既有橋梁拼寬改造方案設計與施工技術應用研究

摘要：以某舊橋加寬改造工程為例，對拼寬結構進行受力計算，確定采用“上連下不連”的橋梁拼寬設計方案。借助有限元軟件，計算得出剛度為1時，拼接縫部位剪應力最小。深入研究既有橋梁拼寬改造施工工藝，歸納總結各環節關鍵技術要點，形成成套施工技術方案。選取橫向分布系數作為量化指標，對橋梁拼寬施工質量進行分析與評價，結果表明：拼寬施工后，橋梁橫向分布系數發生大幅下降且分布均勻，整體受力性能得到優化，施工效果良好。

關鍵詞：既有橋梁""拼寬改造""施工工藝""橫向分布系數

Research"on"the"Design"and"Construction"Technology"Application"of"Widening"and"Renovation"Scheme"for"Existing"Bridges

SHI""Ming

JSTI"Group"Co.，Ltd.，，Nanjing，Jiangsu"Province，"210000"China

Abstract：Taking"the"widening"and"renovation"project"of"an"old"bridge"as"an"example，"it"calculates"the"stress"of"the"widened"structure"and"determine"the"adoption"of"the"bridge"widening"design"scheme"of"“upper"connection，"lower"non"connection\"."Using"finite"element"software，"it"is"calculated"that"when"the"stiffness"is"1，"the"shear"stress"at"the"joint"location"is"minimized."The"article"delves"into"the"construction"process"of"widening"and"renovating"existing"bridges，"summarizes"the"key"technical"points"of"each"link，"and"forms"a"complete"set"of"construction"technologynbsp;plans."Selecting"the"lateral"distribution"coefficient"as"a"quantitative"indicator，"the"quality"of"bridge"widening"construction"was"analyzednbsp;and"evaluated."The"results"showed"that"after"widening"construction，"the"traverse"distribution"coefficidge"decreased"significantly"and"was"evenly"distributed，"and"the"overall"stress"performance"was"optimized，"resulting"in"good"construction"effect.

Key"Words："Existing"bridges;"Widening"renovation;"Construction"technology;"Traverse"distribution"coefficient

在早期建設的交通基礎設施中，許多橋梁的承載能力和通行能力已難以滿足當前快速發展的交通需求，特別是在經濟發達地區和交通樞紐區域，交通擁堵現象日益嚴重。為避免大規模拆除重建帶來的高額成本、較長工期，以及對周邊環境的諸多影響，既有橋梁的拼寬改造成為一種主流解決方案。橋梁拼寬改造不僅能夠有效提高道路通行能力，還能夠在不增加土地資源占用的情況下，實現交通系統的優化升級。然而，橋梁拼寬改造工程面臨著諸多施工技術難題，如新舊橋梁之間存在不均勻沉降，拼接縫處理不當易導致結構開裂、滲水等問題。

1"工程概況

某舊橋加寬改造工程全長1.2"km，新橋采用兩側拼接加寬施工方案，由雙向4車道擴建為雙向6車道，下部結構采用柱式墩臺、樁基礎。

2"橋梁拼寬設計

2.1"拼寬結構受力計算

鑒于既有橋梁結構體已歷經多年服役，其基礎沉降量已趨于一個相對穩定的水平。橋梁拼寬施工結束后，尚未承受運營荷載，其基礎結構尚處于沉降發展期，因此設計考量中必須考慮到該動態變化因素。若設計階段未充分預估此沉降差異的影響，未來橋梁整體在實際通車運營后，原結構與拼寬結構的連接部位極有可能因沉降不均而產生高度偏差，進而引發結構受力失衡，嚴重威脅橋梁的安全性與耐久性[1]。

在進行橋梁結構受力計算時，可采用一種簡化假設，即基礎沉降遵循線性發展趨勢。此假設下，橋梁拼接段的上部構造在拉應力作用下呈現出相應的沉降差異，并且該差異與拉應力的大小呈正相關關系，即拉應力愈大，沉降差異愈顯著。為有效控制由拉應力引發的沉降差，橋梁主體結構設計須滿足式（1）要求。

式（1）中：表示橋梁發生沉降時上部結構拉應力；表示橋梁混凝土抗拉強度標準值；E表示橋梁混凝土彈性模量；表示拼接部位應變。

2.2"橋梁橫向拼接方式

2.2.1"上下部結構均不連接

該拼接方式能夠減少對既有橋梁結構的影響，降低拆除與加固舊橋的施工難度，有效保護舊橋結構完整性與既有功能。在施工期間，無須封閉交通，實現“擴建與通行并行”，最大限度地減少施工對交通流的干擾。然而，由于新舊橋梁在結構上未直接連接，在拼接完成后，橋梁整體的力學性能較差，易形成施工縫。在橋梁后期運營中，新舊橋梁間的微小差異會逐漸累積，導致錯臺現象發生，不僅影響行車安全，還會加速結構老化，提升橋梁后期養護維修成本[2]。因此，該拼接方式多用于小跨徑柔性橋梁拼寬設計中。

