座板式橋臺在橋梁加寬設(shè)計中的應(yīng)用

宋志勇，陳志新

(湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，湖南長沙 410008)

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，道路交通流量迅速增長，部分路段高峰時段交通量處于通行能力的上限，全線服務(wù)水平逐漸下降，為了解決這個問題，需重新修一條復(fù)線如京珠高速或者對原有道路進(jìn)行改擴建(如沈大高速、滬寧高速)，這樣就必須對原有道路橋梁進(jìn)行加寬設(shè)計。隨著高速公路路網(wǎng)的加密和完善，也不可避免對老路上的橋梁進(jìn)行加寬設(shè)計。在橋梁加寬設(shè)計中，橋臺設(shè)計是一個難點問題，它涉及到加寬橋臺形式、新舊橋臺的關(guān)系、對老橋錐坡的處理、老橋橋臺支擋防護等一系列復(fù)雜問題，下面就婁衡高速公路上一個實例來詳細(xì)說明一種新型的橋臺在橋梁加寬中的應(yīng)用。

1 工程概況

婁衡高速是益陽至婁底至衡陽高速公路中的一段，與北段益陽至婁底高速公路一起由北至南，是湖南省“五縱七橫”高速公路網(wǎng)中岳臨(京港澳)高速公路和二廣高速公路之間新增加的直接連接益陽、婁底、衡陽三市的一條南北向的高速公路。此項目起于滬昆高速(潭邵段)蛇形山鎮(zhèn)東南部長沖(滬昆高速樁號k1165+512.032)，設(shè)長沖樞紐互通。在改造滬昆高速公路時對k1164+637.465測水大橋(見圖1)進(jìn)行了兩側(cè)加寬3.75m設(shè)計，使新建的婁衡高速與已建成的滬昆高速能很好銜接。

圖1 測水大橋老橋橋型圖(單位:cm)

k1164+637.465測水大橋為9×25m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁結(jié)構(gòu)，右夾角為135°，橋梁全長237.69m，兩端橋臺分別為重力式橋臺和肋板式橋臺配擴大基礎(chǔ)，橋墩為雙柱式橋墩配樁基礎(chǔ)，樁基均為嵌巖樁基礎(chǔ)。加寬部分橋梁根據(jù)滬寧高速改擴建經(jīng)驗采用上部構(gòu)造相互連接，下部構(gòu)造不連接的拼接方式。此拼接方式的主要優(yōu)點是:下部構(gòu)造不連接，加寬橋與原橋的下構(gòu)內(nèi)力相互不產(chǎn)生影響，上部構(gòu)造連接對下部構(gòu)造產(chǎn)生的內(nèi)力影響很小。但上部構(gòu)造連接后由于新老橋梁材料特性的差異將產(chǎn)生附加內(nèi)力，由基礎(chǔ)沉降等原因產(chǎn)生的附加內(nèi)力也使連接部位內(nèi)力增大。為了減小加寬橋梁基礎(chǔ)沉降量，加寬橋梁盡可能采用樁基礎(chǔ)，并通過加強地基處理、增加樁長或樁徑等措施盡可能減小基礎(chǔ)沉降。

測水大橋在加寬設(shè)計時采用和老橋一樣的上部構(gòu)造形式，橋墩部分采用獨墩柱配樁基礎(chǔ)。然而在進(jìn)行橋臺設(shè)計時卻遇到了難題。如果采用和老橋一樣的橋臺和基礎(chǔ)形式，勢必會開挖老橋橋臺錐坡且須對橋臺基礎(chǔ)進(jìn)行處理。從圖1中可看出9號橋臺為肋板式橋臺，橋臺錐坡填土高達(dá)10m，不滿足輕型橋臺要求，開挖后要采用何種措施來保障老橋橋臺的穩(wěn)定和固定半邊錐坡填土將是一個關(guān)鍵的問題。此外在老橋橋臺旁邊施工橋臺基礎(chǔ)，也會對老橋橋臺基礎(chǔ)產(chǎn)生擾動，影響老橋橋臺的穩(wěn)定，必須對原有基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理來保障新老基礎(chǔ)間的協(xié)調(diào)性。

