橋梁拼寬設計案例分析

吳志強

（杭州市城鄉建設設計院股份有限公司，浙江 杭州 31000）

0 引言

隨著我國經濟建設的快速發展，交通量的需求不斷增大，橋梁寬度已經無法滿足現行的交通通行，通行能力逐漸趨于飽和，需要增加既有車行道的通行能力是當前一個重要而亟待解決的問題。通過舊橋梁的拼寬，能夠有效解決行車道的通行寬度問題，但還需研究舊橋結構是否滿足現行交通荷載的要求。為解決舊橋梁結構承載能力不足的問題并提高交通荷載要求，往往選擇橋梁加固、加寬甚至拆除重建等設計方案[1-2]。橋梁的拆除重建一般較浪費社會資源并且違背“十四五”規劃倡導的低碳原則，并且舊橋拆除過程會對環境造成破壞，拆除舊橋的廢棄混凝土會污染生態環境。

研究發現，在拼寬橋和老橋搭接處會出現應力集中現象[3]，處理新舊橋梁設計問題對橋梁的使用至關重要；有學者研究表明，當拼寬側橋梁發生整體沉降時，對原橋的位移影響范圍較大[4]，可見新舊橋梁銜接問題是技術難題。因此，若能充分利用這些舊橋解決新舊橋梁受力問題，不僅能夠縮短施工時間，提高施工效率，而且還能夠有效節約社會資源，保護生態環境，實現社會可持續發展戰略的要求。當橋梁剩余承載力仍然較大時，通過橋梁橫斷面設計，充分利用老橋結構，將原來橋梁作為人行道及非機動車道為較好的選擇[5-6]，從而避免新舊橋梁的銜接問題。本文以實際工程案例闡明拼寬橋的設計思路及方法，為今后該類型橋梁的拼寬改造提供參考與借鑒。

1 橋梁拼寬設計原則

首先應保證新舊橋梁的變形能夠基本一致，最大限度降低因不均勻沉降對新舊橋梁結構的影響，使橋梁在運營過程中能夠共同受力或者彼此獨立[7]。橋梁在拼寬過程中應遵循的原則如下：

（1）新舊橋梁施工完成后，應能夠保證具有足夠的穩定性，能夠公共受力或者結構上彼此獨立，同時能保證新舊橋梁在整體上協調變形能力滿足結構受力的要求[8]；

（2）橫斷面充分考慮舊橋設計荷載等級，考慮其承載能力，鋪裝改造時充分考慮新舊橋梁橫向高差導致鋪裝厚度增加，從而使上部結構自重增加等問題；

（3）新舊橋梁受力體系保持獨立，最大限度降低新舊橋因沉降不均勻導致橋梁結構受損等問題。

2 工程概況

根據調查資料，項目所在道路上現狀永豐橋為一跨18m簡支梁橋，現狀永豐橋梁為近幾年新建，舊橋梁橋寬10.5m，上部結構采用空心板，梁高0.9m，下部結構采用樁接蓋梁形式，鉆孔灌注樁基礎。現狀永豐橋上跨丁家港，丁家港規劃寬度約18m，50年一遇洪水位為2.96m，無通航要求；08省道以西道路現已建成，道路寬度為40m，雙向六車道，因該工程位于交叉口范圍需要增加橋梁寬度（見圖1），以解決橋上及橋梁兩側道路交叉口通行瓶頸等問題，以提升橋梁及兩側道路的交通通行能力，減緩橋梁及兩側交叉口的交通擁堵狀況，改善交通環境。該項目現已于2021年7月竣工（見圖2），并且取得較好社會效益。

圖1 工程現狀圖（施工前）

圖2 竣工現場圖（施工后）

3 橋梁拼寬方案設計

3.1 設計標準

根據本項目具體情況及所在地地勘報告并依據國家現行規范標準采用指標[9]。

3.2 橋型方案

本拼寬橋梁上部結構采用簡支空心板，預制簡支空心板結構高度低、施工工期短，造價經濟，受力明確，工藝成熟、合理，施工方便，工程投資較少，且上部結構采用工廠預制，有利于環境保護，根據方案設計對橋型進行比選分析，保留既有的橋梁，采用在其北側拼寬方案，拼寬橋型方案采用（8+13+8）m布跨的方案（見圖3）。

圖3 橋型布置圖（單位：cm）

拼寬橋梁上部結構采用13m預應力混凝土空心板和8m鋼筋混凝土空心板，板高分別為0.7m和0.5m。

拼寬橋梁下部結構采用柱式墩臺，鉆孔灌注樁基礎，橋臺樁徑采用1.0m，橋墩采用1.0m樁接0.8m柱。

3.3 技術設計

3.3.1 橋梁橫斷面設計

為減少新舊橋梁之間的不均勻沉降，減少因不均勻沉降導致路面開裂等一系列問題，采取橫斷面新舊連接處設置機非分隔帶，能有效避免新舊橋上不均勻沉降對橋梁結構的影響，橋梁橫斷面設計見圖4。

圖4 拼寬與舊橋梁橫斷面設計圖（單位：cm）

3.3.2 后澆帶設計

為減少分幅施工不均勻沉降對上部結構影響，在橋梁上部結構上設置后澆帶，后澆帶在建筑施工中對防止鋼筋混凝土結構由于自身收縮不均或沉降不均可能產生的有害裂縫具有良好的效果，且要求施工下部結構沉降穩定后最后澆筑后澆帶，再將上部結構連接起來，后澆帶設計見圖5。

圖5 后澆帶設計圖（單位：cm）

3.3.3 舊橋鋪裝設計

橋梁現澆調平層鋪裝具有保護行車道板、防止雨水侵入結構構件、分散車輛輪重的集中荷載等作用，橋梁橋面鋪層的材料性能直接決定駕車行駛過程中的安全性、穩定性和舒適性。性能好的橋面材料不僅可以減緩車輛在橋面行駛過程中對路面造成的沖擊，而且還可以使橋面的各方面性能都達到設計要求，因此橋梁鋪裝設計必不可少；但常常遇到由于拼寬與舊橋梁橫向高差問題，拼寬橋梁橋面比舊橋梁高，為了減輕鋪裝對舊橋梁的自重，本項目采用PVC管材填充現澆層，有效減少橋梁因高差增加的自重，舊橋橋面鋪裝改造設計見圖6。

圖6 舊橋鋪裝層設計（單位：cm）

3.3.4 橋梁基礎設計

該工程采用深基礎鉆孔灌注樁基礎，具有單樁承載力高、整體沉降小、成孔靈活方便和適用條件廣泛等優點。因此能夠利用鉆孔灌注樁樁基的優勢性能，既能有效地控制建筑物沉降變形，又能提高建筑物的結構性能，從而確保建筑物的長期安全使用。在新舊老橋項目設計上使用樁基礎能夠有效降低新舊橋不均勻沉降等問題。

4 結束語

本文以拼寬橋梁的設計為例，闡述拼寬橋梁的設計原則及設計思路，得出以下結論：

（1）拼寬橋梁設計時，盡量通過橫斷設計實現新橋與舊橋連接上的獨立，例如在新舊橋連接處設置機非分隔帶。

（2）如果橋梁結構上部結構連接時，因施工完成下部結構，待處理下部結構沉降問題后再對上部結構進行澆筑后澆帶連接。

（3）新舊橋橫向高差較大時，需要對其進行鋪裝改造，可采用PVC管材方式減少鋪裝層重量，以達到減少舊橋上部恒載的作用。

（4）拼寬橋梁將會充分利用現狀橋梁結構，節約大量的施工時間和社會資源、保護自然環境，顯著提高社會經濟效益。