山區(qū)橋梁拓寬設計要點分析

許明舉

（江西省贛南公路勘察設計院，江西贛州 341000）

0 引言

橋梁拓寬工程作為一項復雜性工程，在拓寬設計階段必須要了解橋梁拓寬的設計原則，而后對常用的設計方法進行分析。按照拓寬工程項目的實際情況合理地選擇設計方式并且對設計過程進行全面管控，這樣才能夠將設計效果發(fā)揮出來。

1 橋梁拓寬的基本原則

在橋梁拓寬設計時，應該按照如下原則進行設計：

一是拓寬設計環(huán)節(jié)，應該綜合分析拓寬結構的沉降控制。如果拓寬結構沉降尺寸缺乏合理性，容易導致拓寬接縫的結構力學性能很差，無法達到規(guī)定的使用標準要求，也會影響橋梁的運行效果。因此，拓寬設計階段，需要選擇切實可行的應對措施，以消除新橋的沉降問題，提高安全性。

二是拓寬設計施工中，要保證交通和周邊環(huán)境不會發(fā)生任何的問題。因此，在拓寬設計階段，要綜合分析外部影響因素，避免外部環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

三是拓寬設計階段，拓寬結構要和舊橋達到一致性的要求，橋長、結構和跨徑尺寸保持完全一致，根據(jù)舊橋情況和交通狀況進行設計，確保新舊橋梁的連接性能合格。

四是拓寬設計時，應該綜合分析接縫位置可能產(chǎn)生的影響，確保新舊橋梁的結構在受到荷載的影響時變形協(xié)調一致。

五是拓寬設計時，選擇合適的施工工藝和技術尤為重要，要明確施工流程，保證接縫結構的質量合格。

六是橋梁拓寬后必須達到交通運行標準，強度、承載性能都符合要求，所以在設計上應該優(yōu)于舊橋，性能更加優(yōu)越[1]。

2 橋梁拓寬設計的常用方法

2.1 單邊、雙邊新建橋梁

單邊新建橋梁是拓寬的重要施工方式之一，在原有橋梁不能達到交通運行標準的條件下，應該適當?shù)卦黾訕蛄旱耐ㄐ袑挾龋员ＷC通行能力。如果原橋梁的交通運行不可中斷，就不能進行原橋梁結構的直接拓寬施工。此時，可以選擇應用單邊新建橋梁的方式進行施工，在舊橋梁一旁建設新橋梁，可以緩解交通通行的壓力，促進橋梁通行能力的提升。單邊新建橋梁的方式應該在不影響原橋梁通行能力的前提下開展建設施工，并且不會和原橋梁產(chǎn)生接縫的問題。雙邊新建橋梁是在原橋梁兩側建設新橋梁的形式，達到拓寬的效果。應用上述哪種橋梁建設方式，應該從拓寬功能、拓寬形式以及建設條件方面選擇[2]。

2.2 增設懸臂挑梁

增設懸臂挑梁的方式比較簡單，可以滿足橋梁拓寬的要求。在保證橋墩、承臺等不會產(chǎn)生損壞的情況下，通過對上部承載結構做出調整，保證加載滿足要求，達到拓寬標準。與此同時，還要拆除橋梁兩側的人行道欄桿，將上鋪層機構鑿除，重新鋪設到加固合格的橋面上，在人行道上設置懸臂梁、行車道上設置懸臂板的結構，重新安裝人行道欄桿，達到拓寬的效果。該方式應用到拱式或梁式橋梁運行效果良好，一般會選擇兩側拓寬的方式，且不需要拓寬橋墩，施工量較小，施工質量水平較高，應用效果良好，加寬部分的要求比較低，可以達到交通通行標準。

2.3 增設主梁

增設主梁的拓寬施工方式對于提升舊橋結構的承載性能方面有一定的幫助，增加的主梁剛度應該超過舊橋梁主梁的性能，保證原橋梁橫向分布系數(shù)減小。

2.4 橋梁拼接

橋梁拼接是目前比較常見的橋梁拓寬施工方式，具體包含新舊橋梁上下結構連接、上下結構不連接、上部連接這幾個方面。其一，上下結構連接的橋梁拓寬施工方式，能夠保證新舊橋梁結構的整體性合格，最大限度減少連接部位的形變問題，但是在上下結構都進行連接的情況下，因為新橋結構沉降不穩(wěn)定，會導致內力增加，發(fā)生裂縫的問題，給拓寬結構施工質量產(chǎn)生不良的影響，而且在荷載持續(xù)作用下，因新舊主梁結構存在差異，且兩橋梁的沉降方面也有不同，導致鋪裝層結構的損壞，影響橋梁的運行安全性。其二，上下結構不連接的拓寬施工方式，新舊橋梁的結構是分離設置的，新橋梁具備一定的獨立性，防止新舊橋梁之間發(fā)生相互作用，不會因為新橋梁結構沉降不穩(wěn)定而影響整體橋梁的穩(wěn)定性。其三，上部連接的形式，只連接橋梁的上部結構，下部不進行連接，上下結構采用分離的設計方式，避免上部結構對下部結構產(chǎn)生過大的影響，但是沉降問題也容易造成上部結構內力增大，產(chǎn)生質量隱患，給車輛運行安全性帶來不利影響[3]。

