公路橋梁拓寬拼接設計關鍵問題分析

聞龍

摘要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，公路交通流量越來越大，造成既有公路運輸無法滿足現(xiàn)有交通需求。為改善這一不利現(xiàn)狀，公路拓寬已成為緩解交通壓力的重要手段。在公路拓寬建設中，橋梁工程的拓寬拼接是其中的重點和難點。在役橋梁拓寬拼接后，新舊橋梁的力學性能將會互相影響、互相制約，給橋梁拓寬拼接設計與施工均帶來了較大挑戰(zhàn)。因此，合理的拓寬拼接方式尤其重要，不僅可以保證拓寬拼接橋梁的協(xié)同變形與受力，還能有效提升公路通行能力。

關鍵詞：公路橋梁;拓寬;拼接;問題

引言

近年來，隨著城市化的快速推進和經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，城市公路橋梁也不斷地向外拓展和延伸，相應地對城市公路橋梁改造的需求也在不斷提高。作為城市基礎設施建設的一個重要環(huán)節(jié)，公路橋梁改造可以為車輛行駛的安全性提供保障，但在同時也會對周邊的環(huán)境造成比較大的影響，因此在改造設計過程中需要對目標、經(jīng)濟性和環(huán)境影響進行綜合考慮和權衡。

1公路橋梁拓寬拼接的基本原則

（1）在對橋梁進行加寬改造的過程中，需要對現(xiàn)有的橋梁結(jié)構進行充分利用，避免出現(xiàn)不必要的費用支出;（2）在完成加寬改造后，橋梁上下部結(jié)構必須能夠與舊橋保持一致，新舊橋梁的受力狀態(tài)、溫度變形等也應保持一致;（3）如果舊橋梁本身存在較多問題，在加寬改造過程中，應采用分離式新建橋的方式，而不能直接在現(xiàn)有橋梁的基礎上進行拼接;（4）需要擴大基礎的橋梁，在改造過程中必須對地基基礎進行特殊處理，提升基礎結(jié)構的穩(wěn)定性和可靠性。

2橋梁拓寬拼接方案

2.1上下全部連接

這種加寬方式是對加寬方式和舊橋的上下結(jié)構都進行連接，加寬區(qū)域和舊橋的連接采用的是橫梁植筋的方式，然后通過澆筑形成整體，可以有效避免連接區(qū)域形變的問題。主梁的連接可以通過橫隔梁和翼板實現(xiàn)，也可以單純地連接翼板。一般情況下，不會在僑聯(lián)設置分隔帶，而在拆除欄桿和人行道后，舊橋邊梁承受的荷載量會增大，容易出現(xiàn)邊梁無法承受壓力的情況。對此，應做好新舊主梁的剛性連接，保證各區(qū)域之間受力的合理性，新主梁的剛度應超過舊主梁。在實際應用中，上下全部連接的加寬方式也存在一定的不足，即原橋梁基礎沉降較小，附加內(nèi)力大，橋梁上下方連接區(qū)域很容易出現(xiàn)開裂的情況，想要再次修復難度很大，而且植筋作業(yè)的施工比較繁瑣，成本造價高。

2.2上下全不連接

這種加寬方式是將舊橋梁和加寬區(qū)域的上下部分全部分離，對間隙進行合理控制，通過橋面鋪裝實現(xiàn)兩者的有效連接。該方案能夠?qū)⑿屡f橋的橋面和梁分離，留出一定空間，兩者的受力互不影響，橋梁上方也不會出現(xiàn)基礎沉降以及收縮徐變的情況。考慮到橋梁承載力要求變高后，舊橋主梁可能無法達到新標準，因此該方法適用于加寬區(qū)域可以獨立設置車道，同時經(jīng)分隔帶分離的橋梁。對于大跨徑橋梁，受各種因素的影響，連接面加固的技術要求較高，可以采用上下全不連接的方式，因為其不存在技術層面的困擾，操作相對簡單。但受車體活載情況的影響，加寬后的橋梁沉降比舊橋更大，新舊橋梁撓度的不同步容易在鋪裝區(qū)域引發(fā)開裂問題。

