拓寬橋梁新舊基礎(chǔ)不均勻沉降及其對上部結(jié)構(gòu)影響的研究

朱新安

摘 要：一些建設(shè)時間早的公路經(jīng)過長時間的使用之后已無法滿足日益增長的交通流需求，需要對其進行拓寬來確保其使用功能。對橋梁的拓寬通常采用下部結(jié)構(gòu)新建，上部結(jié)構(gòu)剛接或鉸接。由于新建的下部結(jié)構(gòu)與原本老橋的下部結(jié)構(gòu)之間會出現(xiàn)不均勻沉降，導(dǎo)致了橋梁上部結(jié)構(gòu)中會出現(xiàn)附加應(yīng)力，會對結(jié)構(gòu)造成影響。本文通過對橋梁拓寬進行研究，探究拓寬橋梁基礎(chǔ)不均勻沉降以及對上部結(jié)構(gòu)帶來的影響。

關(guān)鍵詞：橋梁;拓寬;不均勻沉降;影響

0 引言

橋梁基礎(chǔ)沉降是一個漫長的過程，經(jīng)過長時間的運營之后，橋梁基礎(chǔ)的沉降才會趨于穩(wěn)定。而對舊橋進行拓寬之后，新建部分的橋梁基礎(chǔ)沉降需要經(jīng)過很長的時間才會達到穩(wěn)定，這就會導(dǎo)致新舊橋的基礎(chǔ)之間出現(xiàn)不均勻沉降，進而對上部結(jié)構(gòu)帶來影響[1]，尤其是對拼接部分的梁板，基礎(chǔ)的不均勻沉降導(dǎo)致在該部位出現(xiàn)附加內(nèi)力，給拓寬部分的橋梁帶來安全隱患。因此，注重拓寬橋梁基礎(chǔ)的不均勻沉降，確保其整體質(zhì)量是一個需要重點關(guān)注的問題。

1 橋梁拓寬方法研究

受到地形地貌以及工程投資的影響，橋梁擴寬的形式會存在差異。拓寬方式的選擇是橋梁拓寬工程的重要內(nèi)容，對橋梁拓寬之后的受力形式以及運營質(zhì)量起著決定性作用[2]。而且加寬與連接方式的不同，也會對工程成本以及施工難度帶來影響。因此，在進行拓寬形式的選擇時，要根據(jù)工程所在地的地質(zhì)條件以及公路的運營需求來選擇安全合理且經(jīng)濟的橋梁拓寬方案。

1.1 拓寬方案

1.1.1 單側(cè)分離式拓寬

單側(cè)分離式拓寬是在原橋的一側(cè)新建一座結(jié)構(gòu)形式以及跨徑相同的橋梁，該方案不需要與舊橋進行拼接，具有不影響舊橋通行且施工方便的特點。適用于單側(cè)空間受限無法進行雙側(cè)分離式拓寬，以及施工難度大的大跨度橋梁拓寬。這種拓寬形式由于新舊橋之間并不搭接，因此基礎(chǔ)的不均勻沉降對其上部結(jié)構(gòu)不會帶來過大的影響。

1.1.2 雙側(cè)分離式拓寬

雙側(cè)分離式加寬是在舊橋兩側(cè)分別新建一座結(jié)構(gòu)形式以及跨徑相同的橋梁，新橋與舊橋上部結(jié)構(gòu)不連接。這種方案適用于舊橋兩側(cè)有足夠空間的情況，通常應(yīng)用于舊橋承載力較差的拓寬工程，多用于對低等級公路橋梁的拓寬。與單側(cè)分離式拓寬方案相同，該方案橋梁上部結(jié)構(gòu)受到來自基礎(chǔ)不均勻沉降的影響也不大。

1.1.3 單側(cè)拼接式拓寬

單側(cè)拼接式拓寬是在原橋的一側(cè)對其進行拼接加寬，適用于擴寬部分較窄的橋梁拓寬工程，拼接完成之后在沿路線走向方向存在一條縱向的拼接縫。單側(cè)拼接拓寬施工工藝相對復(fù)雜，由于需要對橋面橫坡重新進行構(gòu)造，在施工期間需要封閉交通。而且，進行單側(cè)拼接加寬之后橋梁的中心線會往加寬側(cè)偏移，對路線的線形也會帶來一定影響。由于上部結(jié)構(gòu)相連，因此新舊橋基礎(chǔ)的不均勻沉降對上部結(jié)構(gòu)會造成比較大的影響。

1.1.4 雙側(cè)拼接式拓寬

雙側(cè)拼接式拓寬多采用對稱式拓寬，即在舊橋的兩側(cè)新建與原橋跨徑相同的橋梁。雙側(cè)拼接式拓寬是現(xiàn)階段公路改擴建工程中應(yīng)用最廣泛的一種形式。與單側(cè)拼接式拓寬相比，橋梁的中心線不發(fā)生偏移，不會對路線的線形產(chǎn)生影響，也不需要重新構(gòu)造路面橫坡。但是，新橋與舊橋之間有兩條縱向拼接縫，整體性相對較差，上部結(jié)構(gòu)受到來自基礎(chǔ)不均勻沉降的影響更大，且工程量相比于單側(cè)拼接式拓寬更大。

