高速公路改擴建預制箱梁橋拼寬研究

竇瑞杰

(山西省交通規劃勘察設計院，山西 太原 030012)

1 拼寬方式選擇

1.1 上不連下不連拼寬方式

上不連下不連方式是加寬橋和舊橋上部和下部均不連接，新老結構之間留施工縫，橋面瀝青混凝土鋪裝層連續攤鋪，加寬橋和舊橋各自受力明確，相互獨立，互不影響，施工難度較小。

該種拼接方式施工簡單，不用考慮結構之間的連接問題，但由于在汽車荷載的作用下新老結構會產生不同的撓度，同時新橋的工后沉降量大于舊橋沉降量，可能回造成施工縫處橋面鋪裝層破壞，行成縱向裂縫，嚴重的會產生橫橋向錯臺，影響新車舒適、安全性、橋梁外觀和增加后期養護工作難度。

國內早期的廣佛高速改擴建是部分橋梁采用該種加寬方案，運營一段時間后，橋面鋪裝極易損壞，橫橋型錯臺日益擴大，嚴重影響行車安全和美觀。

1.2 上連下連拼寬方式

上連下連加寬方式是加寬橋和舊橋的上部結構和下部結構均連接為整體，這種方式可減小各種荷載(基礎不均勻沉降、汽車荷載、溫度荷載等)作用下新舊結構之間的連接處產生過大的變形，可以減小上部和下部結構某些部位的內力。新舊橋之間連接方式是在舊橋上部結構連接部位植鋼筋與新橋上部結構對應連接部位預留的鋼筋連接，再澆筑混凝土濕接縫，將加寬橋和舊橋上部連接為整體；在舊橋橋臺或橋墩蓋梁連接處植入鋼筋與新橋蓋梁對應部位預留的鋼筋連接，然后澆筑混凝土，將加寬橋和舊橋的蓋梁連接成整體。早期的沈大高速公路改擴建工程采用了上下均連接的橋梁拼寬方案。

1.3 上連下不連拼寬方式

上連下不連是綜合上述兩種連接方式的優缺點，將橋梁的上部結構連接而下部結構不連接的加寬方式。

這種拼接方式的優點是：橋梁的下部結構不連接，拼寬橋和舊橋的下部結構是相互獨立的結構，結構內力不產生相互影響，上部結構連接對下部結構內力的影響很小。

缺點是：上部結構連接由于新舊橋梁材料特性的差異將產生結構附加內力，同時由于基礎沉降引起上部結構連接處附加內力增大。為減小基礎沉降引起的橋梁上部結構連接處附加內力，應盡可能減小基礎沉降量，加寬橋基礎選用時盡量選用樁基礎，同時可以采用地基處理、增加樁長或增大樁徑等方法盡量減小基礎沉降量。

由于上述三種方案中，第一種和第二種方案存在的缺陷和問題，高速公路改擴建項目中采用第三種方案整體拼寬方案，即上部結構相互連接、下部結構不連接的方式。

2 橋梁拼寬設計

2.1 舊橋概況

太陽高速公路大橋為4～25 m預應力混凝土先簡支后連續小箱梁，右前夾角120度，下部結構為柱式墩，橋臺為柱式臺，基礎采用樁基礎，舊橋橋寬為2×16.5 m。

2.2 地質概況

經鉆探揭示，橋址地層主要為：

(1)濕陷性黃土(粉土)。褐黃色，稍密，稍濕，厚度7.5 m，極限承載力150 kPa，側摩阻力-10/50 kPa。

(2)粉質黏土。黃褐色，可塑。厚度11.5 m，極限承載力220 kPa，側摩阻力55 kPa。

(3)粉質黏土。褐紅色，軟塑。厚度2.0 m，極限承載力150 kPa，側摩阻力40 kPa。

(4)粉質黏土。褐紅色，硬塑。厚度9.0 m，極限承載力250 kPa，側摩阻力61 kPa。

(5)卵石。褐灰色，密實，濕，顆粒成份以灰巖為主，一般粒徑20～30 mm，最大50 mm，砂類土充填。厚度5.4 m，極限承載力200 kPa，側摩阻力80 kPa。

