未來一路跨滬渝高速公路橋梁拼寬改造方案設計研究

摘要：文章介紹了未來一路跨滬渝高速公路橋梁拼寬改造方案。該項目橋梁改造設計邊界條件復雜，涉及滬渝高速、重要光纜、高壓燃氣管道等，改造方案需盡量減少橋梁改造施工期間對武漢區域交通的影響，同時保證改造后橋梁結構安全、耐久、經濟、美觀、環保。綜合考慮上述情況，采用了充分利用現狀橋梁結構的拼寬改造方案，并針對上部結構連接、下部結構不連接的車行橋拼寬方案進行了受力分析，結果表明車行橋拼寬后整體結構受力合理，該方案可為其他橋梁拼寬改造項目提供參考。

關鍵詞：橋梁拼寬；預應力混凝土箱梁；橫向連接；人行橋

中圖分類號：U445.6

0 引言

隨著城市的發展，部分早期建設的橋梁已不能滿足通行需求。提升既有橋梁的通行能力是目前城市發展亟待解決的問題。對既有橋梁進行拼寬改造是提升橋梁通行能力的重要方法，既能繼續利用現有結構提高資源利用率，又能減少新建橋梁的規模和改造費用［1］。本文以未來一路跨滬渝高速橋梁拼寬改造項目為基礎，進行了橋梁拼寬方案研究，分析了橋梁拼寬改造設計要點及車行橋拼寬結構構造方案，可為其他項目提供參考。

1 工程概況

未來一路跨滬渝高速橋梁為現狀高架橋，是進入武漢市光谷科學島的重要通道。隨著區域建設發展，現狀橋梁已不能滿足通行需求。為配合科學島區域戰略規劃，現對未來一路既有橋梁進行提升改造，橋梁改造起止點與現狀橋梁起止點一致，紅線寬度50 m。改造后橋梁設置雙向六車道，并在現狀橋梁兩側各設置一座人行天橋。同時設計建筑塔結構，提高區域整體景觀效果，改造后效果如圖1所示。

2 現狀橋梁

未來一路跨滬渝高速公路現狀橋梁全長465.7 m，共分為四聯預應力混凝土連續箱梁和兩座人行坡道橋。現狀高架橋設計荷載為現行公路Ⅰ級荷載。第一、二聯橋設置雙向四車道和兩側人行道，第三、四聯橋僅設置雙向四車道，現狀橋梁兩側人行道在科學北路道口附近采用坡道橋的形式落地，高架橋車行道跨越科學北路后接引道落地。

現狀橋梁上部結構均采用預應力混凝土連續箱梁，各聯跨徑及結構形式如表1所示。

現狀橋梁橋墩采用矩形截面鋼筋混凝土柱式墩，橫橋向墩柱的上端外側采用弧線加寬形成花瓶形。現狀高架橋橋梁起點側橋臺為肋板式橋臺，止點側橋臺為一字型橋臺，橋臺樁基均為雙排直徑1.2 m鉆孔灌注樁。

人行坡道橋，全長92 m，橋寬3.5 m，跨徑布置為（4×16.25+14.05） m，引道長12.95 m。人行坡道橋上部結構采用C40普通鋼筋混凝土連續π形梁。

