高速公路橋梁加寬設(shè)計方法與過程

黃曉東

（深圳市市政設(shè)計研究有限公司，廣東　深圳　518000）

高速公路橋梁加寬設(shè)計方法與過程

黃曉東

（深圳市市政設(shè)計研究有限公司，廣東深圳518000）

橋梁加寬設(shè)計是舊橋改擴建的重要方法，改擴建需要充分考慮舊橋的結(jié)構(gòu)性能，同時滿足新建橋梁對舊橋的分擔(dān)效應(yīng)及連接作用。總結(jié)了高速公路橋梁加寬設(shè)計的原則，并歸納現(xiàn)有加寬設(shè)計經(jīng)驗下的不同連接方式、存在問題和應(yīng)用實踐，分析了加寬設(shè)計的主要影響因素，有關(guān)經(jīng)驗可供相關(guān)專業(yè)人員參考。

高速公路；橋梁；加寬；設(shè)計方法

0　引言

我國高速公路近年快速發(fā)展，經(jīng)濟發(fā)展情形下交通運輸迅猛增長，交通流量相比于公路建設(shè)初期增長數(shù)倍。我國高速公路大體建設(shè)于20世紀80、90年代，當時設(shè)計體系下，公路荷載標準和運輸標準均已很難滿足現(xiàn)在要求，使得現(xiàn)有部分公路路網(wǎng)的交通運輸接近飽和，使用能力降低。為了保證公路的服役需求，加寬改擴建成為相對經(jīng)濟的建設(shè)手段［1］。

橋梁是公路結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵建造環(huán)節(jié)，公路加寬建造需要考慮交通的運營分配，保證或轉(zhuǎn)換既有的道路通行及行車安全。橋梁的加寬則需要考慮新建橋梁與已建橋梁結(jié)構(gòu)的結(jié)合，并且使得加寬設(shè)計建造的橋梁結(jié)構(gòu)對已建橋梁及環(huán)境的影響最少，鑒于橋梁設(shè)計與建造的復(fù)雜性，需要特別關(guān)注加寬設(shè)計對橋梁結(jié)構(gòu)的影響。我國已經(jīng)完成多條高速公路橋梁的加寬建造，取得很多的成功經(jīng)驗。將這些經(jīng)驗進行總結(jié)，明確橋梁加寬的設(shè)計原則，總結(jié)加寬設(shè)計的方法和過程，明確不同加寬方式的關(guān)鍵難點及重點，對高速公路橋梁的加寬設(shè)計具有重要意義［2，3］。

1　高速公路加寬原則

高速公路的加寬設(shè)計和施工，涉及到新建橋梁與已建橋梁結(jié)構(gòu)的結(jié)合，一般需要滿足如下原則，以保證加寬建設(shè)的順利施工和運營。

首先，應(yīng)該對既有橋梁結(jié)構(gòu)性能進行全面的安全性評估，既有橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)該能夠滿足與新建橋梁設(shè)計交通等級、荷載和壽命相匹配，如果已有橋梁無法匹配相關(guān)的設(shè)計標準，則考慮拆除重建或者加固的方法，保證兩者具有相同的服務(wù)水平。評估過程中，應(yīng)該充分收集舊橋的建設(shè)資料，對橋梁的現(xiàn)有狀態(tài)進行客觀評估。

其次，橋梁的加寬設(shè)計也需要滿足橋梁設(shè)計的基本要求：安全、適用、美觀、經(jīng)濟。一般而言，加寬設(shè)計保持新建橋梁結(jié)構(gòu)與已建橋梁結(jié)構(gòu)具有相同的跨徑布置、外形和美觀，并且以最低影響已建橋梁和周圍環(huán)境的原則，對加寬設(shè)計對舊橋梁的分流、荷載等級降低及運營安全等，做出系統(tǒng)性的評估。

最后，應(yīng)形成切實可行的實施計劃，研究橋梁加寬建造的施工方案，對施工計劃、交通導(dǎo)流做出細致分析，對施工對周圍土體的占用和借用等進行有效交流。還注意使用臨時設(shè)施，降低施工對周圍環(huán)境的噪聲、空氣等污染問題。

