拓寬橋梁新舊基礎不均勻沉降及其對上部結構影響的研究

朱新安

摘 要：一些建設時間早的公路經過長時間的使用之后已無法滿足日益增長的交通流需求，需要對其進行拓寬來確保其使用功能。對橋梁的拓寬通常采用下部結構新建，上部結構剛接或鉸接。由于新建的下部結構與原本老橋的下部結構之間會出現不均勻沉降，導致了橋梁上部結構中會出現附加應力，會對結構造成影響。本文通過對橋梁拓寬進行研究，探究拓寬橋梁基礎不均勻沉降以及對上部結構帶來的影響。

關鍵詞：橋梁;拓寬;不均勻沉降;影響

0 引言

橋梁基礎沉降是一個漫長的過程，經過長時間的運營之后，橋梁基礎的沉降才會趨于穩定。而對舊橋進行拓寬之后，新建部分的橋梁基礎沉降需要經過很長的時間才會達到穩定，這就會導致新舊橋的基礎之間出現不均勻沉降，進而對上部結構帶來影響[1]，尤其是對拼接部分的梁板，基礎的不均勻沉降導致在該部位出現附加內力，給拓寬部分的橋梁帶來安全隱患。因此，注重拓寬橋梁基礎的不均勻沉降，確保其整體質量是一個需要重點關注的問題。

1 橋梁拓寬方法研究

受到地形地貌以及工程投資的影響，橋梁擴寬的形式會存在差異。拓寬方式的選擇是橋梁拓寬工程的重要內容，對橋梁拓寬之后的受力形式以及運營質量起著決定性作用[2]。而且加寬與連接方式的不同，也會對工程成本以及施工難度帶來影響。因此，在進行拓寬形式的選擇時，要根據工程所在地的地質條件以及公路的運營需求來選擇安全合理且經濟的橋梁拓寬方案。

1.1 拓寬方案

1.1.1 單側分離式拓寬

單側分離式拓寬是在原橋的一側新建一座結構形式以及跨徑相同的橋梁，該方案不需要與舊橋進行拼接，具有不影響舊橋通行且施工方便的特點。適用于單側空間受限無法進行雙側分離式拓寬，以及施工難度大的大跨度橋梁拓寬。這種拓寬形式由于新舊橋之間并不搭接，因此基礎的不均勻沉降對其上部結構不會帶來過大的影響。

1.1.2 雙側分離式拓寬

雙側分離式加寬是在舊橋兩側分別新建一座結構形式以及跨徑相同的橋梁，新橋與舊橋上部結構不連接。這種方案適用于舊橋兩側有足夠空間的情況，通常應用于舊橋承載力較差的拓寬工程，多用于對低等級公路橋梁的拓寬。與單側分離式拓寬方案相同，該方案橋梁上部結構受到來自基礎不均勻沉降的影響也不大。

1.1.3 單側拼接式拓寬

單側拼接式拓寬是在原橋的一側對其進行拼接加寬，適用于擴寬部分較窄的橋梁拓寬工程，拼接完成之后在沿路線走向方向存在一條縱向的拼接縫。單側拼接拓寬施工工藝相對復雜，由于需要對橋面橫坡重新進行構造，在施工期間需要封閉交通。而且，進行單側拼接加寬之后橋梁的中心線會往加寬側偏移，對路線的線形也會帶來一定影響。由于上部結構相連，因此新舊橋基礎的不均勻沉降對上部結構會造成比較大的影響。

1.1.4 雙側拼接式拓寬

雙側拼接式拓寬多采用對稱式拓寬，即在舊橋的兩側新建與原橋跨徑相同的橋梁。雙側拼接式拓寬是現階段公路改擴建工程中應用最廣泛的一種形式。與單側拼接式拓寬相比，橋梁的中心線不發生偏移，不會對路線的線形產生影響，也不需要重新構造路面橫坡。但是，新橋與舊橋之間有兩條縱向拼接縫，整體性相對較差，上部結構受到來自基礎不均勻沉降的影響更大，且工程量相比于單側拼接式拓寬更大。

1.2 新舊橋之間的連接

1.2.1 新舊橋上下部結構均不連接

該方案的優點是舊橋與新橋相對獨立，各自承受荷載且互不影響。在進行拓寬施工時舊橋的使用功能不會受到影響。但這種方案也會帶來一些缺點，即舊橋與新橋的主梁在車輛荷載作用下會產生不同的撓度，使拓寬部分的變形要大于舊橋的變形，會引起拼接部分橋面鋪裝的破壞[3]，對后期的維護工作帶來不便。