2.2.2上下部結構均連接

上、下部結構通過連接構件相互連接，可以使新舊橋梁形成一個整體，共同承擔荷載作用，避免出現橋梁變形問題。但拼寬后橋梁內部附加應力較大，下部構造以及上部連接部位處易產生裂縫，造成橋面鋪裝層破壞，從而形成縱向裂縫和橫橋向錯臺。

2.2.3上部結構連接、下部結構分離

通過將上部結構直接連接，能夠顯著增強橋梁的整體剛度與結構性能，優化橋梁的受力分布，并且不會對舊橋的下部結構產生明顯的影響。“上連下不連”的拼寬方式適用于大交通量情況下不中斷交通的橋梁拼寬施工，可以確保“邊加寬、邊通車”。

綜合上述3種橋梁橫向拼接方式的優缺點與適用范圍，結合本項目實際情況，最終確定采用“上連下不連”的橋梁拼寬設計方案。

3"橋梁拼寬參數對橋梁整體受力性能的影響

3.1"剛度比對拼寬橋梁剪應力的影響

本文選擇簡支空心板梁作為研究對象，利用有限元軟件建立不同剛度比的橋梁拼寬模型，計算其各自剪應力，結果如圖1所示。

由圖1可知，隨著剛度比逐漸增大，接縫部位剪應力呈現出先減后增的變化規律。當剛度比為1，即新舊橋梁剛度完全相等時，接縫區域的剪應力達到其最小值，反映出最佳的協同工作狀態與結構整體性。當剛度比小于1時，剛度比與剪應力之間呈負相關性，即剛度比越小，剪應力越大；而當剛度比大于1時，剪應力隨剛度比增大而增大。因此，在新舊橋梁剛度相同的情況下，橋梁整體性達到最佳狀態。若剛度比過大或過小，都將導致接縫部位剪應力增加，從而產生裂縫，削弱橋梁結構的整體性，降低其承載能力，并且隨著時間的推移和外界因素如車輛荷載、環境侵蝕等的作用，裂縫會進一步擴展，嚴重威脅橋梁安全性和耐久性。

3.2"拼寬寬度對橋梁上部結構拉應力的影響

利用有限元軟件建立不同拼寬寬度的橋梁拼寬模型，計算其拼接結構上緣拉應力，具體結果如圖2所示。

隨著拼寬寬度增加，拼接結構上緣拉應力呈現出逐步減小的趨勢（如圖2所示）。此外，在拼寬寬度相同的情況下，橋梁拉應力分布呈現顯著的順橋向對稱性，在梁體跨中位置處，拉應力達到最小值。

4"橋梁拼寬施工技術要點分析

4.1"舊構造物拆除

4.1.1"防撞欄桿與翼緣板鑿除

按照先橫向再縱向的順序，采用金剛石繩鋸機對防撞護欄進行拆除，應逐段拆除并即時吊運。作業過程中，為維持施工區域交通秩序與安全，應提前設置預制新澤西護欄。為避免損傷橋梁主體及其他附屬結構，采用無振動直線切割技術對翼緣板進行一次性鑿除，鑿除作業完成后，對遺留的原防撞護欄預埋鋼筋實施徹底清理，確保無殘留物干擾后續施工，不得嚴禁切割橋面板縱向鋼筋[3]。

4.1.2"舊瀝青路面拆除

采用銑刨機與人工協同作業的施工策略，銑刨作業啟動時，銑刨深度需要經歷一個漸進的調整過程，由原橋面逐步加深至預設銑刨深度，此過程嚴禁深度突變。對于銑刨機難以觸及的邊角區域或特殊部位，輔以人工鑿除的方式進行處理，不留死角。銑刨作業完成后，利用清掃車或人工方式，對遺留在橋面的銑刨料與碎屑進行徹底清掃，確保作業區域整潔無雜物。

4.1.3"拼接側1"m范圍內橋面鋪裝混凝土鑿除

應先彈出墨線，確定鑿除位置和尺寸。為避免損傷橋梁鋼筋以及梁板，采用超高壓水槍技術進行鋪裝層鑿除，通過調節水壓控制鑿除深度為2"cm，避免切割過深而損壞鋼筋網片。

4.2"植筋

4.2.1"鉆孔

本項目采用?12、?20螺紋鋼筋進行植筋作業，其各項鉆孔參數應符合表1要求。鉆孔作業前，需要進行鑿毛處理與表面清潔。對于已識別的裂縫區域，需要采取修補措施，維護橋梁結構完整性，避免鉆孔過程中發生應力集中現象。隨后，采用電錘進行鉆孔作業，如在鉆孔時碰到結構主筋，應對植筋位置進行適當調整，但總植筋數量不得少于設計量。

4.2.2"清孔

利用空氣壓縮機產生的高壓氣流，對孔內殘余的碎屑、塵土等雜物進行強力吹掃，再次使用毛刷深入孔壁縫隙進行細致清理，徹底清除孔內殘留的微小顆粒。整個清孔過程應嚴格執行3遍以上，直至孔眼呈干燥、潔凈狀態。完成清理后封蓋孔口，防止內部被污染。

