公路橋梁加寬設計方法研究

魏永忠

（四川公路工程咨詢監(jiān)理有限公司,四川 成都 610041）

0 引言

在我國社會經濟快速發(fā)展的背景下，我國公路交通量日益增長，一些建設年代久遠的公路通行能力達到上限，無法滿足交通量增長的需求，這需要建設新的公路或對現有公路進行拓寬改造。

建設新的公路，選擇新的走廊帶會占用大量土地資源，且投資較大，而對原有公路進行擴建則成了一個較優(yōu)的選項，可以節(jié)約用地、減少投資。橋梁的加寬設計是公路擴建項目的一個重難點，該文從公路橋梁的加寬設計方案、結構連接方式、存在的問題等方面對公路橋梁加寬設計進行分析和介紹。

1 橋梁加寬方案

1.1 橋梁加寬原則

公路橋梁加寬設計，涉及新建橋梁的橋型方案、舊橋的評估利用、加寬橋梁與舊橋的銜接方式，應根據具體項目的特點，選用合適的加寬方案。

公路橋梁加寬設計的重點是處理好既有結構的利用以及新結構和既有結構之間的關系，處理的方式會影響加寬結構的設計方案。橋梁加寬設計應收集既有橋梁的設計文件、地勘資料、交竣工資料、檢測報告等資料，并對既有橋梁詳細進行測量，根據項目特點對橋梁的加寬方案進行針對性研究，兼顧加寬部分和既有結構形式協(xié)調性、相互之間受力影響等因素。

公路橋梁加寬設計應對既有橋梁技術狀況評價等級進行評估，達到相關規(guī)范可利用等級的方可利用，未達到等級要求的經維修加固后滿足受力需求方可以利用[1]。

公路橋梁加寬設計，應對加寬橋梁與既有橋梁進行整體計算分析，并且要考慮基礎沉降、結構位移、材料收縮徐變不一致等情況。利用橋梁的極限承載能力和正常使用極限狀態(tài)應滿足相關規(guī)范的要求[2]。

加寬橋梁設計應嚴格控制加寬結構的沉降量，采取措施減少沉降量，減少新建基礎對既有基礎的影響，保證新舊基礎之間的距離滿足規(guī)范要求。

加寬橋梁設計宜選用與既有橋梁相同的結構形式，保證橋梁墩臺及梁縫相對應，使新舊橋梁變形盡可能協(xié)調一致，外部造型美觀統(tǒng)一。

公路橋梁加寬設計要做好保通工作，優(yōu)化保通方案，減少加寬橋梁施工對舊橋車輛通行的影響，保證運營安全，同時要合理組織交通，保持道路暢通。

1.2 橋梁加寬橫向布置

橋梁加寬橫向布置有同一側加寬和兩側分別加寬兩種形式。這兩種加寬橫向布置各有優(yōu)缺點和適用情況。

雙側加寬對原有橋面橫坡的適應性更好，不需調整既有橋梁橋面橫坡。在高等級公路改擴建工程中，采用雙側加寬可以盡可能地保留中央分隔帶內的排水設施、電力通信管道等結構。同時，雙側加寬對互通式立交改擴建影響較小，部分結構可保留利用，立交方案的調整范圍較小。

當受拆遷或用地條件限制時，也可采用單側加寬的方式對橋梁進行加寬。單側加寬對于原橋面為單向坡的情況較為適用，當原橋面橫坡為雙面坡時，則需對原橋面橫坡進行調整（圖1）。

圖1 單側加寬橋面橫坡調整

橋面橫坡的調整對于實腹式拱橋可通過調整拱上填料實現，但對于一般裝配式梁橋則需通過頂升等措施進行調整。

2 結構連接方式

橋梁加寬根據結構連接方式可分為上部梁體與下部墩臺均連接，上部梁體連接、下部墩臺不連接，上部梁體與下部墩臺均不連接三種方式[3]。

2.1 上部梁體、下部墩臺均連接

加寬橋梁與既有橋梁的上部梁體之間、下部墩臺之間都進行連接。上部梁體的連接可采取植筋方式，或鑿除既有橋梁體部分懸臂，然后通過鋼筋焊接后再重新澆筑懸臂，使懸臂形成整體結構。下部墩臺的連接可在既有橋梁下部的蓋梁或系梁側面植筋，再澆筑混凝土將原有蓋梁或系梁與新的蓋梁或系梁連接在一起。

這種結構連接方式使得加寬橋梁與既有橋梁整體性較強，一定程度上減少了橋面變形，對行車的安全有利，但連接構造較多，連接構造施工對原路保通運營的影響較大。加寬橋梁與既有橋梁之間變形不一致會產生較大的次內力，容易在連接構造上產生裂縫，甚至發(fā)生較大的破壞。

2.2 上部梁體、下部墩臺均不連接

采用這種方式時，加寬橋梁與既有橋梁的上部梁體之間、下部墩臺之間都不進行連接。橋面通過安裝縱向伸縮縫銜接，或施作連續(xù)的橋面鋪裝保持橋面平順。

這種連接方式的特點是加寬部分與既有橋梁完全獨立，受力互不干擾，施工期間車輛通行基本不受影響。但加寬橋梁與既有橋梁上部梁體變形不一致，容易在接縫處出現橋面開裂，當安裝縱向伸縮時還會產生錯臺，對通行安全影響較大，同時不便于后期養(yǎng)護工作。

