高速公路改扩建预应力混凝土空心板拼宽设计

高速公路改扩建预应力混凝土空心板拼宽设计

王成煜

湖南路桥建设集团有限责任公司 湖南长沙410000

摘要：在既有的高速公路桥梁中，预应力混凝土空心板桥梁占比较大，高速公路改扩建项目中此类桥梁的拼宽设计工作备受关注。以高速公路改扩建项目为实例，介绍预应力混凝土空心板桥梁的拼宽设计原则、拼宽方案及维修加固方案，为高速公路桥梁拼宽设计提供参考和建议。

关键词：改扩建；桥梁拼宽；预应力空心板；高速公路

0、引言

近年来，随着城市化的快速发展和人口流动的增加，人们对高速公路的需求不断增加，许多高速公路节假日经常出现严重拥堵，为了适应日渐增长的交通量需求，高速公路的改扩建刻不容缓。在桥梁拼宽设计中，需要根据桥梁的实际情况、道路净空、交通组织等诸多因素，制定合理的拼宽方案。本文结合G60沪昆高速湖南省金鱼石（赣湘界）至醴陵段改扩建项目，对跨径16m的预应力空心板桥梁拼宽方案进行了分析。

1、工程概述

G60沪昆高速湖南省金鱼石（赣湘界）至醴陵段位于株洲醴陵市境内，起于金鱼石(赣湘界)，顺接沪昆高速公路江西段，止于沪昆高速醴陵至娄底段扩容工程起点醴陵东枢纽互通。既有道路建设标准为设计时速100km/h，路基宽度26m，双向四车道，于2007年10月建成通车。扩容改建后，设计时速为100km/h，路基宽度41m，双向8车道，全线均采用两侧拼宽的方式。

项目改扩建范围内有5座桥梁，其中4座桥梁跨径在16-20m之间，其上部结构为预应力混凝土空心板，1座桥梁跨径为30m，上部结构为预应力混凝土T梁。设计荷载为汽车-超20级、挂-120级，所有桥梁总体技术状况评定等级均为2类桥。

2、桥梁拼宽原则

2.1 设计原则

桥梁的拼宽设计应根据总体设计方案，结合原桥梁运营状况和检测、评价结论，在综合考虑结构受力、施工工艺、交通组织、造价等因素的基础上进行综合设计。

根据总体设计方案并考虑交通组织的影响，项目改扩建范围内除醴陵东互通范围内一座1-16m预应力空心板桥采用原桥维修加固后拼宽方式外，其余桥梁统一采用上部结构换板后拼宽的方式。

2.2 拼宽连接方式

新旧桥梁主流的拼宽连接方式有三种：

（1）上、下部结构均不连接

此方式优点是新旧桥梁独自受力，各不影响，施工方便，不需要考虑新老结构连接的问题。

缺点是新旧桥梁在荷载的长期作用下会产生不均匀挠度，新桥基础沉降会大于老桥，导致桥面连接处的沥青路面开裂，影响行车的舒适性。

（2）上、下部结构均连接；

此方式优点是新旧桥梁形成一个整体，有利于整体受力，减少由于独立受力引起的不均匀变形。

缺点是新桥基础沉降会大于老桥，导致整体沉降不均，致使结构损坏，且上下部结构都需连接，增加了施工的复杂性和工艺要求，需要更高的技术和施工质量。

（3）上部结构连接但下部结构不连接。

此方式优点是新桥的下部结构与老桥独立，若老桥发生不均匀沉降，新桥不会受到直接影响，保证新桥的平稳性和安全性。下部结构的独立性使得新旧桥梁可以分别进行维护和维修，不会因为连接部分的存在而增加维修难度。

缺点是新旧桥上部的拼接部位的受力，仍受到新旧基础间不均匀沉降差的影响。

目前高速公路改扩建项目中，桥梁拼宽应用最广泛的是“上连下不连”这种连接方式。

3、桥梁拼宽方案

拼宽方案设计时，需采取一定措施控制新旧桥基础沉降差及收缩徐变差，来减少新桥对旧桥的影响。上部结构设计时，结构协调性是一个重要考虑原则，因此上部结构采用预应力混凝土空心板拼宽有利于协同受力，变形协调。下部结构采用柱式台、桩基础，桩基础尽量选择基岩作为桩端持力层，有利于减少基础沉降。

该1-16m预应力空心板桥位于互通范围内，根据总体方案只右幅单幅加宽。上部结构采用2块预制预应力混凝土空心板拼宽原桥(如图1所示)。原桥空心板高度为75cm，拼宽桥梁空心板高度为85cm，以旧桥桥面标高为基准进行拼宽，拼宽后桥下净空4.55m，不影响桥下道路通行。旧桥下部结构采用重力式桥台，新桥下部结构采用柱式台及桩基础。

图1 原桥拼宽预应力混凝土空心板

新旧桥拼接段采用翼缘连接方式（如图2所示）。首先将既有原桥拆除防撞护栏后，凿除边板悬臂及其顶部的调平层混凝土，保留悬臂横向钢筋；然后铺设桥面调平层钢筋网，焊接、绑扎原桥边板悬臂加强钢筋；最后立模并一次浇筑桥面现浇调平层混凝土及新旧桥空心板拼接段的C50微膨胀混凝土。

图2 新旧桥拼接段设计图

4、旧桥维修加固方案

维修加固设计以检测报告和验算结论反映的桥梁实际受力情况对结构进行补强和修补。根据检测报告及验算结论，既有16m空心板的承载能力安全储备较少，在考虑对旧桥利用的条件下，需要对旧桥进行维修加固处理。

旧桥病害的常规维修措施有以下几种：针对混凝土表面裂缝，采用环氧树脂注射和表面封闭法修复，确保裂缝封闭和结构完整。对外露和锈蚀的钢筋，采用机械清理和防锈涂层处理，并使用高性能修补砂浆进行混凝土修补。对混凝土表面缺陷，在混凝土疏松区较浅的情况采用环氧砂浆进行修补，在混凝土疏松区较深或者有孔洞的情况则采用环氧砼修补和复合纤维布局部加固。

由于旧桥安全储备较少，为增加桥梁安全储备，需要对空心板梁板进行结构性加固。由于该项目交通流量大，为有效减少了对交通的干扰，采用粘贴钢板的加固方法。该加固方式施工过程相对简单，不需要大型设备，施工周期较短，可以显著提高结构的承载能力和抗变形能力。

5、结语

作为湖南省内首条“四改八”的高速公路改扩建项目，本文以跨径16m的预应力空心板桥拼宽为工程实例，详细介绍了预应力空心板桥的拼宽原则、拼宽方案，针对旧桥可能出现的病害等问题，提出了详细的维修加固方案。为后续其他高速公路改扩建项目中空心板桥梁拼宽设计提供了的实践经验和理论参考。

参考文献：

[1]陈振.高速公路改扩建空心板桥梁拼宽设计[J].交通世界,2019(22):74-76.

[2]熊锋.改扩建工程中的桥梁拼宽设计研究[J].运输经理世界,2022(33):106-108.

[3]党志鹏.改扩建公路预应力空心板桥梁拼宽设计研究[J].江西建材,2023(09):149-150.