优化桥梁加宽方式

优化桥梁加宽方式

闫文博1袁之松2

1.身份证号：41062219850601xxxx；2.身份证号：15042619770928xxxx

摘要：由于社会经济发展，现有许多公路桥梁已经不能满足目前交通量的需求，然而仅仅依靠新建公路桥梁，并不能有效缓解交通压力，因此，在考虑经济效益的前提下，急需对旧公路桥梁进行改扩建。其中，对旧桥的加宽改造是非常有效的方法，在利用旧桥原结构的同时，经济上也更加合理，并能大大提高桥梁的通行能力，使交通状况得到有效改善。

关键词：公路桥梁加宽、湿接缝连接、铰缝连接、纵向桥面连续；

一、公路桥梁加宽方式

桥梁加宽的关键是桥梁的新旧结构之间的连接方式。通过对国内外公路桥梁加宽连接方式成功案例的借鉴，常见的公路桥梁加宽改造主要有以下三种方式：

（1）上下均连接的加宽模式

桥梁加宽部分与旧桥梁上部结构之间与下部结构之间均连接。桥梁上部通过横梁植筋，再经过浇筑湿接缝连接，使加宽部分和旧桥之间相连接；下部的系梁、墩台帽等部分也通过植筋相连接，最后浇筑形成整体。此种方式由于使新旧桥梁之间形成整体，能够较好的防止连接处的形变。此种加宽方法是凭借浇筑横梁和植筋等方式将新旧桥梁的主梁相连接。主要的连接方法有两种：主梁通过横隔梁、翼板相连和仅凭借翼板相连。当使用这种方法扩宽桥梁时，由于此方法桥面通常不设分隔带，当栏杆和人行道拆除后，旧边梁活载量增加，可能导致边梁承载能力不能满足要求。为了避免这种情况的出现，可采用新旧主梁刚性连接的方法，使新旧部分受力均匀，旧桥主梁所受活载得以减小，当新建主梁刚度比原有主梁刚度大时，这种效果尤为显著。在桥梁扩宽时往往可能因为新旧桥梁地基沉降差异和新老梁的收缩徐变差异，使桥梁产生变形差，若采用这种方法可有效避免这种情况的发生，保证行车的舒适和桥面的平整。由于新建主梁的地基沉降变形和混凝土的收缩徐变受到原主梁的约束，若约束力超过新旧连接界面的承受力，在连接处便会产生裂缝，从而导致结构破坏，产生安全隐患。此种方法常见于箱桥梁和T桥梁的加宽，沈大高速公路桥梁拓宽工程正是采用了这种方法进行桥梁加宽。这种方法的优点是新旧桥形成整体，共同受力。但也有着明显的缺点：加宽桥梁基础沉降大于老桥，由于较大的附加内力，下部结构桥台、系梁、盖梁连接处可能产生裂缝；上部结构连接处同样有产生裂缝的可能，且维修困难；植筋施工复杂、成本高、步骤繁多，设计成本和难度也较高。

（2）上下均不连接的加宽模式

旧桥和加宽部分上下结构均不连接，旧桥和桥梁加宽部分间留有工作缝，桥面通过铺装连续。此种方式避免了连接上的技术问题，旧桥和加宽部分互不影响各自受力，施工程序也较为简便。此种加宽方法新老桥面和梁都不连接，新旧结构间存在缝隙。新旧桥梁各自受力，在桥梁拓宽后上部结构可以避免由于桥梁地基沉降和收缩徐变造成的影响。但当桥梁载荷标准有所提高，旧桥主梁可能会不能满足新的承载力要求。所以，该方式常用在新建部分可单独设为一个车道且用分隔带将新旧桥梁分开的桥梁。由于不均匀沉降差、预应力反拱和收缩徐变差的影响，对于跨径较大的连续桥梁，连接面加固处理难度较大，所以一般采用这种方法。此方法的优点是避免了连接上的技术问题，施工程序较为简便。缺点是由于汽车活载作用，加宽桥后期沉降大于原桥且新旧桥主梁挠度不均衡，会导致连接处铺装层产生纵向裂缝，后期桥的维修工作量大，还影响桥面外观和行车舒适度。

（3）上部连接下部不连接的加宽模式

旧桥与加宽部分下部结构之间不相连，上部结构连接。从上述两种方法的优缺点来看，采用这种方法能够有效的扬长避短。此方法上部的板梁相连，将旧桥边梁挑臂混凝土凿除，加宽部分与原桥体保留的种植钢筋相连接，浇注湿接缝，上部形成连续的桥面，而旧桥和加宽部分的桥梁基础是分离的。此种加宽方式的优点是下部结构所受上部结构产生的内力影响较小，新旧桥下部结构各自受力。缺点是由于新老材料的差异和新旧桥的不均匀沉降而产生的内力会造成上部连接处的内力增加。为解决这一问题，可采用增大配筋、改善连接处构造等措施，从而减轻不均匀沉降。通过上述各种桥梁加宽方式的优缺点对比和适用范围，上部结构连接下部结构不相连的桥梁加宽方式在实际的工程应用中最为广泛。

