天津津漢立交新老橋拼寬設計探討

□文/李木松

天津津漢立交新老橋拼寬設計探討

□文/李木松

結合天津津漢立交老外環橋的拼寬設計，就新老橋梁拼接后，新老橋相互影響的主要因素、受力機理和特性進行分析，找出主要影響因素及其影響規律，提出降低相互影響的措施。

橋梁；拼橋；設計；收縮徐變；沉降

1　工程概況

天津市快速路系統二期項目外環線東北部調線工程一標段交叉工程（外環線—津漢快速路組合式立交），位于津漢公路和外環線交口處，毗鄰京津塘高速出口和濱海機場，是天津市區重要交通出入口之一。該立交為全互通半定向半苜蓿葉式立交，整個立交共3層，道路面積30.5萬m2，橋梁面積16.9萬m2，由縱橫2個主線橋和14個匝道橋組成，是外環線東北部調線工程中最大的立交工程。

主線之一外環線分為1號橋及2號橋兩段，1號橋梁范圍全長326.6 m，其南向北方向采用既有津漢跨線橋(簡稱老橋)西側半幅拼寬形成（1號橋右幅），北向南車方向采用新建橋梁(1號橋左幅)；2號橋橋梁全長600 m，采用新建橋梁結構。均采用現澆等截面預應力(普鋼)混凝土連續箱梁結構。拼寬后斷面見圖1。

圖1　新老橋拼寬后斷面

集散車道（S匝道）橋梁全長175.612 m，采用老橋東側半幅拼寬形成，采用現澆預應力混凝土連續箱梁結構。拼寬前后斷面見圖2。

圖2　新老橋拼寬后斷面

2　老橋概況

該橋始建于1993年，橋梁全長326.6 m，總寬度13.25m+6.0m(中空帶)+13.25m，見圖3和表1。

圖3　老橋斷面

表1　老橋基本情況

3　拼寬方案

3.1拼寬橋結構形式選擇

該拼寬橋需要滿足一下幾點要求：

1）拼寬后橋下凈空不能低于原橋下凈空等級要求；

2）新建橋墩應與老橋橋墩對齊；

3）新建拼寬橋的設計荷載應與老橋一致；

4）橋面應為一個整體（不能使用縱向伸縮縫），保證行車的平順性和橋梁使用耐久性(拼寬部位不能開裂)。

根據管理部門的要求，同時考慮新老橋受力、變形盡可能協調，以最大限度降低新老橋的相互影響，因此拼寬橋結構形式、伸縮縫位置、梁高等與老橋一致、橋墩與老橋對齊布置，其斷面形式見圖4，下部結構采用花瓶墩，布置雙支座以保證其穩定性。

圖4　拼寬橋斷面

3.2拼接構造形式選擇

常用的新老橋梁連接形式有上連下不連、上下分離、上下均連接。根據管理部門要求，同時最大限度降低新老橋梁的相互影響，本工程采用上連下不連的拼接方式。

根據拼接強弱，上部結構拼接方式可分鉸接、半剛接、剛接等多種方式，各方式優缺點見表2。

表2　上部結構連接對比

根據滿足管理部門要求和驗算，本工程采用半剛性連接的方式進行拼寬。拼接構造見圖5和圖6。

圖5　連接構造

圖6　連接構造配筋

4　新老橋相互影響

4.1新老橋相互影響計算原理

新橋與老橋結構連接后，新橋通過連接后的翼緣傳遞相互影響。這種影響可以通過計算出翼緣的抗剪剛度并與老橋或新橋的縱向剛度串聯，然后用計算出的串聯剛度在老橋和新橋驗算時，增加彈性支撐，從而達到新老橋相互影響的傳遞。

翼緣相對于箱梁而言，剛度很小，可以把這種影響簡化為以翼緣平均厚度為高，一延米為寬，兩端固結，跨徑為2.19m的梁，計算其抗剪剛度見圖7。

圖7　新老橋翼緣拼接后的剛度計算

4.2新橋對老橋的影響

新橋與老橋結構連接后，新橋對老橋的影響主要有新橋的收縮徐變（普通鋼筋混凝土結構可不考慮）和新橋的沉降。本次計算主要考慮預應力結構即第2聯進行計算。

4.2.1新橋收縮徐變對老橋的影響

新橋收縮徐變按10年，老橋按已結束收縮徐變考慮。新橋收縮徐變對老橋產生的力見圖8，主要是對老橋產生支撐作用（豎直向上），最大支撐力115 kN，發生在L/4跨徑處。

