唐津高速公路改擴建工程橋梁結構拓寬形式與構造研究

張四國

（天津市市政工程設計研究院，天津300051）

1 工程簡介

唐津高速公路既是連接我國東北地區(qū)與華東、華南地區(qū)的快速通道，也是天津市東部地區(qū)和天津港對外的高速公路通道。為解決迅速增長的交通量給高速公路帶來的壓力,唐津高速公路改擴建工程于2011年正式開工建設,改擴建工程采用的是“邊運營、邊施工”的施工組織方案,以對交通正常運營的影響減到最小程度。

唐津高速公路改擴建工程全長126.6 km,路基寬度由原26 m（雙向4車道)拓寬為34.5 m（雙向6車道),左右兩側各拓寬4.25 m。唐津高速公路全線涉及加寬的大小橋梁79座，跨徑形式多種多樣,上部結構多為標準跨徑預制的空心梁板和T梁,簡支梁連續(xù)橋面，各橋均采用鉆孔灌注樁基礎,墩臺多為柱式墩臺。

2 唐津高速公路新舊橋梁拼接加寬方式

目前我國高速公路橋梁橫向拓寬新舊橋梁之間的拼接方式主要有以下三種：

（1）上下均不連，獨立結構形式，新舊橋互不相關。對于新舊橋梁差異沉降過大的情況,一般采用在新舊橋梁間設置縱向伸縮縫的形式,新舊橋梁相互獨立承載。由于差異撓度的存在,這種橋梁加寬方式較適用于中小跨徑的橋梁。這種完全分離式的橋梁拓寬改造,對行車舒適性有一定影響。

（2）上下均連，即新拓寬上部結構與舊橋對應的上部結構橫向連接起來，同時新拓寬下部結構(墩臺)的蓋梁及承臺也通過植筋、布設鋼筋骨架，澆筑混凝土連接件與舊橋下部結構形成整體；上下均連方式整體性較好,新老橋連接剛度大。施工時需拆除部分蓋梁、背墻、外側擋塊等,然后新老蓋梁銜接,實施起來有較大難度，對蓋梁受力體系將有改變，容易產生后期裂縫，增加了養(yǎng)護工作量。

（3）上連下不連，即加寬橋與原橋上部形成整體,有利于上部結構受力。下部結構不連接,新老橋下部各自受力,內力相互不影響,可避免對蓋梁產生結構性破壞,從而保證橋梁安全,但上部連接縫可能會有裂縫產生。

通過對三種拼接方式各自優(yōu)缺點的比較，以及對國內相近工程的借鑒，唐津高速公路改擴建工程采用“同結構、同跨徑、上連下不連”的連接方式，既可以保證橋面接縫處平整，又可以共同受力，同時避免了下部結構剛性連接對下部結構受力的不利因素。

但是，要注意:（1）保證現(xiàn)澆混凝土接縫在養(yǎng)護和使用過程中不出現(xiàn)過大的變形和開裂，這是新舊橋面是否真正連接的關鍵；對于結合部位的構造及施工的關鍵問題可以通過采用合適的連接剛度(減少剛度差異)、適當加強連接部位的構造處理、延遲新舊結構的拼接時間 (使其先期發(fā)生大部分收縮、徐變，一般時間為3個月～ 5個月，以減小新舊結構齡期差引起的收縮、徐變效應)等措施予以解決。（2）控制新、舊橋之間的沉降差。對于其新舊結構的沉降差的關鍵問題可以通過適當增加樁長、采用樁底注漿、預壓等方式予以解決。

3 唐津高速公路橋梁上部結構的連接方式

在唐津高速公路改擴建工程橋梁拓寬與原橋孔徑相同或相近的總體原則和采用上部結構拼接、下部結構分離的方案確定后，進一步研究的是新拓寬橋梁結構型式與原橋結構型式的關系。研究唐津高速公路橋梁結構的特點后，提出橋梁的拓寬形式為：

（1）唐津高速公路橋梁拓寬上部結構型式應與舊橋上部結構型式相同或相近，這樣可以保持上部結構受力的一致性。

（2）下部結構型式也應與舊橋下部結構型式協(xié)調一致。基本采用樁柱式橋墩；新舊橋臺也基本采用匹配一致的橋臺型式。

（3）新拓寬橋梁基礎均采用樁基礎型式。

唐津高速公路拓寬工程橋梁拼接的關鍵在于上部結構的連接，即采用剛性連接還是鉸接連接兩種連接的構造。剛性連接和鉸接連接是新舊橋梁上部結構拼接的兩種連接。從橋梁設計理論上講，剛性連接為一種既能傳遞彎矩又能傳剪力的一種連接，又稱為強連接；鉸接連接為主要傳遞剪力的一種連接，也稱弱連接。

在新舊橋梁上部結構拼接處采用哪一種連接，最重要的問題是在全部作用效應組合下，連接部位混凝土不得開裂，從作用的類型上講，新舊橋梁基礎之間的沉降差為主要受力影響因素。因此根據(jù)上部結構梁板形式的不同，采用的拼接方式也不盡相同。

3.1 空心板梁之間的連接

唐津高速公路舊橋的空心板跨度分別為8 m、10 m、13 m、16 m、20 m，橫向通過現(xiàn)澆濕接頭形成連接，這是一種弱剛性的連接方式。在舊橋梁板的拼接位置需種植鋼筋或埋設鋼板，與新梁板的預埋鋼筋進行連接，并將一定范圍內的水泥混凝土鋪裝層進行加強。空心板橋橫向拼接形式見圖1所示。