3 工程概況

某橋梁項目已經(jīng)無法滿足交通運行的要求，必須進行拓寬施工才能滿足使用的需要。根據(jù)技術人員的現(xiàn)場勘察和分析，確定橋梁拓寬改造工程的方式是將原有橋梁的護欄等附屬結構拆除，左右兩個方向各拼寬3.5m，單側可以增加交通通行能力，保證新橋和原橋梁結構形式保持一致性。上部結構應用的是30m 后張預應力空心簡支梁，下部則設計為柱式墩的形式。設計荷載完全滿足交通通行需要，跨越鐵路的運行安全性也符合要求。

4 拓寬方案比選

橫向連接是橋梁拓寬設計要重點考慮的方面，不同橫向連接結構的傳力形式方面有很大的差異，內力分配也會明顯不足，所以橋梁建設完成后運行效果有很大的差異。在比較常用的橫向連接方式中經(jīng)過比對分析發(fā)現(xiàn)，這幾種方式應用到該橋梁拓寬施工中，都有一定程度的缺陷。

其一，上下結構不連接的形式會有明顯的技術問題，在汽車荷載的作用之下無法實現(xiàn)協(xié)調變形的效果，下部結構的不同沉降差等問題容易導致橋梁鋪裝層結構損壞，對于橋梁運行安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響。

其二，上下結構連接形式的整體性能較好，但是因為新舊徐變上有明顯差異，新橋容易出現(xiàn)附加內力過大的情況，橋梁結構整體處于受拉狀態(tài)，上下結構的性能無法滿足要求。

其三，上部連接的方式內力過大是普遍存在的問題，結構損壞的問題也較為嚴重。在該案例的橋梁項目拓寬設計環(huán)節(jié)，綜合以上幾種拓寬施工方式的優(yōu)缺點，最終選擇使用上下結構連接的形式，保證橋梁結構的運行效果和質量，符合工程的運行標準。具體設計方案就是下部結構應用半剛性連接的方式，避免下部結構給上部結構受力造成負面影響，上部結構施工要避免受外力作用，保證新舊橋梁的變形協(xié)同一致，防止上部結構的損壞。

5 橋梁拓寬設計的分析計算

新舊橋梁的橫向連接結構制作為整體的結構形式，可以同時承受橋面荷載的作用，可以達到承載極限的要求，滿足極限狀態(tài)的運行需要，但是新舊橋梁的結構設計時序是不同的，需要選擇不同的計算標準，以保證結構設計參數(shù)符合運行的要求。根據(jù)以往的設計計算經(jīng)驗，在拓寬之后的整體結構設計標準選擇上，需要遵循的原則是實用性原則，即原橋原標準、新橋新標準。在實際的設計中，對于新建設的橋梁要根據(jù)新的標準和規(guī)范進行設計；對于舊橋的承載性能要達到最新的設計要求，但是極限狀態(tài)的參數(shù)設計只需要達到原設計標準即可。

在設計計算時，主要從下述幾個方面進行：一是原橋梁結構的整體性計算分析；二是拼接之后的舊橋進行整體性的計算；三是拓寬結構部位的節(jié)點進行驗算和分析；四是下部基礎結構的沉降情況驗算。在實際的計算過程中，嚴格做好下述幾個方面的計算工作：一是新建設的橋梁部分，使用預應力混凝土結構形式的橋梁，其收縮徐變可能給原橋梁結構造成影響。二是新建設的橋梁結構基礎沉降量對于原橋梁結構所形成的附加內力作用。三是拓寬橋梁部分的錯孔部位的設計，特別是三向預應力混凝土箱型橋梁的形式。在計算分析的過程中，要隨時關注和了解橋梁結構特性、邊界條件、新舊橋梁拼接方案的效果等。橋梁的拓寬改造設計環(huán)節(jié)，基礎沉降是重要的技術指標，必須展開全面的分析和研究。按照以往的實際經(jīng)驗，新舊簡支梁的基礎沉降差不能超過5mm，新舊連續(xù)箱梁的基礎沉降差不能超過10mm。在設計方案確定時，可以根據(jù)5mm 的標準進行驗算分析，錯孔設置的橋梁基礎結構的沉降差必須控制在5mm 以內。對以上各項允許偏差應該做好全面的控制，這對于新舊橋梁的拼接施工效果有著直接的影響，也會關系到橋梁的使用壽命，必須加強管理和控制，以確保橋梁工程的質量合格，這對于項目施工效果的提升有著積極的作用[4]。

6 拓寬方案連接設計

在橋梁拓寬設計環(huán)節(jié)，橋梁后期容易發(fā)生比較嚴重的沉降問題，進而導致新舊橋梁之間發(fā)生沉降差問題，造成蓋梁以及鋪裝層結構的損壞。為了防止發(fā)生這些問題，應采取下述措施。