1.2 新舊橋之間的連接

1.2.1 新舊橋上下部結(jié)構(gòu)均不連接

該方案的優(yōu)點是舊橋與新橋相對獨立，各自承受荷載且互不影響。在進行拓寬施工時舊橋的使用功能不會受到影響。但這種方案也會帶來一些缺點，即舊橋與新橋的主梁在車輛荷載作用下會產(chǎn)生不同的撓度，使拓寬部分的變形要大于舊橋的變形，會引起拼接部分橋面鋪裝的破壞[3]，對后期的維護工作帶來不便。

1.2.2 新舊橋上下部結(jié)構(gòu)均連接

該方案可有效的對基礎(chǔ)不均勻沉降以及荷載問題進行改善，且能減小溫度對橋梁收縮帶來的影響，適用于寒冷地區(qū)的橋梁拓寬方案。但是由于新舊橋之間的梁板發(fā)生形變的程度存在差異，會導(dǎo)致蓋梁等結(jié)構(gòu)處出現(xiàn)裂縫。通常對蓋梁的連接需要采用植筋來進行，不僅成本高，而且還需要對舊橋的蓋梁進行部分的拆除，工序繁瑣且對舊橋的影響較大。

1.2.3 新舊橋上部結(jié)構(gòu)連接、下部結(jié)構(gòu)不連接

上部結(jié)構(gòu)相連可保障橋梁通行順暢，下部結(jié)構(gòu)不相連可對橋梁承受的荷載進行分散，在降低基礎(chǔ)不均勻沉降的同時還可緩和拼接處的附加應(yīng)力。由于拼接處采用現(xiàn)澆混凝土進行施工，會導(dǎo)致橋梁在美觀度上存在一定的不足，而且拼接處易產(chǎn)生裂縫，施工的關(guān)鍵技術(shù)是確保拼接處混凝土在養(yǎng)護與后期使用中不會發(fā)生較大變形。

2 不均勻沉降對上部結(jié)構(gòu)的影響

2.1 沉降模式假設(shè)

由于舊橋的基礎(chǔ)沉降經(jīng)過長時間的運營已基本趨于穩(wěn)定，故將舊橋的基礎(chǔ)沉降假定為零。由于新舊橋之間由拼接構(gòu)件相連，對靠近舊橋的新橋主梁有較大的約束，而隨著距離的變化，對遠端的主梁約束則較小，根據(jù)以往的研究表明，約束的減小近似線性變化。

2.2 影響因素研究

本文選擇截面配筋、不均勻沉降值、新橋?qū)挾纫约捌唇訉挾葹橛绊懸蛩貙A(chǔ)不均勻沉降對上部結(jié)構(gòu)的影響進行研究。且對每項因素設(shè)置極值范圍，其中截面配筋的極值分別根據(jù)最小配筋率與最大配筋率來確定;不均勻沉降值參考相關(guān)文獻的研究設(shè)定為5 mm，且作為定值;新橋?qū)挾茸钚≈禐閱螚l車道寬度，最大值為舊橋?qū)挾?拼接寬度最小值為0.2 m，最大值為1 m。

2.3 不同因素對上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響

截面配筋率的變化對拼接部分上緣橫向拉應(yīng)力有一定影響，且這種影響與截面位置相關(guān)，由支座向跨中位置影響逐漸變?nèi)酰ё帒?yīng)力變化相比于跨中處要大很多。當不均勻沉降值為定值時，對支座附近的縱向拼接縫處截面內(nèi)力產(chǎn)生的影響最大，且由支座向跨中方向逐漸減弱。拓寬寬度與拼接寬度對上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響變化規(guī)律也是相似的，隨著寬度的增加，拼接處所受到的拉應(yīng)力會逐漸減小，且由支座向跨中方向逐漸遞減。

2.4 不均勻沉降對上部結(jié)構(gòu)變形的影響

當新舊橋梁基礎(chǔ)發(fā)生不均勻變形時，如果新舊橋之間采用弱剛接，則新橋基礎(chǔ)發(fā)生的沉降全部由其自身承擔，不會對舊橋產(chǎn)生影響;而采用強剛接時，新橋產(chǎn)生的部分沉降會傳遞到舊橋并由其部分結(jié)構(gòu)來承擔，導(dǎo)致舊橋部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形。因此，采用弱剛接的拓寬橋梁相對而言更容易在拼接縫處出現(xiàn)橋面結(jié)構(gòu)的破壞，很有可能產(chǎn)生較為明顯的錯臺現(xiàn)象;但是采用強剛接的拓寬橋梁會由于新橋的沉降導(dǎo)致舊橋部分主梁發(fā)生豎向沉降以及橫向位移。

3 結(jié)語

隨著公路改擴建建設(shè)工作的逐步推進，對橋梁的拓寬改建得到了廣泛的應(yīng)用。但是新舊橋之間基礎(chǔ)的不均勻沉降問題會給擴寬工程的質(zhì)量帶來很大的隱患，如何對其進行解決是一項值得深入研究的問題。本文以橋梁拓寬為研究對象，對現(xiàn)階段橋梁拓寬方案進行研究，并對不均勻沉降對橋梁上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化及變形影響進行研究，并得到一些結(jié)論，能夠?qū)蛄和貙捁こ處硪恍﹨⒖肌?/p>

參考文獻：

[1]胡文華.不均勻沉降對拓寬橋梁拼接板受力影響研究[J].公路交通技術(shù)，2012（5）：98-102.

[2]李子豪.拓寬橋梁新舊基礎(chǔ)不均勻沉降及其對上部結(jié)構(gòu)影響的研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2019.

[3]周明利.高速公路橋梁拓寬中的問題[J].交通世界，2017（1）：136-137.