(6)粉質黏土。褐紅色，堅硬。厚度7.4 m，極限承載力300 kPa，側摩阻力69 kPa。

2.3 上部結構拼接

由于北二環高速公路在此處設置樞紐G匝道，需對該橋右側半幅進行加寬5.8 m，舊橋單幅5片小箱梁，加寬橋采用一片中梁和一片邊梁組合。

(1)橋面板拼接。鑿除舊橋翼緣混凝土25cm寬，漏出鋼筋與新橋中梁預留鋼筋焊接，澆筑橋面板混凝土；這種拼接方式類似鉸接，主要傳遞剪力，彎矩傳遞較少。

(2)中橫梁和端橫梁拼接。舊橋上部在墩頂設置現澆中橫梁，在橋臺頂設置端橫梁，在舊橋端橫梁和中橫梁分別植入鋼筋，與新橋中橫梁和段橫梁預留鋼筋連接，澆筑中橫梁和端橫梁混凝土。

(3)橋面鋪裝混凝土。舊橋采用10 cm C50混凝土橋面鋪裝，鑿除舊橋混凝土鋪裝50 cm寬，露出鋪裝層內鋼筋網，與新橋鋪裝鋼筋連接，澆筑C50橋面鋪裝混凝土。

2.4 墩柱設計

(1)墩柱尺寸設計

舊橋墩柱采用了柱式墩，橋墩采用D=1.3 m圓柱和D=1.5 m樁基礎，樁基按摩擦樁設計，保證新橋樁基與舊橋樁基凈距大于2.5D的情況下，新橋墩柱采用D=1.4 m橋墩和D=1.6 m樁基，新橋墩柱較舊橋加大了一級，主要考慮減小新橋樁基工后沉降。

(2)樁長計算和設計

新橋樁基按摩擦樁設計，單樁承載力按下式計算：

根據地質概況，地表覆蓋有濕陷性黃土，厚7.5 m，通常地表以下5.0 m范圍考慮濕陷性黃土的負摩阻力，側摩阻力按-10 kPa計算，距地表5.0 m以下濕陷性黃土不考慮負摩阻力，按正摩阻力考慮。新橋樁長計算值為30 m，為減小工后沉降，樁長取35 m，同時對樁基施工提出嚴格要求，樁底沉淀土應小于5 cm。

2.5 橋面鋪裝設計

鑿除舊橋瀝青混凝土鋪裝50 cm(距離舊橋邊梁翼緣)，鑿除舊橋混凝土鋪裝層25 cm(距離舊橋邊梁翼緣)。在新舊橋完成橋面板拼接后，幫扎橋面混凝土鋪裝鋼筋，澆筑新橋橋面鋪裝混凝土，在新舊橋拼接處上方留后澆帶，后澆帶寬度為橋面板濕接縫寬度每側各加25 cm，待新橋橋面混凝土鋪裝齡期達到7～14 d期間，采用UEA補償收縮混凝土澆筑橋面混凝土鋪裝后澆帶，然后依次施工防水層和瀝青混凝土橋面鋪裝。

3 UEA混凝土

為了減少裂縫和橋面滲水，拼寬橋梁與舊橋之間的現澆濕接縫采用UEA補償收縮混凝土，UEA補償收縮混凝土是一種當膨脹受到約束而產生的壓力，能基本地抵消由于混凝土干縮而出現的拉力。UEA補償收縮混凝土是在普通水泥混凝土中摻加UEA膨脹劑，通常膨脹劑的摻入量在(質量比)8%～12%之間，具體摻入量可根據結構配筋量適當調整，本橋拼寬現澆濕接縫UEA混凝土摻加10%的膨脹劑，施工中要加強養護，不間斷澆水，以便補償收縮混凝土功能的形成。

膨脹混凝土性能指標

4 新舊橋沉降差解決

舊橋已經運營很長時間，在正常情況下，橋梁樁基沉降已經基本完成，而新橋施工后基礎會發生沉降，新舊橋之間就會產生沉降差，進而會在新舊橋拼接處產生較大的內力，內力足夠大時會使橋面拼接位置產生縱向裂縫，影響橋梁美觀和結構的耐久性。減少沉降差，通常采用的措施如下:

(1)樁基設計時，在滿足承載力的前提下，適當增加樁長和樁徑，以增大樁周摩阻力(通常增大的樁周摩阻力大于增加樁長和樁徑增加的重力)，可減小樁基工后沉降，本橋樁基較計算值增加5 m。

(2)新舊橋延遲拼接，新橋上部結構施工至橋面鋪裝時，先不進行新舊橋濕接縫拼接，讓新橋放置一段時間，通常放置4～5個月，讓沉降發生在拼接之前，同時可對新橋按設計荷載進行堆載預壓，加速其沉降的發生。

(3)樁基施工時嚴格控制施工質量，特別對樁底沉淀土厚度和清底提出嚴格要求。

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