1.2.2 新舊橋上下部結構均連接

該方案可有效的對基礎不均勻沉降以及荷載問題進行改善，且能減小溫度對橋梁收縮帶來的影響，適用于寒冷地區的橋梁拓寬方案。但是由于新舊橋之間的梁板發生形變的程度存在差異，會導致蓋梁等結構處出現裂縫。通常對蓋梁的連接需要采用植筋來進行，不僅成本高，而且還需要對舊橋的蓋梁進行部分的拆除，工序繁瑣且對舊橋的影響較大。

1.2.3 新舊橋上部結構連接、下部結構不連接

上部結構相連可保障橋梁通行順暢，下部結構不相連可對橋梁承受的荷載進行分散，在降低基礎不均勻沉降的同時還可緩和拼接處的附加應力。由于拼接處采用現澆混凝土進行施工，會導致橋梁在美觀度上存在一定的不足，而且拼接處易產生裂縫，施工的關鍵技術是確保拼接處混凝土在養護與后期使用中不會發生較大變形。

2 不均勻沉降對上部結構的影響

2.1 沉降模式假設

由于舊橋的基礎沉降經過長時間的運營已基本趨于穩定，故將舊橋的基礎沉降假定為零。由于新舊橋之間由拼接構件相連，對靠近舊橋的新橋主梁有較大的約束，而隨著距離的變化，對遠端的主梁約束則較小，根據以往的研究表明，約束的減小近似線性變化。

2.2 影響因素研究

本文選擇截面配筋、不均勻沉降值、新橋寬度以及拼接寬度為影響因素對基礎不均勻沉降對上部結構的影響進行研究。且對每項因素設置極值范圍，其中截面配筋的極值分別根據最小配筋率與最大配筋率來確定;不均勻沉降值參考相關文獻的研究設定為5 mm，且作為定值;新橋寬度最小值為單條車道寬度，最大值為舊橋寬度;拼接寬度最小值為0.2 m，最大值為1 m。

2.3 不同因素對上部結構內力的影響

截面配筋率的變化對拼接部分上緣橫向拉應力有一定影響，且這種影響與截面位置相關，由支座向跨中位置影響逐漸變弱，支座處應力變化相比于跨中處要大很多。當不均勻沉降值為定值時，對支座附近的縱向拼接縫處截面內力產生的影響最大，且由支座向跨中方向逐漸減弱。拓寬寬度與拼接寬度對上部結構內力的影響變化規律也是相似的，隨著寬度的增加，拼接處所受到的拉應力會逐漸減小，且由支座向跨中方向逐漸遞減。

2.4 不均勻沉降對上部結構變形的影響

當新舊橋梁基礎發生不均勻變形時，如果新舊橋之間采用弱剛接，則新橋基礎發生的沉降全部由其自身承擔，不會對舊橋產生影響;而采用強剛接時，新橋產生的部分沉降會傳遞到舊橋并由其部分結構來承擔，導致舊橋部分結構出現變形。因此，采用弱剛接的拓寬橋梁相對而言更容易在拼接縫處出現橋面結構的破壞，很有可能產生較為明顯的錯臺現象;但是采用強剛接的拓寬橋梁會由于新橋的沉降導致舊橋部分主梁發生豎向沉降以及橫向位移。

3 結語

隨著公路改擴建建設工作的逐步推進，對橋梁的拓寬改建得到了廣泛的應用。但是新舊橋之間基礎的不均勻沉降問題會給擴寬工程的質量帶來很大的隱患，如何對其進行解決是一項值得深入研究的問題。本文以橋梁拓寬為研究對象，對現階段橋梁拓寬方案進行研究，并對不均勻沉降對橋梁上部結構的內力變化及變形影響進行研究，并得到一些結論，能夠對橋梁拓寬工程帶來一些參考。

參考文獻：

[1]胡文華.不均勻沉降對拓寬橋梁拼接板受力影響研究[J].公路交通技術，2012（5）：98-102.

[2]李子豪.拓寬橋梁新舊基礎不均勻沉降及其對上部結構影響的研究[D].北京：北京交通大學，2019.

[3]周明利.高速公路橋梁拓寬中的問題[J].交通世界，2017（1）：136-137.