二、加宽施工技术

基于对当前经济发展形式和现有公路桥梁状况的综合考虑，在对公路桥梁加宽的实际施工过程中，需要注意以下几方面事项。第一，要最大限度的减少施工作业对正常交通所产生的不利影响，保证交通组织和施工的合理性和科学性；与此同时，在设计和施工前要对施工地点所处的相关地质条件和环境进行全方位的勘测试验，要在结合研究成果和实际经验的基础上，制定出一套有针对性、合理科学的设计和施工方案。其次，公路桥梁加宽后，在实际投入使用后会产生接口裂缝等方面问题。为了避免此现象的出现，应当在施工中始终坚持桥梁上部结构统一的原则，以确保公路桥梁样式和结构的实用性、合理性和科学性；而且应当从桥梁结构设计、基础型式等方面尽可能的避免因加宽工程而对旧桥所产生的不利影响。最后，还要注意施工质量和桥梁投入使用后的养护管理。空心板桥在公路桥梁中较为常见，本文重点对空心板桥进行施工优化研究，在公路桥梁加宽施工过程中，其基本操作流程是：施工前的准备工作、拆除旧桥梁护栏和边板、钢筋植入和安装新空心板。虽然整个加宽施工过程相当的繁琐复杂，但是整个流程还是相当清晰明了的，所以在实际的施工过程中，要严格地按照上述的基本操作流程进行作业，把每个步骤做好，保证工程的顺利进行。

（1）施工前的准备工作

在施工前应当事先将施工过程中所需要的水泥、砂石、钢筋以及相关掺合剂准备好，并对这些原材料抽样检验，根据建设方案，安排相关材料、机械设备进场。准备好施工过程中所需安装设备和运输工具以及旧桥边板和护栏的拆除工具。最好在施工前先对一小型桥梁进行试验，通过检验施工质量、施工工艺、施工安全以及施工管理等方面，来对施工工艺参数进行确定。在旧桥边板和护栏去除前，要先将周围杂物进行清理，保证施工期间的保通管理工作。在正式施工作业前，还要结合施工桥梁所处道路实际情况，将警示区、过渡区、作业区等准确的标示出来。

（2）拆除旧桥梁边板和护栏

a．边板拆除操作

边板拆除工作应当参照旧桥边板现场技术资料，根据实际旧桥边板宽度来确定切割线的具体位置。一般情况下，吊装孔直径为8cm，切割线位于梁板两端2m左右。施工人员需要认真观察吊装孔内芯，从而得到桥面铺装层和旧桥铰缝的实际厚度，并以此作为依据来指导梁板的切割操作。在施工的过程中，以重型链锯切割设备为主，为了避免对旧桥造成损害，切割时尽量防止切割片偏离切割线。切割操作的工作顺序为先纵后横，在切割工作完成后，可以采用起重机吊出边板。

b．护栏拆除操作

首先应当在护栏的适当位置上钻好吊装孔，并将孔位合理地布置在吊装物两侧。在切割防护栏时应当从中间部位开始，切割间距以2.5米为宜，这样方便吊车作业。通常选用大型的链锯对墙式护栏进行切割，切割顺序是先横向切割，然后进行吊装操作以及纵向切割。

（3）钢筋植入

在植入钢筋操作工作中，施工人员需要根据原桥梁换板的情况，定位出植筋线在原桥梁板边缘的位置，并画出，然后进行钻孔施工。在实践的过程中，专业施工人员应根据先前画出的墨线，进行钻孔作业，钻孔深度应当大于原桥换板之前植筋的设计标准。在完成以上施工作业之后，需要将施工面清除干净，可以借助硬毛刷，将硬毛刷插入孔内旋转3圈，然后对着孔底适当鼓气，一般情况下，反复操作3次即可。保证上述的准备工作顺利完成之后，就可以进行植筋作业，作业过程大致可以分为三步：首先是灌注作业，期间需要注意的是灌注量要控制在孔深3/4处以下；然后是注入钢筋胶，采用单向旋转的办法，插入钢筋，在操作过程中，务必要控制钢筋与孔壁之间的距离，保证其均匀性，同时要满足施工方案和设计标准的深度要求；最后为了保证钢筋的垂直度符合设计标准，需校正植入孔的钢筋。

（4）安装新空心板

新空心板的安装施工即在植筋作业验收完成之后。在新空心板安装作业的施工过程中，要在浇筑混凝土之前对护栏、伸缩缝和预埋钢板等预埋装置做细致的检查。安装新空心板的时候，必须确保普通钢筋和预应力钢筋等布置的精确性，最好采用至少两台起重机操作施工，可尽量避免施工工作中对植筋钢筋的影响。

三、不同连接方式的效果评价

由于上连下不连的加宽方式在实际工程中应用比较广泛，本文就着重对上连下不连这种加宽方案进行研究。就上部构造而言有湿接缝连接、铰缝连接和纵向桥面连续等方式，针对空心板桥的这三种不同连接方式，从承载能力和综合评价两方面进行效果评价研究。