3混凝土收縮徐變

事實上，混凝土的收縮與徐變是完全不同的2個概念。收縮是指在混凝土凝結(jié)初期或者硬化過程中出現(xiàn)的一種體積縮小的現(xiàn)象;而徐變是指混凝土在長期荷載作用下所產(chǎn)生的變形。據(jù)相關研究，混凝土收縮徐變的影響因素主要有混凝土的齡期、構件厚度、水灰比、空氣濕度、環(huán)境溫度等。收縮徐變過程除了會導致預應力損失，還會影響梁體結(jié)構的線形。混凝土收縮徐變對新舊橋梁結(jié)構的影響主要是新舊橋梁的齡期差造成的。根據(jù)我國《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》，橋梁需要考慮10a的混凝土收縮徐變的影響。對于拓寬拼接橋梁，舊橋相對于新橋齡期較長，大多數(shù)情況下超過了10a，因此，新舊橋梁混凝土收縮徐變并不同步，可以近似認為舊橋相對于新橋不發(fā)生收縮徐變，這將會導致拓寬拼接后的新舊橋梁在結(jié)構受力與變形方面產(chǎn)生差異，進而導致結(jié)構質(zhì)量問題，嚴重情況下會威脅行車安全。在開展橋梁拓寬拼接設計時，應充分考慮新舊橋梁混凝土收縮徐變差異對結(jié)構附加內(nèi)力的影響，并采取一定的技術措施來保證舊橋結(jié)構的承載力與剛度，從而保證橋梁安全。實際上，混凝土的收縮徐變是隨著時間逐漸發(fā)展的，分析混凝土收縮徐變對結(jié)構內(nèi)力的影響是一項非常復雜的任務，要對其作用過程進行分析，提高評價精度。通常分析新橋收縮徐變對舊橋結(jié)構的影響可分3步：首先，假定新舊橋梁結(jié)構之間不存在連接，計算某一個時段內(nèi)新橋混凝土收縮徐變大小;其次，考慮新舊橋梁連接的影響，根據(jù)新舊橋梁變形協(xié)調(diào)條件，建立方程，進而獲得連接面上收縮徐變產(chǎn)生的內(nèi)力;最后，根據(jù)求得的連接面內(nèi)力，進一步求解節(jié)點位移，并將節(jié)點位移代入單元剛度方程，求得各節(jié)點的內(nèi)力。

4新舊橋梁基礎沉降差

對于橋梁拓寬拼接而言，新舊橋梁基礎沉降差也是不可避免的一個關鍵問題。在橋梁拓寬拼接完成后，新橋的基礎沉降開始發(fā)展，而舊橋基礎的沉降則接近完成狀態(tài)，此時，如果新橋基礎地基條件不好，可能過早出現(xiàn)沉降過大的情況，將會影響橋梁結(jié)構。新舊橋梁基礎的沉降差對橋梁結(jié)構的影響主要體現(xiàn)在變形上，具體為新橋主梁、拼接縫、舊橋主梁在豎向上的變形，由于混凝土的抗拉強度遠低于抗壓強度，沉降差引起的橫向拉應力成為控制因素，當沉降差達到混凝土抗拉強度極限時，可能會引起新舊橋連接部位產(chǎn)生順橋向的裂縫、主梁混凝土開裂及支座脫空。在服役過程中，雨水可能會滲入裂縫，影響橋梁結(jié)構的耐久性。事實上，橋梁基礎的沉降是一個漫長的發(fā)展過程，而影響因素較多。在分析新舊橋梁基礎沉降差對橋梁結(jié)構影響時，應首先明確基礎的沉降規(guī)律，然后，根據(jù)相關公式計算樁基沉降值。當前，樁基沉降值的計算大體可分為2部分：基礎的最終沉降量和基礎沉降隨時間的變化過程。主要計算方法有理論公式法（如分層綜合法）和數(shù)值方法（如有限元法）。為減輕或避免基礎沉降差對新舊橋梁結(jié)構的影響，在拓寬設計過程中，可以考慮采取以下2種方法：（1）進行拓寬拼接時，將上部結(jié)構做成分離式;（2）對新橋基礎進行處理，進而確保其沉降值控制在一定的許可范圍內(nèi)。事實上，將上部結(jié)構做成分離式是存在一定弊端的，如結(jié)構整體性削弱、會產(chǎn)生明顯的撓度差、影響結(jié)構美觀等。

結(jié)束語

當前，既有公路網(wǎng)絡已無法滿足現(xiàn)代交通運輸?shù)男枨螅_展公路改擴建是解決這一問題的重要手段，而橋梁拓寬拼接是公路改擴建的重中之重。為此，本文對上述3個關鍵問題進行了分析，并提出了相應的技術策略，即在拼接方案方面推薦采用上下全部連接、上下全不連接的方法。進行混凝土收縮徐變分析時，應提前預估新橋收縮徐變對橋梁結(jié)構的影響。進行基礎沉降差控制時，應通過技術措施將新橋沉降控制在一定范圍內(nèi)的參考和指導。

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