2　橋梁加寬設(shè)計方法

橋梁的加寬設(shè)計就是新建橋梁與舊橋梁的連接問題，根據(jù)兩者連接的空間關(guān)系，可以分為上下部結(jié)構(gòu)均連接、上部相連下部不連、上下部結(jié)構(gòu)均不連三種情形，這些連接方式在我國現(xiàn)有的公路改擴建建設(shè)中具有相關(guān)示范案例。

2.1上下部結(jié)構(gòu)均連接

新舊橋梁的上下部結(jié)構(gòu)均采用某種方式進行橫向連接，這種橫向連接一般通過澆筑濕接縫及植筋的方式實現(xiàn)。上部結(jié)構(gòu)通過濕接縫段連接主梁體系，下部結(jié)構(gòu)則采用混凝土濕接縫連接墩頭帽和系梁。這種連接方式將新舊橋梁連成整體，共同承載和變形。

采用上述部均連接的新舊橋梁體系，可以實現(xiàn)橋梁上交通的平順行駛，可以充分利用橋梁建設(shè)的空間。所存在的難點是，橋梁的基礎(chǔ)會發(fā)生不同程度的沉降問題，且新建橋梁與原有橋梁的建設(shè)周期不同，橋梁之間的不均勻沉降對結(jié)構(gòu)使用和安全影響嚴重；此外，新舊橋梁的連接處的構(gòu)造復(fù)雜，在有限的空間下進行施工較難，最為重要的是，該連接是新老混凝土的接觸問題，新老混凝土因齡期不同，連接中因新澆筑混凝土的收縮效應(yīng)及受載下的徐變效應(yīng)是需要關(guān)注的重點。

上下部均連接的改擴建橋梁在沈大高速公路中采用［4］，改條高速公路沿線的地質(zhì)條件都很好，可能進行橋梁的封閉施工，對于結(jié)構(gòu)的改造和連接也具有很好的作業(yè)空間。在這條高速公路的沿線改擴建中，采用上下部結(jié)構(gòu)均連接的方法對簡支T梁橋和箱梁橋等橋梁結(jié)構(gòu)體系進行加寬設(shè)計。

2.2上部連接下部不連

新舊橋梁的上部結(jié)構(gòu)進行橫向連接，下部結(jié)構(gòu)實施分離。橫向連接方式同樣通過澆筑濕接縫及植筋的方式實現(xiàn)。這種連接方式將上部結(jié)構(gòu)形成整體受力，而下部結(jié)構(gòu)的受力與變形是分離開來的。

這種改擴建方法，同樣保證了上部結(jié)構(gòu)的整體工作特性，因而可以實現(xiàn)橋梁上交通的平順行駛。所存在的難點是，新建橋梁與舊有橋梁結(jié)構(gòu)存在基礎(chǔ)不均勻沉降的問題，因而需要考慮基礎(chǔ)的不均勻沉降對于上部結(jié)構(gòu)的受力安全問題，確保服役期間所產(chǎn)生的不均勻沉降對于上部結(jié)構(gòu)連接所形成的附加內(nèi)力在結(jié)構(gòu)可控制范圍之內(nèi)。上部結(jié)構(gòu)連接處的施工及構(gòu)造也是施工考慮的重點，同時新老混凝土接觸的問題也是設(shè)計關(guān)注的重點。

這種連接方式在諸多高速公路的改擴建項目中采用，如杭甬高速公路、滬寧高速公路、南京浦珠高速公路和海南東線高速公路工程等，服役多年取得了良好的效果［5］。

2.3上下部均不連接

新舊橋梁兩的上部和下部結(jié)構(gòu)均不進行橫向連接，而是在空間上盡可能緊貼在一起，或者留設(shè)很小的空間僅僅連接上部鋪筑層。這種連接方式保證了上下部結(jié)構(gòu)受力各自獨立，不連接。

上下部均不連接的處理方式，使得兩個橋梁結(jié)構(gòu)的受力基本獨立，不存在相互影響的問題，因而結(jié)構(gòu)簡單明確。所存在的問題是，新建橋梁結(jié)構(gòu)與舊有的橋梁結(jié)構(gòu)因基礎(chǔ)沉降，在鋪裝層上會出現(xiàn)錯臺，這種錯臺對車輛的安全行駛不利。此外，新舊橋梁不連接時，當新建橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計荷載標準提高時，原有的主梁受力較為不利，甚至?xí)霈F(xiàn)舊有橋梁的服役壽命低于新建橋梁的特點。