4.2.3"注膠與植筋

將配置完成并經檢測合格的膠黏劑裝填至膠槍中，預注射5"mL膠黏劑于非孔內區域，以校驗膠槍性能。隨后，將膠槍槍頭伸入鉆孔底部，邊注射邊后退，保證連續均勻，直至填充至孔深的約2/3處。在整個注膠過程中，每次扣動膠槍扳機后均需要短暫停頓3"s左右，緩解注膠瞬間的壓力峰值，避免膠體因過速注入而產生氣泡或孔內膠體分布不均[4]。

插入鋼筋前，應對鋼筋進行除銹處理，直至鋼筋表面锃亮，然后使用蘸有丙酮的鋼絲刷清洗鋼筋表面。接著，將鋼筋以單向旋轉1～2"min的方式緩慢插入孔內，保證鋼筋與膠黏劑充分接觸。插至孔底后若無膠黏劑溢出，說明灌注量不足，施工人員需要立刻將鋼筋拔出進行孔內補膠，整個過程需高效連貫，以防膠體發生固化。對于已植入的鋼筋，為防止其長期暴露于外部環境而受損，需要進行精確切割處理，并實施防銹保護措施[5]。

4.3"澆筑濕接縫

為確保新舊橋梁順暢銜接，需要預先復核舊橋橋面標高，并據此調整新橋支座的安裝高度。梁體架設完畢后，采用水箱與砂袋等重物模擬實際荷載進行預壓，預壓荷載設定為全橋恒載的一半。在此期間，持續對新橋沉降量進行監測，直至沉降趨于穩定，方可進行濕接縫澆筑作業。為減小橋梁拼接位置處混凝土收縮徐變，采用UEA膨脹劑補償收縮混凝土進行濕接縫澆筑。混凝土通過借助串筒澆入模板，然后采用振動棒對混凝土進行振搗密實，直至表面平坦、泛漿為止。完成混凝土澆注后，對其表面進行拉毛處理，然后采用麻袋或土工布進行覆蓋，灑水養護，養護時間應大于等于7"d。

濕接縫施工結束后，在橋梁上選取8個測點，以橫向分布系數作為評價指標，對比分析橋梁拼寬施工前后橫向分布系數變化情況，從而對橋梁拼寬施工質量進行評價。橋梁橫向分布系數檢測結果如表2所示。

分析表2可知，在橋梁拼寬施工后，各測點橫向分布系數發生明顯變化。拼寬改造前，橫向分布系數呈現出較高數值并伴隨不均勻的分布狀態，表明舊橋梁在承擔交通荷載時，其橫向受力存在顯著的不均衡性。經過拼寬處理后，橫向分布系數發生大幅下降，并且分布均勻，由此說明加寬部分能夠有效地分擔原有橋梁結構的荷載，進而優化橋梁整體的受力性能與工作環境。

4.4"伸縮縫施工

應對拆除部位進行劃線標識，使用切割設備將伸縮縫裝置兩側后澆混凝土與橋面混凝土結合處切齊，然后鑿除舊混凝土。鑿除時，應盡可能地保留原有的縱向與豎向預留錨固鋼筋。伸縮縫拆除后，徹底清除伸縮縫周圍的雜物和殘留物，確保施工區域干凈、整潔。采用專業工具固定和安裝新伸縮縫，新伸縮縫類型應與原橋伸縮縫相同。在澆筑槽口混凝土之前，首先對舊混凝土表面進行鑿毛處理，然后使用高壓水槍或清潔工具去除灰塵、碎屑和其他雜物。

5"結語

• 利用有限元軟件建立不同剛度比的橋梁拼寬模型，計算得出剛度比為1，即新舊橋梁剛度完全相等時，接縫區域的剪應力達到其最小值。
• 隨著拼寬寬度增加，拼接結構上緣拉應力呈現出逐步減小的趨勢，在簡支空心板梁跨中位置處，拉應力達到最小值。
• 橋梁拼寬施工后，橫向分布系數發生大幅下降，并且分布均勻，由此說明加寬部分能夠有效分擔原有橋梁結構的荷載，進而優化橋梁整體的受力性能。

參考文獻

[1]"楊德剛.橋梁工程拼寬設計施工關鍵技術分析[J].交通世界，2023（22）：177-179.

[2]"羅學睿.高速公路拼寬橋梁設計對橋梁整體受力性能與不均勻沉降的影響[J].工程技術研究，2023，8（5）：183-185.

[3]"張騰，歐陽平，張榮潔.機荷高速改擴建工程地面層橋梁拼寬方案研究[J].公路，2023，68（7）：214-221.

[4]"王祥山.高速公路工程中的既有橋梁拼寬施工工藝[J].交通世界，2023（14）：175-177.

[5]"賈衛東，王曉強，邢世玲，等.橋梁拼寬工程中補償收縮鋼纖維混凝土的應用研究[J].現代交通技術，2022，19（4）：30-33.