混凝土橋梁與鋼橋梁加寬設計要點

文/成權 大連市市政設計研究院有限責任公司 遼寧大連 116011

混凝土橋梁與鋼橋梁加寬設計要點

文/成權 大連市市政設計研究院有限責任公司 遼寧大連 116011

本文通過工程實例詳細分析了大連市一座加寬橋的工程設計，并闡述了混凝土橋梁橋梁與鋼橋梁加寬設計時需考慮的多項因素，對類似橋梁加寬設計提供一定的參考價值。

加寬；混凝土橋梁；鋼橋梁；縱縫

近年來，隨著社會經濟的快速發展，城市機動車數量日趨增加，突顯出城市交通的擁擠的尷尬。早期修建的四車道橋梁已無法滿足交通量的要求。拆橋重建的成本太高，加寬舊橋拓寬至六車道或八車道已成為當務之急。因此，橋梁的加寬設計已成為城市橋梁改擴建的重點。通常在加寬設計中，加寬橋設計采用與舊橋相同結構、相同跨徑的加寬設計方法，有時加寬橋受交通、周圍建筑物、及地下管線、凈空等影響無法采用與舊橋相同結構的設計方案。本文通過工程實例來闡述舊橋為混凝土結構，加寬橋為鋼結構的加寬設計要點，為此類似項目提供參考依據。

1、加寬方案的研究

1.1 工程概況

以大連某加寬橋梁為例，舊橋橋梁為2跨（10+20=30m）鋼筋混凝土簡支箱梁，橋寬為17.5m，為雙向四車道。橋梁加寬工程位于舊橋的北側，采用三跨鋼箱梁結構跨徑為（20+31+20=71m），橋寬為4.98m，新舊橋之間設置2cm的縱縫。舊橋拓寬后由原來的雙向四車道變為雙向六車道。其中舊橋需進行橋面調拱和拆除北側防撞墻以便于設置縱縫。新建鋼箱梁起點樁號為K0+176.897，終點樁號為K0+247.897，橋梁全長為71米。新建鋼箱梁面積為353.6平方米。在橋梁兩側設置引堤，引堤長度為234米。

圖1 新建加寬鋼橋梁橋型布置圖

圖2 加寬橋梁斷面布置圖

1.2 加寬方案

1) 橋梁加寬方案應根據現有道路、橋梁構造物的特點，改擴建的具體要求等確定，前期方案中應收集舊橋的原設計資料，及新建橋梁沿線的地質資料，對現場應進行充分的調查，進行必要的研究、論證，以選擇合理可行的改建方案。

2) 舊橋加寬中常用的方法為與原橋結構與跨徑（10+20=30m）相同的設計方法。但本例中，新建鋼箱梁在舊橋橋墩處由于道路轉彎的限制，無法設立橋墩。又由于新建橋梁受凈空的影響，梁高最高可設計為1.1m，故新建橋梁（梁高所限1.1m）采用鋼箱梁的設計方案，橋梁設計跨徑為20+31+20=71m。橋梁兩側各配20m邊跨，以減少跨中的鋼箱梁應力與撓度。

3）舊橋與新建橋梁的縱縫連接采用槽鋼連接內嵌瀝青馬蹄脂（圖3所示）。施工時應先拆除舊橋懸臂處的防撞墻，將鋪裝層內的鋼筋與槽鋼焊接，最后澆筑鋪裝層混凝土。

圖3 加寬橋梁橫向連接示意圖

2、設計要點

1）本例中新建鋼箱梁橋寬較窄僅為5m，為了保持與舊橋防撞墻形式一致，新建鋼箱梁防撞墻也采用混凝土結構，由于只在單側設置混凝土防撞墻，造成鋼箱梁偏載較為嚴重，為了防止鋼箱梁傾覆的問題，最直接的辦法加大支座間距，由于橋墩采用的是單墩結構，可采用在橋墩處設置偏心（即將橋墩設置在靠近防撞墻一側），在橋臺處加大支座間距的辦法。

2）受凈空的影響，鋼箱梁梁高僅為1.1m，矢跨比為1/28。由于無法增加截面高度，可以增加板厚及加強加勁肋等措施來提高截面剛度。本橋需要驗算跨中的應力及撓度。主梁最大應力及撓度發生在中跨跨中處，應力為87.8Mpa，小于規范要求210Mpa，滿足承載力要求；跨中撓度為47.1mm，根據《公路橋涵鋼結構及木結構規范》1.1.5條，容許撓度值為1/600L=50mm，滿足規范要求。

3） 在本例中舊橋是混凝土結構橋梁且跨徑為10m+20m，而新建加寬橋梁為鋼箱梁結構，跨徑20+31+20=71m，由于兩座橋的跨徑及結構形式不同，撓度不同，勢必會造成拼接處的縱縫開裂損壞，為了防止以上破壞，鋼箱梁設置需設置預拱度。根據《公路橋涵鋼結構及木結構規范》1.1.6條，設置預拱度的值為結構重力+1/2凈活載產生的豎向撓度和。經計算本聯中跨需設置預拱度值：1.5cm（自重）+1/2*2.1cm（活載）=2.5cm。

4）在本例中加寬橋是采用的預制鋼箱梁結構，不同于混凝土現澆橋梁，混凝土橋梁在拼寬處的縱縫寬度可以通過現澆懸臂調整，而預制鋼箱梁在拼寬縱縫處的間隙過大或過小需要對鋼箱梁補焊或切割，會對鋼箱梁造成二次破壞。為防止縱縫的處拼接不牢的問題，在預制鋼箱梁時一定要復測并校核舊橋橋邊線。

5）橋梁加寬后，舊橋的橫坡變坡點發生變化，舊橋橋面需要通過鋪裝層調拱，相當于增加了橋面荷載。此外，舊橋使用的荷載規范與現用的城市橋梁荷載規范不同，所以要對舊橋的承載力及撓度變形要進行仔細的復核。

結語：

為了保證道路橋梁的安全暢通運營，加寬橋梁需要考慮的問題較多，技術復雜，施工難度大。新建橋梁與加寬橋梁的不均勻沉降，變形撓度不一致等，會造成縱向沉降縫的損壞，影響行車安全。由于城市橋梁有其獨特復雜性，及受周邊道路影響等較大，所以在加寬橋設計方案與施工方法上一定要深思熟慮，盡量減少封閉道路施工，多采用預制結構。減少對周圍環境的影響。隨著我國經濟的快速發展，道路交通量也在逐年快速增長。因此，橋梁加寬方案的研究與應用具有十分廣闊的前景。這也對橋梁設計師提出了更高的設計要求，在橋梁加寬方案比選中，一定要依據計算分析結果以及相關工程經驗制定嚴格、合理的設計、施工方案，以確保橋梁結構的運營安全。

[1]《橋梁工程》（范立礎 主編）人民交通出版社.

[2]《 城 市 橋 梁 設 計 規 范》（CJJ 11-2011）.

[3]《城市道路工程設計規范》（CJJ37-2012）.

[4] 馮玉龍，萬娟，楊勇波.《告訴公路橋梁拼接加寬設計探討》中國水運；2009年12月，第9卷，第12期.