高速公路新老橋梁拼接方式探討

陳 猛

（鄭州市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，河南 鄭州 450052）

0 引言

隨著交通運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，早期建設(shè)的高速公路因交通量急劇增長已無法滿足運(yùn)營要求。為了提高通行能力和服務(wù)水平從而緩解交通壓力，對(duì)高速公路進(jìn)行加寬改造是有效途徑。而橋梁是高速公路的組成部分，并且占有較大比重，橋梁拓寬技術(shù)相對(duì)較為復(fù)雜，施工難度大，保通難，因此，高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目能否順利實(shí)施，橋梁加寬技術(shù)是關(guān)鍵。本文重點(diǎn)討論橋梁拼寬設(shè)計(jì)中的相關(guān)問題。

1 橋梁加寬原則

作為高速公路線路的組成部分，橋梁加寬需和高速公路線路加寬保持一致，同時(shí)還需符合以下原則：

（1）最大限度利用既有橋梁結(jié)構(gòu)，以便降低工程造價(jià)，控制工程規(guī)模（基本原則）；

（2）維持原有構(gòu)造物功能，對(duì)交通的影響應(yīng)降到最小；

（3）上部結(jié)構(gòu)采用同跨徑、同結(jié)構(gòu)梁、板進(jìn)行拼接，下部結(jié)構(gòu)也應(yīng)與老橋相似；

（4）新舊橋拼接后，需保證受力協(xié)調(diào)一致，橋梁拼接遵循“上連下不連”的原則，保證上部結(jié)構(gòu)共同參與受力，同時(shí)避免下部結(jié)構(gòu)剛性聯(lián)結(jié)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的不利影響。

2 加寬設(shè)計(jì)方案及計(jì)算分析

2.1 工程概況

京港澳高速公路的某座3孔20m跨徑的簡支空心板橋，橋面簡易連續(xù)，新建橋梁與原橋采用同跨徑、同結(jié)構(gòu)的空心板，在已建橋梁兩側(cè)分別加寬7.25m，新舊空心板采用連接鋼筋相連。結(jié)構(gòu)斷面如圖1所示，1～12號(hào)為老橋空心板，N1～N5為新橋空心板。

為減少新舊橋間的差異沉降，橋梁拼接遵循“上連下不連”的原則，新舊橋上部空心板間采用現(xiàn)澆濕接段連接，橋面連續(xù)；下部新舊橋蓋梁間設(shè)置1cm縫，不做連接。具體做法是：拆除老橋的外側(cè)護(hù)欄，將老橋現(xiàn)澆橋面板從老護(hù)欄內(nèi)側(cè)邊緣向內(nèi)鑿除20cm，保留橫向鋼筋與N1鋼筋綁扎，老橋邊板外側(cè)從頂面往下19cm鑿毛，并在外側(cè)植入N2鋼筋，植入深度為15.5cm；新橋空心板架設(shè)完畢后給予5～6個(gè)月的沉降期，以消除工后沉降影響；新橋內(nèi)邊板預(yù)埋的N3鋼筋與老橋外邊板預(yù)埋N2鋼筋綁扎焊接，如圖2所示。

圖1 空心板橋加寬示意圖（單位：cm）

圖2 新老空心板拼接方式示意圖（單位：cm）

2.2 計(jì)算假定

計(jì)算時(shí)做如下假定：

（1）新舊橋上部結(jié)構(gòu)僅通過濕接段連接；

（2）新舊橋支座約束條件相同；

（3）不考慮橋梁縱、橫坡影響。

2.3 計(jì)算模型

計(jì)算采用橋梁綜合程序Midas Civil，按空間梁格模型模擬新舊橋結(jié)構(gòu)受力。新舊橋空心板采用單梁縱向梁格模擬，虛擬橫梁為橫向梁格單元。全橋共建633個(gè)節(jié)點(diǎn)和870個(gè)單元，梁格劃分如圖3所示。

圖3 梁格計(jì)算模型

2.4 計(jì)算參數(shù)