3 橋梁改造設計方案

3.1 橋梁拼寬改造技術標準

（1）拼寬橋汽車荷載與原橋一致，采用《公路工程技術標準》（JTGB01-2014）公路-Ⅰ級荷載；人行天橋荷載按4.11 kN/m2計算。

（2）拼寬橋與人行橋縱坡與既有橋梁保持一致。拼寬橋橋梁橫坡與既有橋梁橫坡一致，橫坡為1.5%；人行橋采用單向1.5%橫坡。

（3）設計安全等級：一級。

（4）橋梁凈空：跨武黃高速公路處橋下凈空5.5 m，跨科學北路處橋下凈空4.5 m。

（5）橋梁環境類別：Ⅰ類。

（6）車行橋護欄防護等級：SA級。

（7）設計使用年限：主體結構100年，欄桿、伸縮裝置及支座等15年。

（8）抗震設防標準：抗震烈度6度；抗震設防類別B類；抗震措施按7度設防。

3.2 方案設計要點

該橋為光谷科學島的門戶，橋梁總體設計需滿足安全、耐久、環保、經濟及美觀的要求，同時展現科學島的風采。橋梁總體方案設計在既有橋梁基礎上進行，充分利用現狀橋梁結構，節約資源，踐行低碳環保理念，同時橋梁拼寬改造設計應充分考慮橋址處各控制因素。

未來一路跨滬渝高速公路橋梁拼寬改造總體方案設計應考慮的問題有：

（1）對利用的既有結構按現行設計標準進行復核驗算，必要時進行結構加固，同時采用可靠措施保證新老結構連接。

（2）橋梁上跨滬渝高速公路，橋梁拼寬改造設計方案應充分考慮滬渝高速公路后期加寬需求，同時降低拼寬橋梁施工對橋下高速公路通行的影響。

（3）橋址處存在多根不同等級的國防光纜，橋梁設計方案應盡量減少對國防光纜的影響。

（4）橋址處存在環城高壓燃氣管道，橋梁設計方案應盡量減少對高壓燃氣管道的影響。

（5）橋址處存在雨水箱涵，橋梁設計方案應充分考慮雨水箱涵的影響。

（6）橋梁拼寬方案需減少對既有橋梁結構造成不利影響。

（7）橋梁設計方案需考慮現狀橋梁結構特點，特別是橋梁基礎方案設計應充分考慮現狀橋梁的影響，方便施工。

（8）橋梁景觀需求高，橋梁結構需配合進行景觀造型設計，同時保證新建結構與現狀結構相協調。

3.3 總體方案設計

該工程橋梁總體方案設計分如圖2所示。

3.3.1 拆除橋梁結構

（1）拆除原混凝土坡道橋；（2）拆除原第一聯、第二聯預應力混凝土箱梁人行道結構；（3）拆除原第三聯、第四聯預應力混凝土箱梁車道外側混凝土防撞護欄并鑿除外側90 cm混凝土挑臂結構。

3.3.2 新建人行橋結構

在現狀橋梁兩側各新建一座跨武黃高速公路人行橋與一座建筑塔，人行橋設計為：2×30 m鋼箱梁橋+（26.6+2×32.5+28.4+32.5） m鋼箱梁橋+（17+15.5+18） m鋼箱梁坡道橋+15 m混凝土坡道，橋面寬度為6.0 m。新建人行橋箱梁中心線處高程為原橋道路中心線高程按橫橋向1.5%橫坡計算出的高程，并在科技五路側橋頭與道路人行道銜接，在科學北路側采用1∶10的坡道與橋下道路銜接。新建人行橋拼寬方案如圖3所示。

4 新建拼寬橋結構

對現狀第三聯預應力混凝土箱梁（4×32.5） m、第四聯預應力混凝土箱梁（2×28.5+2×31.5+30） m進行拼寬，每側拼寬3.75 m，新建橋梁寬4.65 m。拼寬車行橋縱斷面設計與原橋保持一致，依據實際線型進行拼寬橋施工。橋梁拼寬采用上部結構連接，下部結構分離的連接方案。現狀橋梁外側挑臂鑿除0.9 m，拼寬橋先澆筑4.05 m寬的單箱單室預應力混凝土箱梁，待新建橋梁養護28 d后通過挑臂間濕接縫實現拼寬橋主梁與現狀橋梁主梁連接，濕接縫寬0.6 m。新建拼寬車行橋下部采用板式花瓶墩，承臺長邊順橋向布置，承臺下設兩根1.2 m鉆孔灌注樁，方便樁基及承臺施工，新建車行橋拼寬方案如圖4所示。