（1）湿接缝连接

采用现浇混凝土湿接缝把加宽桥和旧桥两者连接起来形成整体，凿除旧桥悬臂部分，为更加完善其整体性，可以在空心板两端各设置一道横梁。湿接缝的连接施工应在加宽桥架设完成3~5个月之后进行，以此避免基础沉降和收缩徐变给湿接缝带来的不良影响。

（2）铰缝连接

旧桥和加宽桥也可以通过现浇混凝土铰缝连接形成整体，当旧桥外侧边板有悬臂时也需要切除，同时凿除旧桥边板外侧的腹板混凝土，在架设加宽桥空心板的时候，预留与旧桥间距5到10cm的空隙。这种连接方式是在旧桥腹板的外侧植筋，与新加宽桥形成铰缝连接，其受力十分明确。

（3）纵向桥面连续

这种连接方式在旧桥有悬臂时可以不用切除，在加宽桥和旧桥悬臂处设置大约2cm缝，在此缝中添补适当的弹性材料（一般采用沥青玛蹄脂），形成旧桥和加宽桥纵向桥面连续。此种连接方式一般都在铺装层内设置了均匀布置的钢筋，通过桥面现浇层连接新老桥面，新老结构独自受力。如有必要，也可以切除旧桥悬臂，以降低边板活荷载效应。

四、桥梁加宽方式优化决策模型

桥梁加宽时应综合考虑连接方式的整体性、不均匀沉降对连接方式的影响程度、施工方便性、美观舒适度和经济合理性等因素。将这几方面因素综合评价，进行对比分析，借助模糊理论，运用层次分析法，确定出最优加宽方式。本文在此基础上，提出了各种连接方式在实际工程中连接处抗剪承载能力的计算，将各连接方式连接处抗剪承载能力的高低作为判断加宽方式优劣的因素之一，增加了连接处抗剪承载能力的对比，通过综合评价，优化了决策模型，最终确定出更加合理的加宽方式。下面本文针对上述三种连接方式，综合考虑各影响因素，提出抗剪承载力计算方法，建立优化决策模型。

（1）湿接缝连接

湿接缝连接方式的优点有：①桥梁新旧结构能够整体受力，具有良好的整体性；②湿接缝连接处的刚度较大，有足够的强度去抵抗因基础沉降和收缩徐变等产生的附加变形和内力；③可不用拆除原桥下部结构；④建成后期的养护成本不高。缺点包括：施工中植筋数量较多，施工工艺较为繁琐。

湿接缝连接处抗剪承载力公式可表示为：

式中：AV为钢筋横截面面积fV为钢筋抗剪设计应力值；μ为摩擦系数，当结合面粗糙度为6mm时，可取μ=1.0；Ad为混凝土受剪截面面积；fd受剪混凝土抗剪设计值。

（2）铰缝连接

铰缝连接的优点有：①桥梁新旧结构能够整体受力，具有良好的整体性；②桥面铺装的现浇层参与结构受力，共同抵抗连接处因收缩徐变等产生的附加变形和内力；③桥梁在加宽后的行车舒适度和美观性较好。缺点包括：①铰缝连接处的宽度较小，导致其容许变形能力较差；②原桥受基础不均匀沉降的影响较大；③施工中植筋数量较多，施工工艺较为繁琐。根据《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61—2005）4.0.13条规定，铰缝连接处抗剪承载力主要由混凝土承担.其计算公式为：

式中：Ad为混凝土受剪截面面积；fd为受剪混凝土抗剪设计值；μk为摩擦系数；Nk为垂直于受剪面的压力标准值。

（3）纵向连续连接

纵向桥面连接的优点有：①原桥受基础不均匀沉降的影响很小；②结构的受力十分明确；③可不拆除原桥下部结构；④施工周期短，施工工艺比较简单。缺点包括：①结构整体性相对较差；②加宽桥与原桥依靠桥面现浇铺装层连接，因而桥面铺装容易产生纵向的裂缝，直接影响了加宽后桥面行车舒适度和美观性；③建成后期的养护投入较高。这种连接方式的连接处主要依靠桥面铺装层内设置的钢筋承受剪力，其抗剪承载力表达式为：

式中：AV为钢筋横截面面积；fv为钢筋抗剪设计应力值；μ为摩擦系数。

五、总结

公路桥梁常用的加宽方式，针对最常见的空心板桥梁，阐述了其加宽施工技术，就上部结构的湿接缝连接、铰缝连接和纵向连续连接，从承载能力、桥梁动力特征和刚度等方面对不同连接方式进行效果评价。优化了桥梁加宽方式决策模型，在考虑桥梁整体性、不均匀沉降的影响程度、施工方便性、美观舒适度和经济合理性的基础上，提出了连接缝处抗剪承载能力的计算方法，并将缝处抗剪承载力的对比纳入加宽方式的综合决策模型中，以确定最优的加宽方式。

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