高速公路拼宽桥梁的设计及实践

高速公路拼宽桥梁的设计及实践

范迎辉

中铁长江交通设计集团有限公司   重庆  401120

摘要：随着我国经济建设和道路桥梁事业的发展，部分已建高速公路已不能满足正常交通需求，目前普遍采用桥梁拓宽方法解决上述问题，既能有效增加公路通行能力，又可避免拆除老桥，显著提高经济效益。目前，对桥梁的拼宽研究内容主要包括桥梁拼宽的施工方案、设计方法和质量控制等，而对拼宽桥梁受力特性的研究还较少。本文对高速公路拼宽桥梁的设计及实践进行分析，以供参考。

关键词：高速公路；拼宽桥梁；设计实践

引言

近年来我国经济快速发展，交通行业取得巨大跨越。很多公路桥梁运营中需要不断进行养护维修，需维修桥梁中高等级公路桥梁约占35%。由于国民对交通出行需求快速增长，现有公路难以满足发展要求。桥梁涵洞等公路构造物设计施工是重要的环节，如何保证桥梁拼接后安全是改扩建工程的难点。目前现行公路改扩建方式分为一侧与双侧拼宽，桥梁拼宽是关键分项工程，对现有桥梁拼宽需对旧桥进行加固。采用恰当的加固措施可以增加原有桥梁使用寿命，满足交通运输量的需求。

1拼宽桥梁受力性能分析

桥面板应力分布，仅施加重力与同时施加重力和车辆荷载时桥面板的Mises应力。桥面板内的应力集中于与拼宽桥连接的位置。结果表明，在刚施工完毕拼宽桥的沉降还未稳定时，应重点关注新老桥连接部位的力学性能。桥面板内的应力主要集中于桩帽附近和老桥，以防止桥梁由于车辆荷载的作用而发生破坏。自重作用下和车辆荷载作用下桥面板上应力沿X轴分布如图1所示。当仅在拼宽桥上施加自重荷载时，随着离边界A的距离增加，面板内的应力逐渐升高，之后随着距离的增加应力逐渐降低，但在拼宽桥和老桥的搭接处（x=6.75m）在应力曲线上表现为一个峰值。结果表明，在拼宽桥和老桥的搭接处会出现应力集中的现象，因此，在实际施工中应对此处做适当的加强处理。当距离超过搭接处后，面板内的应力将迅速降低，表明老桥内的应力明显低于新桥。而在实际使用时，当桥面上施加了均布的车辆荷载，面板内的应力明显增大。边界A处的应力增大至约600kPa，而面板内应力的峰值也明显增大。

图7 面板内应力沿X向分布

2拼宽桥梁的横向拼接

2.1横向连接方式

高速公路桥梁的横向拼宽主要分为以下三种方式：第一种，上下部结构不连接方式。若拼宽桥梁的上下部结构设计都不与原桥梁的基础架构相连，则表明新建拼宽桥梁与旧桥间不存在结构上的相互影响，进而可以预防因地基沉降不均匀而导致的上部结构变化，同时还可以降低拼接部位的施工难度。第二种，上下部结构连接方式。若桥梁的上下部分相互连接，那么基础沉降将会对桥梁的结构内力产生较大影响，同时会提高桥梁拼宽设计对参数控制的要求。此外，使用该连接方法需要利用植筋技术设计拼宽结构下方的构件结构，工艺设计相对比较复杂且具有较高的难度。第三种，上连下不连方式。该设计方法需要建立在原桥上部结构在不均匀沉降的影响下仍能够保持整体结构完整性的基础上，并因桥梁的下部基础结构未实现连接，所以该方式在施工工艺上与上述方法相比相对简单，且能够运用拼接部分的形变协调较小沉降带来结构影响的问题。

