技術措施來保證舊橋結構的承載力與剛度，從而保證橋梁安全。實際上，混凝土的收縮徐變是隨著時間逐漸發展的，分析混凝土收縮徐變對結構內力的影響是一項非常復雜的任務，要對其作用過程進行分析，提高評價精度。通常分析新橋收縮徐變對舊橋結構的影響可分3步：首先，假定新舊橋梁結構之間不存在連接，計算某一個時段內新橋混凝土收縮徐變大小;其次，考慮新舊橋梁連接的影響，根據新舊橋梁變形協調條件，建立方程，進而獲得連接面上收縮徐變產生的內力;最后，根據求得的連接面內力，進一步求解節點位移，并將節點位移代入單元剛度方程，求得各節點的內力。

4新舊橋梁基礎沉降差

對于橋梁拓寬拼接而言，新舊橋梁基礎沉降差也是不可避免的一個關鍵問題。在橋梁拓寬拼接完成后，新橋的基礎沉降開始發展，而舊橋基礎的沉降則接近完成狀態，此時，如果新橋基礎地基條件不好，可能過早出現沉降過大的情況，將會影響橋梁結構。新舊橋梁基礎的沉降差對橋梁結構的影響主要體現在變形上，具體為新橋主梁、拼接縫、舊橋主梁在豎向上的變形，由于混凝土的抗拉強度遠低于抗壓強度，沉降差引起的橫向拉應力成為控制因素，當沉降差達到混凝土抗拉強度極限時，可能會引起新舊橋連接部位產生順橋向的裂縫、主梁混凝土開裂及支座脫空。在服役過程中，雨水可能會滲入裂縫，影響橋梁結構的耐久性。事實上，橋梁基礎的沉降是一個漫長的發展過程，而影響因素較多。在分析新舊橋梁基礎沉降差對橋梁結構影響時，應首先明確基礎的沉降規律，然后，根據相關公式計算樁基沉降值。當前，樁基沉降值的計算大體可分為2部分：基礎的最終沉降量和基礎沉降隨時間的變化過程。主要計算方法有理論公式法（如分層綜合法）和數值方法（如有限元法）。為減輕或避免基礎沉降差對新舊橋梁結構的影響，在拓寬設計過程中，可以考慮采取以下2種方法：（1）進行拓寬拼接時，將上部結構做成分離式;（2）對新橋基礎進行處理，進而確保其沉降值控制在一定的許可范圍內。事實上，將上部結構做成分離式是存在一定弊端的，如結構整體性削弱、會產生明顯的撓度差、影響結構美觀等。

結束語

當前，既有公路網絡已無法滿足現代交通運輸的需求，開展公路改擴建是解決這一問題的重要手段，而橋梁拓寬拼接是公路改擴建的重中之重。為此，本文對上述3個關鍵問題進行了分析，并提出了相應的技術策略，即在拼接方案方面推薦采用上下全部連接、上下全不連接的方法。進行混凝土收縮徐變分析時，應提前預估新橋收縮徐變對橋梁結構的影響。進行基礎沉降差控制時，應通過技術措施將新橋沉降控制在一定范圍內的參考和指導。

參考文獻

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