高速公路改擴(kuò)建既有橋梁拼寬施工技術(shù)

江西通威公路建設(shè)集團(tuán)有限公司 / 唐紹輝 胡國華

本文針對某高速公路橋梁實際情況，對其拼寬設(shè)計進(jìn)行深入分析，提出三種上部結(jié)構(gòu)連接方法，即濕接縫連接、鉸縫連接和橫隔板連接。同樣通過對比分析選擇濕接縫連接方法，實踐證明，所選方案是合理的，可為類似高速公路既有橋梁拼寬設(shè)計提供借鑒。

一、工程案例

某高速公路全長約95km，按雙向4車道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，設(shè)計速度為120km/h。自正式通車以來，該高速公路的實際交通量不斷增大，且重載交通量大幅增加，超載現(xiàn)象嚴(yán)重，這導(dǎo)致道路出現(xiàn)很多病害，實際通行能力已經(jīng)無法滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，故有必要對其進(jìn)行擴(kuò)容改造。該高速公路線路范圍內(nèi)共有20座橋梁，其中1座為長205m的大橋，其他均為中橋，總長1124m。所有橋梁的上部結(jié)構(gòu)均采用預(yù)應(yīng)力空心板梁。現(xiàn)圍繞該高速公路工程實際情況，對其擴(kuò)容改造過程中橋梁的拼寬設(shè)計做如下深入分析。拼寬方案是否可行在很大程度上決定了改擴(kuò)建能否取得成功，故應(yīng)給予高度重視。

（一）拼寬原則

根據(jù)該高速公路的特點，在制訂既有橋梁拼寬方案的過程中，遵循以下基本原則：

1.對路線進(jìn)行改擴(kuò)建時，需在兩側(cè)進(jìn)行同步拼接加寬，綜合考慮結(jié)構(gòu)受力、工藝方法、交通組織和成本造價等在內(nèi)的各項影響因素，將既有橋梁拼寬方式確定為在原橋兩側(cè)進(jìn)行拼寬，并對原橋?qū)嵤┍匾臋z測與維修加固處理。

2.對橋梁進(jìn)行拼寬，原則上需要和原橋保持相同的跨徑和結(jié)構(gòu)形式，新橋和舊橋的結(jié)構(gòu)受力及剛度應(yīng)盡可能保持一致，當(dāng)受到荷載的持續(xù)作用時，應(yīng)盡可能減少新橋和舊橋之間結(jié)合處的實際撓度差，以實現(xiàn)對橋面縱向裂縫的有效控制。

3.對新橋設(shè)計過程中，應(yīng)嚴(yán)格遵循安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性及美觀性等基本原則。

橋梁橫向拼寬主要可以使用以下三種方案：上下部結(jié)構(gòu)都不連續(xù)（方案一）、上下部結(jié)構(gòu)都連接（方案二）、上部結(jié)構(gòu)連接而下部結(jié)構(gòu)不連接（方案三）。在拼寬方案選擇時，需對比分析完成拼寬處理后橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性、橋面使用效果及日后維護(hù)難度等。

（二）拼寬各方案的優(yōu)缺點

經(jīng)調(diào)查，早期大部分既有橋梁拼寬采用方案一，從運營結(jié)果看，該方案下橋面容易被破壞，伴隨鋪裝層啃邊等問題的不斷發(fā)展容易產(chǎn)生越來越多的縱向裂縫，對行車舒適性與安全性都會造成很大影響，也破壞了路面的美觀性，所以方案一不建議采用。采用方案二進(jìn)行既有橋梁拼寬時，下部結(jié)構(gòu)之間的連接往往要用到植筋技術(shù)，這無疑會增加成本，如果拼寬橋梁的基礎(chǔ)沉降比原橋梁大，還會因產(chǎn)生很大的附加內(nèi)力而導(dǎo)致上下部結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂現(xiàn)象，特別是下部結(jié)構(gòu)開裂，不僅很難發(fā)現(xiàn)，而且處理和養(yǎng)護(hù)難度較大，對橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性造成很大影響，所以方案二也不建議采用。實踐表明，方案三的應(yīng)用可以取得良好的效果。因此，在條件允許的情況下，建議將方案三作為推薦方案，即只對上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，而下部結(jié)構(gòu)不連接。以上各方案的優(yōu)缺點如下。