圖8　新橋收縮徐變產生的對老橋的力

4.2.2新橋沉降對老橋的影響

老橋按已穩定(不再沉降)，新橋按沉降5 mm考慮，新橋對老橋產生的力見圖9，可以看出橋墩附件L/3范圍，新橋對老橋產生豎直向下的力（2～450 kN），跨中L/3范圍，新橋對老橋起到支撐作用（豎直向上的力1～40 kN）；這是由于橋墩附件新老橋沉降差大（橋墩處新橋最大沉降為5 mm，老橋不沉降），越靠近跨中，老橋撓度越大，新橋撓度越小，導致新老橋沉降差越小，以致老橋跨中L/3范圍內的撓度大于新橋的撓度。

圖9　新橋沉降產生的對老橋的力

綜上，永久荷載(新橋沉降和收縮徐變）產生的新橋對老橋的綜合影響見圖10，可以看出橋墩L/4范圍，新橋對老橋產生豎直向下的力（2～440 kN），跨中L/2范圍，新橋對老橋起到支撐作用（1～75kN）。

圖10　新橋沉降和收縮徐變產生的對老橋的合力

4.2.3新橋對老橋的支撐作用

老橋活載最不利工況下，新橋對老橋產生的支撐力有2種工況。

工況1新橋對老橋產生最大的支撐力。拼接后老橋滿布3車道汽車荷載，新橋上無汽車荷載時，新橋對老橋的支撐力見圖11（3～30kN）。

圖11　滿布3車道產生的對老橋的支撐力

工況2（新橋對老橋產生最小的支撐力）拼接后老橋和新橋滿布4車道汽車荷載，即老橋布3車道和新橋1車道時，新橋對老橋的支撐力見圖12（0～7kN）。

圖12　滿布4車道產生的對老橋的合力

綜上，針對汽車荷載新橋對老橋起支撐的作用，這是由于一方面橋梁加寬，車道數增加汽車荷載橫向折減；另一方面，橋梁加寬增大了橋梁的截面特性。

4.3老橋對新橋的影響

新橋與老橋結構連接后，老橋對新橋的影響主要有新橋的收縮徐變及其沉降受老橋的約束和老橋活載對新橋的影響。

4.3.1新橋收縮徐變受老橋約束的影響

新橋收縮徐變受老橋約束作用使新橋產生次內力，其與新橋對老橋的影響是作用力與反作用力關系，方向與圖8方向相反。

4.3.2新橋沉降受老橋約束的影響

新橋沉降受老橋約束作用使新橋產生對老橋的影響是作用力與反作用力關系，方向與圖9方向相反。

4.3.3老橋活載對新橋的影響

老橋在活載作用下，受新橋的約束，因此會分擔一部分老橋活載，亦即新橋設計時需要附加一部分老橋活載的作用。

5　解決措施

根據以上分析，新老橋拼寬后，新橋沉降對老橋的影響是最主要也是最大的因素且是不利影響，因此本工程提出以下措施來最大限度降低新橋對老橋的影響：

1）增加新橋的樁基長度；

2）在新橋樁基樁尖進行后注漿；

3）新橋成橋后，先穩定3月，降低沉降，有條件的話進行預壓；

4）新橋與老橋梁高、跨徑一致，盡量保持剛度一致、協調變形。

6　結語

本文通過對津漢立交新老橋拼寬設計計算以及受力原理和特性的分析可以得出以下主要結論：

1）新橋收縮徐變對老橋起有利的支撐作用；

2）新橋對老橋的加固和折減老橋汽車活載的作用；

3）新橋沉降對老橋起不利附加作用。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.04.031

□U445.6

□TU591

□C

□1008-3197（2015）04-76-03

□2015-05-21

□李木松/男，1983年出生，工程師，碩士，上海市城市建設設計研究院天津分院，從事橋梁設計工作。