5 橋梁橫向連接設計

橋梁拼寬采用的橫向連接方式有新舊橋梁上下部均不連接、新舊橋梁上部連接下部不連接、新舊橋梁上下部均連接［2-3］。該項目拼寬橋橫向連接采用上部連接下部不連接，通過濕接縫使新舊橋梁橋面板形成一體結構，保證拼寬改造后橋面平順。新老結構上部連接下部不連接的方式需保證新老結構變形協調，該項目拼寬橋跨徑及結構材料與既有橋梁一致，根據結構力學基本公式，若新建拼寬橋箱梁單位寬度慣性矩與既有橋梁單位寬度慣性矩協調，即可保證新老結構變形協調。該項目剛度信息如表2所示，新建橋梁與既有橋梁箱梁單位寬度慣性矩之比為1.075，新建橋梁慣性矩略大，新建拼寬橋截面選擇合理。

該項目進行了整體驗算，驗算結果滿足要求，同時本文重點進行了新舊橋梁橫向框架分析，驗算拼寬后的結構局部受力。本文采用有限元軟件建立新舊橋梁橫向框架模型，有限元模型如圖5所示，模型考慮整體升降溫、梯度溫度、新舊橋梁主梁不均勻收縮徐變及下部結構不均勻沉降對結構的影響，汽車荷載采用公路Ⅰ級車輛荷載。

經驗算拼寬后橋梁橫向整體受力滿足規范要求，圖6為橋面板裂縫寬度驗算折線云圖，如圖所示裂縫寬度小于規范要求的0.2 mm，拼寬橋梁設計合理。

該項目還采取了一些提高拼寬橋梁整體受力性能的措施，如新建橋梁樁基選擇不低于現狀橋梁持力層性能的巖層作為樁基持力層，并對新建橋梁樁底進行壓漿［4］，減小新舊橋梁間不均勻沉降對結構的影響。拼寬橋養護28 d以上再進行拼寬橋與既有橋梁濕接縫施工，減小不均勻收縮徐變對橋梁結構產生不利影響，現場濕接縫鋼筋綁扎。

6 結語

本文以未來一路跨滬渝高速公路拼寬改造項目為基礎，分析了該項目橋梁改造設計邊界條件，橋梁改造方案充分考慮了現狀橋梁結構特點及現狀國防光纜、高壓燃氣管道、雨水箱涵、橋下高速公路的影響，預留了橋下滬渝高速公路后期拼寬條件。橋梁方案具備施工可行性與便捷性，盡量降低了橋梁改造施工對滬渝高速公路交通的影響，充分利用既有結構提高了經濟性。該項目人行道改造采用在現狀橋梁兩側新建人行橋的方案，車行橋拓寬采用在現狀橋梁兩側新建預應力混凝土箱梁并將新舊橋梁上部結構連接的方案，該方案要求新舊橋梁變形協調，在新舊橋梁跨度相同的情況下，建議新舊橋梁單位寬度慣性矩一致。本文還進行了橫向框架驗算，驗算表明該方案橋結構受力合理，滿足規范要求，同時提出減少不均勻沉降與不均勻收縮徐變的措施，該方案可為其他橋梁拼寬改造項目提供參考。

參考文獻

［1］熊禮鵬，尹華泉，郭智豪，等.既有城市立交拼寬改造設計方案研究［J］.交通科技，2023（3）：103-105，112.

［2］王海艷.高速公路橋梁拼寬改造設計［J］.北方交通，2013（3）：73-75.

［3］馮玉龍，林政園，王雪鋒，等.高速公路改擴建工程中拼寬橋梁的設計與施工關鍵技術分析［J］.公路工程，2020，45（2）：137-142.

［4］徐永成，張祚龍.多車道通行條件下高速公路橋梁改擴建方案研究［J］.公路交通科技（應用技術版），2020，16（6）：201-203.

收稿日期：2024-03-20

作者簡介：張 駿（1994—），碩士，工程師，主要從事橋梁設計工作。