1.方案一優(yōu)點：拼寬橋和原橋的結(jié)構(gòu)受力比較明確，相互之間基本不會造成影響；施工難度相對較小，不會產(chǎn)生連接技術(shù)問題。缺點：受活載作用后，兩橋?qū)a(chǎn)生不同的撓度，導(dǎo)致縱向開裂；如果拼寬之后的橋梁產(chǎn)生比原橋更大的沉降，將導(dǎo)致橫向錯臺，對行車舒適性與安全性不利；成橋后的美觀性相對較差，且新舊橋之間的工作縫容易遭到破壞，后期養(yǎng)護(hù)成本相對較高。該方案的綜合評價結(jié)果為一般，為比較方案。

2.方案二。優(yōu)點：拼寬橋和原橋有良好的整體性，能使新舊結(jié)構(gòu)實現(xiàn)共同受力。缺點：施工難度相對較大；對下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接時，需要用到植筋技術(shù)，不僅工藝復(fù)雜，而且成本很高。該方案的綜合評價結(jié)果為一般，為比較方案。

3.方案三。優(yōu)點：上部結(jié)構(gòu)的連接不會對下部結(jié)構(gòu)造成太大影響，下部結(jié)構(gòu)內(nèi)力不會因為上部結(jié)構(gòu)連接而產(chǎn)生太大變化，且能消除前兩套方案存在的所有缺點。但該方案也存在一定缺點，即基礎(chǔ)的差異沉降會使上部結(jié)構(gòu)相連部位產(chǎn)生相對較大的內(nèi)力，對結(jié)構(gòu)受力不利，可能會引起裂縫等病害，設(shè)計與施工中需要對此給予高度重視。該方案的綜合評價結(jié)果為較好，可作為推薦方案使用。

（三）橋梁現(xiàn)狀分析

對道路中的現(xiàn)狀橋梁改建需要結(jié)合道路總體要求進(jìn)行現(xiàn)狀橋梁分析。首先需要明確改建道路等級、紅線寬度、現(xiàn)狀河道規(guī)模、河道規(guī)劃信息以及河道通航情況。還需明確本次改建是否存在規(guī)劃河道，需要新建橋梁。收集現(xiàn)狀橋梁資料，最好是竣工圖。分析橋梁總體布置、橋梁結(jié)構(gòu)類型、荷載等級、竣工年限等基本信息。分析橋梁總體設(shè)計、橋梁寬度、跨度、梁底標(biāo)高、荷載等級是否滿足現(xiàn)階段項目改建要求。以此來初步判斷橋梁是否可以利用。初步判定橋梁可以利用后還需要對橋梁進(jìn)行從外觀到結(jié)構(gòu)性能的深度分析，這就需要委托相關(guān)機(jī)構(gòu)對橋梁進(jìn)行專業(yè)的橋梁技術(shù)檢測。

（四）橋梁改建要求

改建道路中橋梁改建需要根據(jù)道路總體功能要求進(jìn)行改建，需要結(jié)合項目實際情況。橋梁改建常見情況有以下四種：1.道路拓寬，橋梁寬度不夠需要改建；2.道路拓寬，橋梁已經(jīng)按照遠(yuǎn)期規(guī)劃來做，寬度滿足要求，需要調(diào)整橋面布置；3.河道拓寬整治或者提升航道等級，現(xiàn)狀橋梁跨度或梁底凈空不滿足要求，需要拆除重建；4.橋梁破損嚴(yán)重，通過專業(yè)技術(shù)檢測表明不能利用，需要拆除重建。

二、上部結(jié)構(gòu)拼寬

在選定具體的拼寬方案后，需要確定適宜的拼寬方式。如前所述，該高速公路路段范圍內(nèi)所有橋梁都采用預(yù)應(yīng)力空心板梁，其拼接主要有以下三種方法：濕接縫連接、鉸縫連接及橫隔板連接。

（一）濕接縫連接

濕接縫連接法是將原橋和拼寬橋之間采用濕接縫（主要為現(xiàn)澆混凝土）的形式連接，使形成一個完整的整體，并在上部結(jié)構(gòu)兩端分別設(shè)置厚度為30cm的橫梁，以進(jìn)一步提高連接的整體性。在拼寬橋架設(shè)完成4個月后，采用濕接縫的方法連接能有效減小混凝土收縮徐變與基礎(chǔ)沉降等對上部結(jié)構(gòu)連接造成的不利影響。對于拼寬設(shè)計中存在的橫向誤差，可通過現(xiàn)澆段進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。濕接縫的寬度一般按照45cm嚴(yán)格控制。該方法的優(yōu)點為：具有良好的整體性，能使新舊兩個結(jié)構(gòu)實現(xiàn)共同受力；連接部位有很大的剛度，由于在板端上設(shè)置橫梁，所以能有效抵抗因混凝土收縮徐變或基礎(chǔ)沉降等原因而產(chǎn)生的附加內(nèi)力；完成拼寬后橋面保持美觀，可提高行車舒適性；橋面的現(xiàn)澆層會參與受力，一同抵抗連接部位的變形與附加內(nèi)力；無需拆除原橋下部結(jié)構(gòu)；后續(xù)養(yǎng)護(hù)成本相對較低。缺點為：對連接時間和沉降控制有很高的要求，且工藝相對復(fù)雜，需進(jìn)行植筋。