2.2几何尺寸

原高速公路桥梁使用跨径简支空心板桥，使用上部连接下部不连接的拼宽方式进行施工。在拼宽设计中，改建拼宽桥使用与原桥相同规格的空心板，通过切除边梁翼板后向结构件中植入钢筋的方式首先拼宽施工，并在结构件端部加设50cm宽的横隔梁。首先，当拼宽部分结构件的宽度与截面配筋率同时增加时，其拼接处产生的上缘拉应力会相对下降。其次，当选定目标桥梁的基础沉降值设为5mm时，其拼宽结构的上缘产生横桥向拉应力值保持在改建设计范围之内，证明拼宽加固技术可以在不均匀沉降未超过5mm时保持桥梁结构的稳定性。

2.3改扩建工程桥梁拼宽施工工序

在高速公路改扩建工程中，拼宽桥梁施工包括新建桥梁基础、下端构造、主梁、吊装设备、现浇部分以及桥面铺装等。为了确保设计的拼宽桥梁在投入使用后具有较强的稳定性，需要在完成上述相关研究后，进行拼宽施工工序的设计。应重点关注对桥梁新旧接触面的凿毛处理，合理控制接触面的湿润度，不可出现表面积水等问题。浇筑时，应控制混凝土的自由浇筑高度小于2.0m，严格控制振捣过程中的施工行为。并在完成施工后进行抹灰处理，避免结构出现裂纹，影响外观质量。完成新旧桥梁拼接施工后，进行桥梁质量的检验，检验过程参照原位试验，使用静压力将呈现圆锥形的探头按照设定的速率均匀压入土中，测量贯入阻力与原位结构发生的变形。将检验结果作为评价本文提出方法有效性的依据，为了使检测的结果更加直观，此次实验以拼宽桥梁负载沉降作为检测结果。

3高速公路桥梁拼宽设计工程实践

3.1桥梁拼接设计要点

①桥梁的拼接加宽应利用原有结构。桥涵拼接应在专项检测评价和现行规范荷载评估验算的基础上进行设计，即根据两者的综合评估结论确定加固与否，综合考虑交通组织等因素确定拼宽方式。②桥梁拼接加宽采用上部构造连接，梁高应在满足规范要求下降低。③桥梁设计应根据总体设计方案，结合原桥涵运营状况和评估验算结论，按利用原桥涵拼接。④按照拼宽后的整体结构进行计算，结合检测评估报告，计算评估老桥上部结构、下部结构及基础的承载力，制定相应的加固措施，如果通过加固手段无法实现（或加固费用过高），应考虑拆除重建。⑤拼接加宽的桥梁应注意桥路配合，左、右幅桥加宽须按各自对应曲率布置。原有桥梁的混凝土整体化层加铺厚度应根据路面加铺设计及梁板整体计算确定。⑥拼宽部分下部结构类型与原桥宜保持一致，同时应满足新规范要求；拼接加宽桥梁下部构造的基础形式选择采用桩基础。⑦拼接桥涵均须重点考虑新旧结构之间的整体沉降差对结构受力的影响。

3.2预制T梁之间的拼接

预制T梁拼接方式通常采用的拼接方式主要有两种类型：铰接方式和刚接方式。其中，刚接方式又有多种形式，常见的有：新旧T梁间采用整体现浇横隔板方式；旧T梁植筋浇筑横隔板，与拼接新T梁横隔板湿接；新T梁横隔板预制长度加长，与旧T梁梁肋采用栓接。以某高速公路设计方案为例，预制T梁拼接新旧T梁间采用整体现浇横隔板刚接方式。在旧T梁植筋浇筑横隔板，与拼接新T梁横隔板湿接的基础上，新建桥内边梁横隔梁高度范围内增设预埋钢筋。施工时先拧紧螺母，再立模浇筑横隔板砼。

结束语

综上所述，（1）在拼宽桥和老桥的搭接处会出现应力集中现象，在实际施工中应对此处做适当的加强处理。在刚施工完毕拼宽桥的沉降还未稳定时，应重点关注新老桥连接部位的力学性能。（2）桩帽的应力分布呈M形，在两个桩顶处桩帽中的Mises应力最大。在实际工程中，更应该对这类桩和顶部的桩帽给予增强，以防止出现桩身破坏。

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