高速公路桥梁加宽设计

袁 腾 文

(山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012)

高速公路桥梁加宽设计

袁 腾 文

(山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012)

详细分析了山西省太古高速公路一座加宽桥的方案设计，论述了加宽设计需考虑的多项因素，并介绍了上部下部结构均不进行连接、上部下部结构均进行连接以及上部结构连接下部结构不连接三种加宽方案，以供类似桥梁加宽设计时参考。

桥梁，加宽，沉降，收缩徐变，附加内力

1 工程概况

山西省太原至古交高速公路东社枢纽K31+369.7分离式立交原桥上部结构采用(25+35+25)m现浇预应力混凝土连续箱梁，下部结构采用柱式墩、桩基础，右前夹角90°。由于枢纽建设需要设置减速车道，本桥左幅需要加宽。加宽侧桥梁起点桩号为K31+324.200，终点桩号K31+415.200，桥长91 m，桥型布置为(25+35+25)m预应力混凝土连续箱梁。桥梁各跨径线均与老桥设计线成90°夹角。桥型布置图见图1。

2 桥址处地质情况

3 加宽方案研究

选择桥梁加宽方案之前，首先需要检算旧桥的承载力等各项参数是否满足规范要求，否则在选择加宽方案时应采取针对性措施，确保旧桥满足使用要求。

综合考虑桥位处的地质情况、行车舒适性、行车道布置、旧桥技术状况等确定合理的加宽方案以及新旧桥连接的接缝构造。加宽方案确定以后，正确计算新旧桥之间的沉降差、收缩徐变差异，按照规范条文验算新旧桥的承载力是否满足要求、应力是否满足要求、裂缝宽度是否满足要求等，验算时需要考虑新旧桥分阶段受力的问题。根据验算结果，针对性的采取工程措施来保障新旧桥加宽拼接的顺利进行，保证其运营阶段正常使用。借鉴国内已经完成的多条高速公路改扩建桥梁加宽技术取得的成功经验，方案比选阶段共提出如下几种方案：

1)桥梁上部结构、下部结构均不进行连接。这种方案新、旧桥梁的上部结构之间、下部结构之间均不进行连接，而是在新、旧桥梁之间预留沉降缝。等新桥建成之后，连续摊铺桥面现浇层以及沥青混凝土铺装层。这种连接方案的优点是新、旧桥之间相互独立，受力简单明确直观，减少了施工步骤，加快了施工进度，避免了新旧桥梁之间因不均匀沉降引起上下部结构的附加内力，同时也避免了连接的诸多技术问题。该方案适用于桥位处地基条件较差的情况。

2)桥梁上部结构和下部结构均进行连接。这种方案新、旧桥梁上部结构、下部结构之间均进行连接，新、旧桥梁上部结构之间的对应位置通过横向植筋、锚固以及现场浇筑后浇带将其连接起来；下部对应的墩台帽、系梁等也通过植筋连接，然后浇筑后浇带混凝土形成整体。这种连接方案优点是新、旧桥梁能形成整体，路容美观，后期养护费用低。缺点是新旧桥基础不均匀沉降在相互连接处产生了附加内力，导致连接构造复杂、材料用量增加、工期也相应延长，往往交通管制的时间也较长，影响群众满意度。该方案适用于桥位处地基条件较好、交通量较小的情况。

3)桥梁上部结构连接、下部结构不连接。这种方案新、旧桥梁上部结构之间进行刚性连接，下部结构之间不进行连接，融合了上述两种连接方案的优点及缺点，是目前国内尤其是山西省采用较多的加宽方案，倍受建设单位青睐。该方案将新旧桥梁的基础分离、上部结构梁板连接。该方案适用于桥位处地基条件一般、需要保障行车舒适性的情况。

4 加宽方案比选

桥址处经钻探揭示，地层岩性为稍密～密实亚粘土和潮湿～饱和状态的角砾互层，新旧桥之间的工后不均匀沉降较大。为了减少新旧桥之间由于基础不均匀沉降而产生的附加内力，同时为了保证行车舒适和路容美观，我院设计采用了上部结构连接、下部结构不连接方案。此种方案的优点是新桥与旧桥上部结构连接形成整体，行车舒适、路容美观；下部结构各自受力，内力互不影响，可以减少新、旧桥之间由于基础不均匀沉降而产生的附加内力。

加宽方法如下：凿除原桥左幅外侧护栏及50 cm宽桥面铺装，凿除原桥左幅1 m宽范围外侧翼缘板混凝土，新桥主梁施工完毕后，在新、老桥之间浇50 cm宽C55钢纤维补偿收缩混凝土，从而形成新老桥间的铰接。新桥桥墩采用柱式墩，基础采用钻孔灌注桩；桥台采用肋式台，基础采用钻孔灌注桩。桥台处设一道D80型伸缩缝。