老板混凝土：50號(hào)；新板混凝土：C50；鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土：26kN/m3；瀝青混凝土：24kN/m3；混凝土的收縮、徐變以及溫度梯度按規(guī)范取值。二期恒載：老橋?yàn)?0cm厚瀝青混凝土+6cm厚防水混凝土+墻式護(hù)欄，新橋?yàn)?0cm瀝青混凝土+10cm厚防水混凝土+墻式護(hù)欄。

2.5 計(jì)算工況

為了分析不同連接方式對(duì)新舊橋受力影響以及對(duì)加寬后橋梁的活載橫向分布系數(shù)的影響，拼接加寬后對(duì)橋梁進(jìn)行整體驗(yàn)算，測試?yán)蠘虺休d能力是否能滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求，模型中對(duì)新舊橋的濕接連接分別模擬為鉸接和剛性連接兩種工況。

2.6 不同連接方式對(duì)活載橫向分布系數(shù)的影響

為了解梁板活載橫向分布的情況，對(duì)新舊橋采用鉸接拼寬和采用剛性連接拼寬兩種情況分別進(jìn)行分析，按照影響進(jìn)行加載，加載工況為至少2列車、至多5列車，得到橫向分布計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 橋梁拼寬前、后跨中至1/4跨荷載橫向分布系數(shù)對(duì)比表

表1表明，新舊橋連接采用鉸接和剛接計(jì)算得到的橫向分布影響線趨勢相同，計(jì)算差別較小，為0.7%左右。橋梁拼寬后，老橋外邊梁、外次邊梁的5～12號(hào)板活載橫向分布系數(shù)明顯小于老橋橫向分布系數(shù)，且自中央分隔帶至外側(cè)空心板荷載橫向分布系數(shù)差有逐漸增大的趨勢。外邊板12號(hào)板差別最大，約為34%。由此表明，拼接后新橋能分擔(dān)老橋的部分活載，老橋上部結(jié)構(gòu)承擔(dān)的活載比例減少，拼接后老橋的受力性能有所改善，老橋上部結(jié)構(gòu)承載能力有所提高。此外，采用鉸接和剛接連接方式對(duì)活載橫向分布系數(shù)影響均較小。

2.7 收縮徐變作用下支座反力比較

新舊橋拼接后，由于新橋的收縮徐變作用，將導(dǎo)致新舊橋的支座反力發(fā)生變化。取新橋架設(shè)完成后的90d對(duì)新舊橋不連接工況和連接工況的支座反力進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表2所示。

表2 不同連接方式支座反力的對(duì)比

表2表明，濕接縫兩側(cè)的新舊橋邊梁、次邊梁的支反力變化較大，其中鉸接工況下支座反力變化較小，老橋在剛接工況下邊梁增加16.2%，故驗(yàn)算老橋的支座反力應(yīng)采用剛接工況，新橋在剛接工況下邊梁增幅最大，為.2%，因此新橋設(shè)計(jì)應(yīng)選擇承載力較大的支座型號(hào)，確保支座有足夠的抗壓承載力。

3 結(jié)論

（1）新舊橋拼接加寬，其連接方式對(duì)拼寬后橋梁的橫向分布系數(shù)影響較小，但老橋的上部梁板在加寬后的橫向分布系數(shù)較老橋初始狀態(tài)有較大幅度的減小，拼寬后老橋的外邊梁橫向分布系數(shù)減少約34%，承受活載作用的能力有所增強(qiáng)，老橋的承載力安全儲(chǔ)備得到提高。

（2）拼寬后，老橋的受力狀態(tài)有所改善，通過減載抑制老橋病害的進(jìn)一步發(fā)展。

（3）收縮徐變對(duì)濕接縫相鄰位置梁板的支座反力影響較大，新橋支座設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇承載力稍大的支座型號(hào)，確保支座有足夠的抗壓承載力。

[1]廖朝華.高速公路改擴(kuò)建工程關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2009.

[2]王宗華.高速公路橋梁加寬拼接技術(shù)優(yōu)化研究[D].西安：長安大學(xué)，2009.

[3]徐強(qiáng).高速公路改擴(kuò)建工程橋涵結(jié)構(gòu)物拼接技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2011.