第一，增加橋梁結構樁徑，提高結構性能，防止發(fā)生不均勻沉降問題。結合橋梁施工地點的實際情況，原有橋梁以及新建橋梁都使用摩擦樁樁基的形式。原有橋梁樁徑為1.2m，新建橋梁結構的直徑設計為1.4m。增加樁徑的設計方式可以保證結構承載性能以及單側摩阻力符合要求，完全能夠滿足橋梁運行安全性的要求。假設原有橋梁結構已經(jīng)達到穩(wěn)定沉降的標準，不會再發(fā)生沉降的情況，一般來說進行結構處理時，保證新建橋梁結構的沉降之和在5mm 以內，這樣就會保證新舊橋梁沉降差控制在5mm 以內，達到結構運行性能和標準的要求。

第二，通過使用半剛性連接方式，以減小新舊蓋梁附加內力。新舊蓋梁的懸臂應用植筋的方式連接形成整體結構，同時在蓋梁結構內直接埋設傳力鋼梁，避免因為混凝土表面存在過大的應力而出現(xiàn)拉裂的情況。蓋梁之間可以傳輸剪力，并且能夠傳遞彎矩。為了避免因為不均勻沉降而導致的下部結構開裂的問題，需要預留2mm 的沉降縫。新舊蓋梁在沉降差的作用之下，傳力途徑比較明顯，變形是協(xié)調一致的，還能夠預防形成過大的附加應力，不至于損壞結構的性能。但是這種設計方式對于外露鋼筋的防腐蝕性能要求較高，采取必要的防腐蝕措施尤為重要。之后，設計在縫隙內填充微膨脹混凝土進行鋼筋保護，實現(xiàn)蓋梁結構半剛性橫向連接。

第三，新舊橋梁縱向連接是拓寬設計的難點，橋面鋪裝縱向裂縫是橋梁拓寬施工的常見病害問題。無縫彈性伸縮縫鋪裝的方法，可以解決這些問題。彈性伸縮縫被大量地應用到實際中，進行橋面結構的保護與管控。在施工中，通過該技術進行新舊橋梁的鋪裝層連接作業(yè)，形成完善的整體結構形式。瀝青混合料路面的彈性性能良好，適應性較好，結構可達到無縫連接的要求，彈性性能可以吸收振動與變形，保證結構達到正常運行的標準[5]。

7 新舊橋梁基礎沉降差

橋梁拓寬拼接之后，新舊橋梁之間所出現(xiàn)的基礎沉降差是每個設計人員必須要考慮的問題。在目前的橋梁拼接施工結束后，新橋的基礎沉降會立即開始，而舊橋經(jīng)過長期的運行，其基礎的沉降已經(jīng)基本上處于完成的狀態(tài)，如果這時新橋的基礎結構沉降性能比較差，容易導致沉降量過大的情況，會給整個橋梁的結構性能造成不利的影響。如果拓寬施工的橋梁出現(xiàn)了新舊橋梁基礎沉降差過大的情況，會使橋梁結構變形量加大，主要是在新橋主梁、拼接縫、舊橋主梁的豎向方向發(fā)生變形的問題。因為混凝土結構的抗壓強度要明顯小于抗拉強度，所以沉降差出現(xiàn)之后，容易導致橫向拉應力過大的情況，一旦沉降差超出了混凝土抗拉強度的極限，即會造成新舊橋梁的連接處發(fā)生裂縫，導致主梁混凝土開裂或者支座脫空。在橋梁的運行中，發(fā)生上述裂縫問題后，雨水會逐步滲入橋梁結構內部，造成鋼筋腐蝕、膨脹等，進而導致橋梁損壞，影響正常的交通運行。從實際情況出發(fā)，橋梁的基礎沉降發(fā)生、發(fā)展的時間比較長，影響的因素也比較多，在分析新舊橋梁基礎沉降差對于橋梁產(chǎn)生的影響時，應該首先要了解沉降發(fā)生的規(guī)律，并且根據(jù)相應公式計算確定基礎沉降值參數(shù)。目前的樁基礎沉降值應該從基礎最終沉降量、基礎沉降隨時間變化等方面出發(fā)進行分析，主要計算方式有理論公式法與數(shù)值分析法等。為了能夠有效減小基礎沉降差，在橋梁拓寬設計中，要從下述兩個方面出發(fā)：其一，拓寬拼接的過程中，選擇分離式的橋梁上部結構；其二，新橋基礎結構處理中，保證沉降量控制在合理的范圍內，不會超出規(guī)定的標準。從實際應用效果分析，采取上部分離式的拓寬橋梁設計形式，其整體性較差、撓度差、美觀性不足。因此，目前廣泛應用的橋梁拓寬形式是能夠有效減小沉降差的施工形式，以保證拓寬后的橋梁性能合格、運行安全。

8 結語

綜合以上分析，在山區(qū)橋梁工程拓寬設計階段對于設計的參數(shù)要求非常高。因此，作為設計人員必須要了解山區(qū)橋梁拓寬工程項目標準，同時深入實際現(xiàn)場做好相關的勘察工作與設計參數(shù)的選擇，這樣才能夠提高橋梁拓寬工程的設計水平，為推進我國橋梁工程的不斷發(fā)展貢獻一份力量。