考虑到新旧桥梁基础不均匀沉降的客观存在，加宽设计的关键是要减小新旧桥基础的不均匀沉降。本桥在加宽设计时，经研究基础采用桩基础。为了减小基础不均匀沉降，设计时适当增加桩长，在工期允许的情况下适当延后上部结构的拼接时间、设置后浇带等措施。针对上部结构不可避免的要产生附加内力，在连接部位需要进行特殊设计并适当增大配筋率等方法加以解决。

5 施工工艺

旧桥与新桥通过26 cm宽的现浇混凝土后浇带连接形成整体，在箱梁两端各设一道40 cm厚的横梁，加强其整体性。根据沉降随时间的变化关系曲线，设计要求加宽部分浇筑4个月后，再施工后浇带，以减少材料收缩徐变及基础沉降的影响。加宽桥横断面拼接构造见图2。

实施步骤：

1)拆除原桥外侧护栏，凿除原桥的部分桥面铺装;2)加宽侧凿除原桥箱梁翼缘板100 cm，按间距向旧桥箱梁翼缘板内植入钢筋;3)现场浇筑箱梁，严格控制坐标及浇筑坐标，确保与旧桥顺利拼接。在新桥箱梁翼缘板内预埋钢筋;4)新旧桥钢筋一一对应焊接，焊接采用单面搭接焊，焊缝长度不得小于10d;5)绑扎拼接处桥面后浇带钢筋，并与旧桥桥面现浇层钢筋搭接，搭接长度应满足现行设计规范的要求;6)绑扎拼接处现浇混凝土后浇带及端部横梁钢筋，浇筑C50钢纤维补偿收缩混凝土;7)旧桥及拼接处后浇带桥面现浇层同时施工，等桥面现浇层混凝土达到设计强度后，即可开放交通运营;8)施工桥面防水层及摊铺沥青混凝土桥面铺装。

总之，在桥梁结构物加宽方面，在结构连接前尽可能释放因变形产生的附加内力是防止和减少加宽桥梁出现病害的关键所在。因此应采取相应措施减小新旧桥梁基础之间不均匀沉降，严格控制新桥的工后沉降，减小对上部结构连接部位受力所造成的不利影响，注意新老桥梁基础间的变形协调性，尽可能推迟后浇带混凝土浇筑施工的时间，以使新桥基础的一大部分沉降能在新旧桥梁上部结构拼接前完成等。

6 结语

为了保障道路安全畅通运营，桥梁加宽需要考虑的问题较多，技术复杂，施工难度大。加宽桥梁与新建桥梁之间的异处在于需要考虑新旧桥之间的不均匀沉降、收缩徐变等差异变形，存在多种不确定因素和新的技术问题，目前仍然缺乏比较成熟的经验，绝不能采取一般的或新建桥梁的设计方法来解决，目前我国还没有简单成熟实用的计算方法供工程师采用。随着我国经济社会的持续快速发展，交通量也在逐年快速增长，现有高速公路的通行能力面临严峻挑战，为了提高高速公路的通行能力，对现有桥梁进行加宽是必需的。因此，桥梁加宽方案研究的应用前景十分广阔。每一个项目都有其各自的特点，不可能完全相同，需要工程师具体问题具体分析，不能死搬硬套。因此在方案确定之前，应仔细研究原有道路路况、现状交通量及其组成、桥梁现状、改扩建目标、工程地质条件等，熟悉项目特点，对桥梁加宽方案进行针对性研究，以指导设计与施工，确保桥梁结构安全运营。此外，原有桥梁的技术状况对加宽方案的选取非常重要，要在充分调查研究的基础上，对旧桥技术状况进行认真评定，对加宽方案进行详细分析计算、论证、比选。依据计算分析结果以及相关工程经验制定严格、合理的施工方案，以确保桥梁结构运营安全。

[1] JTG D63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[2] 徐 强.高速公路改扩建工程桥涵结构物拼接技术[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3] 黄明欢，易 兵.高速公路桥梁加宽方式研究[J].公路交通技术，2012(5)：18-20.

Onwideningdesignforexpresswaybridges

YUANTeng-wen

(ShanxiCommunicationPlanningSurveyandDesignInstitute,Taiyuan030012,China)

The paper analyzes the widening bridge widening design along Taiyuan-Gujiao Expressway, indicates many factors considered in the widening design, and introduces three widening ways, no connection between upper and lower structure, the connection between the upper and lower parts, and theonly connection at the upper part, so as to provide reference for widening design of similar bridges.

bridge, widening, settlement, shrink creep, added internal force

1009-6825(2014)33-0159-02

2014-09-15

袁腾文(1981- )，男，工程师

U455

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