（二）鉸縫連接

鉸縫連接法是先將原橋兩側(cè)腹板的混凝土鑿除，然后更換外側(cè)邊板的直接預(yù)制中板以代替原橋邊板，在拼寬橋梁空心板架設(shè)過程中，需要和原橋之間保持5cm的距離，以便和拼寬橋的中板形成一道鉸縫，采用現(xiàn)澆混凝土的方式使原橋與拼寬橋之間形成一個整體。在拼寬橋架設(shè)完成4個月后，采用濕接縫的方法連接能有效減小混凝土收縮徐變與基礎(chǔ)沉降等對上部結(jié)構(gòu)連接造成的不利影響。對于拼寬設(shè)計中存在的橫向誤差，可通過現(xiàn)澆段進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。該方法的優(yōu)點為：具有良好的整體性，能使新舊兩個結(jié)構(gòu)實現(xiàn)共同受力；橋面的鋪裝層參與結(jié)構(gòu)受力，一同抵抗連接部位的變形和附加內(nèi)力；完成拼寬后橋面保持美觀，可提高行車舒適性。缺點為：對連接時間和沉降控制都有很高的要求；鉸縫寬度往往很小，對變形基本沒有容許能力，一旦產(chǎn)生不均勻沉降，將很有可能產(chǎn)生裂縫；基礎(chǔ)一旦產(chǎn)生不均勻沉降，將對原橋造成很大的影響；需要適當(dāng)拆除原橋下部結(jié)構(gòu)，施工操作難度相對較大；工藝較復(fù)雜。

（三）橫隔板連接

橫隔板連接法是在原橋和拼寬橋之間設(shè)置橫隔板以形成一個整體。對于橫隔板的具體設(shè)置位置，一般為空心板兩端向內(nèi)2m，跨中則按照4m的間隔距離設(shè)置。在拼寬橋架設(shè)完成4個月后，采用濕接縫的方法連接能有效減小混凝土收縮徐變與基礎(chǔ)沉降等對上部結(jié)構(gòu)連接造成的不利影響。對于拼寬設(shè)計中存在的橫向誤差，可通過現(xiàn)澆段進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。該方法的優(yōu)點為：具有良好的整體性，能使新舊兩個結(jié)構(gòu)實現(xiàn)共同受力；橫隔板的設(shè)置可以有效抵抗因混凝土收縮徐變或基層差異沉降而導(dǎo)致的變形與附加內(nèi)力；無需拆除原橋的下部結(jié)構(gòu)。缺點為：完全拼接后，如果產(chǎn)生差異沉降，將使原橋和拼寬橋都受到很大影響，在橫隔板處產(chǎn)生內(nèi)力集中，導(dǎo)致開裂。綜合考慮各方法的優(yōu)缺點后，該工程決定采用濕接縫連接法進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)連接。

三、結(jié)語

綜上所述，伴隨國民經(jīng)濟(jì)與公路工程建設(shè)的快速發(fā)展，既有橋梁拼寬與改造項目越來越多。本文結(jié)合實例對既有橋梁拼寬設(shè)計進(jìn)行了深入分析，提出不同的整體拼寬和上部結(jié)構(gòu)拼寬方案，并通過對比分析，選出適宜的方案，可為類似工程的既有橋梁拼寬設(shè)計提供參考。在實際改造中收集資料對現(xiàn)狀橋梁進(jìn)行充分地分析，保證安全的同時滿足改建要求的情況下，盡量利用老橋，節(jié)約資源，明確橋位處地上地下管線、構(gòu)筑物位置、安全記錄及保護(hù)要求，橋梁結(jié)構(gòu)盡量避讓重要管線及構(gòu)筑物，在安全距離外實施。施工期間做好施工交通組織翻交工作，保證現(xiàn)狀交通安全有序進(jìn)行。設(shè)計期間做好各專業(yè)提資、復(fù)核、交接工作。橋梁的設(shè)計方案應(yīng)該與實際情況相結(jié)合，設(shè)計出最符合實際，最能保障工程質(zhì)量的工程施工方案。