這種結構連接方式適用于橋梁跨度小或加寬橋梁與既有橋梁結構不同的情況。當既有橋梁為拱式結構、加寬橋梁為梁式結構的情況，也可采用這種加寬方式。根據實際工程應用的效果，采用這種連接方式橋面結構容易出現病害，上部梁體在活載作用下變形不一致，下部墩臺之間的沉降不均也對橋面結構損害較大，在接縫處容易出現橋面開裂，甚至產生錯臺，對車輛通行的舒適性和安全性有較大影響，故不建議大規(guī)模采用這種加寬方式。

2.3 上部梁體連接、下部墩臺不連接

加寬橋梁與既有橋梁墩臺完全獨立，受力互不干擾。上部梁體懸臂可采取植筋方式，或鑿除既有橋梁體懸臂，通過鋼筋焊接后再重新澆筑懸臂，使懸臂形成整體結構（圖2）。這種方式的優(yōu)點是加寬橋梁與既有橋梁下部墩臺完全獨立，受力互不干擾；缺點是如果下部墩臺之間的沉降差較大，會對上部梁體連接處產生不利影響，甚至發(fā)生支座脫空等病害。為此，應采取措施減小加寬橋梁基礎沉降量，同時在連接部位適當加大配筋以增加結構強度。

圖2 梁體懸臂的連接

根據工程實踐統(tǒng)計，采用上部梁體連接、下部墩臺不連接的工程較多。采用這種方式連接橋面病害較少，也能保證行車舒適性，而且對加寬橋梁與既有橋梁之間出現沉降差也有成熟的處理措施，使用效果較好。

2.4 結構連接方式比較

如表1所示，采用上部梁體和下部墩臺均連接，或采用上部梁體連接下部墩臺不連接，均應采取措施對不均勻沉降進行控制，減少連接構造的病害。采用上部梁體和下部墩臺都不連接時容易發(fā)生橋面病害，影響行車安全，應用較少。根據工程實踐，采用第3種方式的工程實例較多。

3 橋梁加寬設計注意事項

3.1 加寬橋沉降控制

加寬橋梁設計應嚴格控制沉降量，盡可能采用樁基礎，采用擴大基礎時宜置于巖石地基上。采用樁基時應適當增加樁長、控制樁基孔底沉渣厚度，以減少沉降。采用摩擦樁時，加寬橋梁的樁長不宜小于既有橋梁樁長。

通過延遲澆筑上部梁體的濕接縫或采取預壓等措施，讓加寬橋梁的基礎沉降提前趨于收斂，當加寬橋上部梁體拼接縫實施以后，不至于出現較大的沉降差異[4]。

3.2 既有橋梁結構的調查

橋梁加寬設計，需要對既有橋梁的設計文件、地勘資料、交竣工資料、檢測報告等資料進行詳細的收集和分析，包括設計變更資料。

對既有橋梁進行詳細測量是橋梁加寬設計與施工的基礎，測量數據的準確性對新舊橋梁坐標和高程的銜接至關重要。具體來說，應對既有橋面外邊緣的坐標和高程進行測量，一般情況下間隔5 m左右測一個點；還應對墩臺詳細尺寸，墩臺各個部位的坐標和高程進行詳細測量；對橋下的管線埋置情況仔細進行調查。

橋梁技術狀況等級的評價結論是既有橋梁是否利用的重要依據，應收集既有橋梁的檢測資料，同時還要對既有橋梁的檢測報告進行研究，為橋梁加寬設計提供準確、可靠的依據。

此外，還應收集既有橋梁建設期間的施工與竣工相關文件，包括設計變更資料。

3.3 新老結構的干擾

加寬橋梁的墩臺及其基礎應與既有橋梁墩臺及基礎保持適當的距離，減少對既有橋梁基礎的擾動，保證樁基間距滿足設計規(guī)范的要求。

當既有橋梁橋臺采用擴大基礎，且橋臺較高時，加寬橋梁可加大跨徑或適當延跨，降低橋臺高度（圖3）。

圖3 加寬橋梁延跨

減少基坑開挖對既有橋臺的影響，可保證既有橋梁橋臺安全；同時，減少基坑開挖也有利于保證既有橋頭路基的穩(wěn)定，減少基坑支護工程量，保障既有道路的保通運營安全。

3.4 濕接縫設計

加寬橋梁與既有橋梁之間的接縫不宜過小，否則無法保證施工質量，濕接縫宜采用環(huán)氧混凝土澆筑，以便快速形成強度。

在澆筑加寬橋梁拼接縫混凝土時，建議臨時中斷車輛通行，以保證混凝土的凝固過程不受橋面振動的影響；當車輛通行無法避免時，可選擇在夜間車流量較少時施工，同時采取限速、設置減震緩沖墊層等措施減少車輛通行對接縫混凝土質量帶來的影響。為減少混凝土收縮產生開裂，可采用微膨脹混凝土澆筑拼接縫。

4 結語

相比新建橋梁，橋梁加寬設計技術相對復雜，隨著我國交通事業(yè)的不斷發(fā)展，橋梁加寬改造的需求將會越來越多。每一座橋梁都有其自身的特點，其結構形式、原橋狀況、荷載等級、建設條件、地質條件等都可能不盡相同。橋梁加寬設計應收集既有橋梁的設計文件、地勘資料、交竣工資料、檢測報告等資料，并對既有橋梁進行詳細測量，根據項目特點對橋梁的加寬進行針對性研究，以指導設計與施工[5]。