圖1 空心板橋橫向拼接示意圖（單位：cm）

對以上結論進行計算復核，設計荷載采用公路I級。考慮支座沉降，新橋沉降5 mm，舊橋不沉降。驗算截面為舊邊梁及新加寬部分邊梁的支座處和跨中處橋面板的橫向彎矩和剪力。計算分析中采用的荷載內力組合為：恒載+汽車+沉降。分別對新舊板梁之間采用鉸接、弱剛接及剛接建立模型三種模型，然后對比計算結果。

對于模型1，由于跨中部位采用鉸接，結構內均為負彎矩。缺少跨中正彎矩的卸載作用，因此在空心板懸臂根部的負彎矩較大。

對于模型2，接縫部位的橫向抗彎剛度遠小于縱向主梁的剛度，因此可視為固結于縱梁。接縫位置正負彎矩的分布較為均勻，最大正彎矩值與最大負彎矩相近。

對于模型3，由于接縫部位的橫向抗彎剛度較大，橫梁的撓度導致主梁產生扭轉，引起接縫部位的橫向彎矩增大。跨中最大正彎矩為較大。

比較三種模型在活載作用下的受力情況，模型2的彎矩絕對值最小，且正負彎矩相近，受力最為合理。但需同時考慮截面內力與截面抗力的對應關系，選擇合理的截面剛度。同時注意到，活載作用于接縫范圍之內的作用效應最為顯著，因此在劃分車道時，最好避免此處作用車輪荷載。

3.2 T梁之間的連接

T梁橋的拓寬采用與原結構對應拼接的方式，在翼緣板橫向剛接的同時，梁橋橫向需增加橫隔梁以加強聯(lián)系，尤其對于斜梁橋，增設橫隔梁能夠加強斜橋的整體性，減少斜梁的橫向爬移。在原梁板種植鋼筋，澆筑單側橫隔梁，新澆橫隔梁與預制橫隔梁之間預留空隙并通過鋼板進行連接。

同樣，也對以上結論進行計算復核，計算條件同板梁。分別對新舊T梁之間采用弱剛接及剛接建立模型，然后對比計算結果。

在新舊橋收縮徐變差異的影響下，弱剛性連接時在各梁中產生的附加內力較剛性連接小，但總體減小幅度有限，約占剛性連接附加內力值的25%。由于新舊橋沉降差的影響小，弱剛性連接的附加內力值遠小于剛性連接的內力值，大約是剛性連接時內力的1/3。從附加內力上來看，弱剛性連接無疑是好的連接方式。

但是，在汽車活載的作用下，弱剛性連接由于整體性較差，拓寬的新梁不能有效地分擔原舊橋邊梁所承擔的活載，導致連接處的新舊主梁成為全橋中跨中彎矩最大的主梁。這對已經(jīng)使用多年且更容易受到惡劣環(huán)境侵蝕的原邊梁來說，是非常不利的。剛性連接則能很好地解決這個問題。

綜上所述，考慮新舊橋收縮徐變效應差異、沉降差，以及汽車活載的的作用下，建議T梁間連接形式采用剛性連接。

由于新舊T梁之間采用剛性連接，舊邊梁需要植筋及改造，這一部分牽扯費用較高，且對原結構有一定損傷，施工較難操作，因此該項加寬改造工程統(tǒng)一采用更換原邊梁為新的中梁的方式，與加寬側新增中梁剛接。

3.3 箱梁之間的連接

唐津高速公路的預應力混凝土連續(xù)箱梁和鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋新舊箱梁拼接采用鉸接連接，而除原橋設有橫向預應力鋼束的箱梁，則采用縱向設置伸縮縫的方式。其橫向拼接形成見圖2所示。

圖2 箱梁橫向拼接示意圖（單位：cm）

根據(jù)對唐津高速公路典型橋梁結構分析，與剛性連接相比，由于新舊箱梁采用懸臂板的弱剛性連接，新建箱梁橋基礎沉降在計算的容許值內時，拼接之后對新舊箱梁拼接部位的不利影響較小。

應當指出的是：以上橫向拼接連接不同選擇要有一個重要的前提，就是拼接后的新舊橋基礎沉降差控制在計算值5 mm以內，對此需采取適當?shù)氖┕た刂品椒ǎ_保新橋沉降限制在要求以內。

4 結語

在唐津高速公路擴建工程的技術標準和總體建設方案框架內，研究的基本結論是：

（1）唐津高速公路考慮施工簡便，受力明確等因素，橋梁橫向拓寬總體方案應采用上部結構相互連接、下部結構分離的拓寬方案。

（2）新拓寬橋梁的上部結構形式應與原橋上部結構形式相同或相近，保證新、舊橋梁上部結構的受力和溫度作用變形協(xié)調。

（3）唐津高速公路橋梁上部結構的拼接依上部結構類型可分為：上部結構為裝配式板，拼接連接采用剛性連接；上部結構為T梁，拼接連接采用剛性連接；混凝土箱梁拼接采用弱剛性連接。

上述介紹望能對類似工程的設計與建設有所借鑒。

[1]JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].

[2]JTJ 041—2000，公路橋涵施工技術規(guī)范[S].

[3]王韶海.淺談滬杭甬高速公路拓寬工程新老橋梁縱縫拼接施工[J].公路，2006，（3）.

[4]李群,葉建龍,余茂峰.滬杭甬高速公路拓寬工程通車狀態(tài)下新老橋梁的拼接工藝[J].公路交通技術,2011，（4）.

[5]何玉寶,謝斌,李焱.高速公路橋梁改擴建的設計研究[J].山西建筑,2011，（11）.