上下部均不連接的加寬設(shè)計方法在廣佛高速的改擴建中使用［6］，但是在后期的運營使用過程中，橋面鋪裝出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象，新建橋梁與舊有橋梁之間出現(xiàn)了不等同的撓度和沉降差異，瀝青路面也出現(xiàn)過很大的縱向裂縫和橫向錯位，嚴重影響橋面上車輛的運營安全。后續(xù)的這種連接方式中，直接采用橋面也不連接的方法進行處理。

3　新舊橋梁加寬的關(guān)鍵問題

新舊橋梁加寬的關(guān)鍵問題包含連接方式的選擇、基礎(chǔ)不均勻沉降、結(jié)合面收縮徐變和施工工藝等。

（1）連接方式的選擇。不同的新舊橋梁連接方式，對于主梁的受力行為和性能具有不同的影響，應(yīng)該充分估測不均勻沉降和收縮徐變對結(jié)合面的影響，準確計算連接與不連接所存在的受力差別。

（2）基礎(chǔ)不均勻沉降。橋梁基礎(chǔ)的不均勻沉降是新老混凝土連接的關(guān)鍵引導(dǎo)因素，不均勻沉降對于連接體的受力安全具有重要導(dǎo)向作用，因而而言連接處的開裂和破壞，大都與基礎(chǔ)沉降相關(guān)，而新建橋梁的基礎(chǔ)沉降與舊橋梁的顯著差別也是較難避免的，數(shù)值大小與地址環(huán)境高度相關(guān)。

（3）結(jié)合面收縮徐變。新老混凝土連接的關(guān)鍵難題是新老混凝土的收縮和徐變效應(yīng)，新澆筑混凝土受到舊混凝土的約束效應(yīng)，澆筑時機不當會導(dǎo)致收縮開裂，而受力作用下新澆筑混凝土也有很大的徐變次應(yīng)力效應(yīng)。一般，可以通過加長新澆筑混凝土的養(yǎng)護齡期及拖長存梁時間，可以減少收縮徐變的影響。

（4）施工工藝。施工工藝和方法不同對于新老混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的不均勻沉降也有影響，另外施工工藝所要求的施工空間等問題，對于連接方式的選擇也有一定的影響作用。

4　結(jié)　論

橋梁的加寬建造是個復(fù)雜的工程，需要考慮新建造的橋梁對舊有橋梁的交通分擔(dān)效應(yīng)，同時還需考慮與舊有橋梁的結(jié)合作用。論文總結(jié)高速公路加寬設(shè)計的基本原則，歸納了目前建設(shè)經(jīng)驗下的新舊橋梁連接方法，包含上下部結(jié)構(gòu)均連接、上下部結(jié)構(gòu)均不連接、上部結(jié)構(gòu)連接和下部結(jié)構(gòu)不連接等方式，并指出了不同連接方式的主要影響因素和應(yīng)用實踐。在總結(jié)上述經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，才能對我國高速公路的改擴建建設(shè)提供有效的解決手段。

［1］王法雨.高速公路橋梁加寬拼接技術(shù)［J］.公路，2011（7）:128-131.

［2］馮玉龍，萬娟，楊勇波.高速公路橋梁拼接加寬設(shè)計探討［J］.中國水運，2009（12）:166.

［3］劉濤.公路設(shè)計與交通安全之間的關(guān)系研究［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2015，34（30）:144-145.

［4］王新.沈大高速公路加寬改造工程大中橋設(shè)計［J］.遼寧交通科技，2003（7）:29-30.

［5］吳云，李曉宏.滬寧高速擴建工程橋梁拼接施工［J］.現(xiàn)代交通技術(shù)，2005（1）:57-61.

［6］魯昌河，宋神友.廣佛高速公路新舊結(jié)構(gòu)連接試驗段設(shè)計［A］.全國橋梁學(xué)術(shù)會議論文集［C］.2003.

U445.6

A

1009-7716（2016）07-0110-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.032

2016-03-13

黃曉東（1982-），男，廣東深圳人，工程師，從事路橋結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。