2 座板式橋臺在加寬橋設(shè)計中的應(yīng)用

座板式橋臺是在軟土地區(qū)經(jīng)常采用的一種橋臺形式，具體結(jié)構(gòu)形式見圖2。因測水大橋每側(cè)只加寬一個車道3.75m，將座板式橋臺改造成如圖3所示。將座板式橋臺應(yīng)用于加寬橋設(shè)計有三個優(yōu)點:一是橋臺承臺部分位于上部，不需要將老橋錐坡全部挖除，只需要將上構(gòu)和承臺小部分錐坡填土清除即可，有利于老橋橋臺穩(wěn)定，且減小對老橋橋臺的擾動。二是座板式橋臺采用樁基礎(chǔ)，抗推剛度大，特別適用于加寬寬度較小的橋梁。三是座板式橋臺采用4根1m的樁基礎(chǔ)，可有效減小基礎(chǔ)沉降，防止因新老橋梁上構(gòu)連接處沉降不一致造成橋面鋪裝開裂而影響橋梁正常使用。加寬設(shè)計后的橋型圖見圖4。

圖2 座板式橋臺(單位:cm)

圖3 改造后座板式橋臺(單位:cm)

圖4 加寬設(shè)計后的橋型圖(單位:cm)

3 計算分析

筆者利用ANSYS有限元分析程序，采用Solid單元，建立有限元模型，對橋臺在成橋后運營階段進(jìn)行了結(jié)構(gòu)線彈性有限元分析，研究其應(yīng)力分布情況及位移結(jié)果。橋臺應(yīng)力分布情況如圖5～圖7所示，豎向位移結(jié)果如圖8所示，圖中應(yīng)力單位:MPa，+表示拉應(yīng)力，－表示壓應(yīng)力，位移單位:mm。從應(yīng)力分布結(jié)果可以看出:

圖5 X方向(橫橋向)應(yīng)力結(jié)果

圖6 Y方向(豎向)應(yīng)力結(jié)果

圖7 Z方向(順橋向)應(yīng)力結(jié)果

圖8 橋臺豎向位移結(jié)果

1)座板以上橋臺部分各方向應(yīng)力均很小，基本處于受壓狀態(tài)，按照構(gòu)造配筋即可。

2)座板縱、橫橋向跨中區(qū)域頂緣受壓，底緣受拉;樁基頂面以上部位座板頂緣受拉，底緣受壓。橫橋向最大拉應(yīng)力為1.153MPa，順橋向最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在樁頂邊緣與座板相交位置，最大值為1.706 MPa，該區(qū)域存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，設(shè)計中對該區(qū)域鋼筋布置予以加強。根據(jù)頂、底緣應(yīng)力值，取座板單位寬度反算彎矩后，進(jìn)行裂縫寬度驗算，滿足規(guī)范要求(最好加上鋼筋配置情況)。

3)座板豎向應(yīng)力處于－1.076～0.035MPa之間，該方向按構(gòu)造配筋即可。樁基豎向壓應(yīng)力處于－7.508～－4.263MPa之間，最大拉、壓應(yīng)力均處于樁頂與座板相交的局部區(qū)域。

從圖8可以看出，橋臺最大豎向位移為3.251 mm，沉降量控制在5mm以內(nèi)，滿足豎向剛度要求，整體結(jié)構(gòu)具有可靠的安全度。

4 結(jié)語

綜上所述，座板臺在橋梁加寬設(shè)計中具有結(jié)構(gòu)簡單，施工方便;無須對老橋錐坡進(jìn)行大規(guī)模的開挖，對老橋影響小;橋臺抗推剛度大、沉降量小等一系列優(yōu)點，能很好地適用于改擴建道路加寬橋設(shè)計中。結(jié)構(gòu)有限元分析結(jié)果也表明，該形式橋臺強度及剛度均能滿足設(shè)計要求。

［1］吳文清，頁見曙.滬寧高速公路橋梁拓寬方案研究及工程對策分析［C］.滬寧高速公路江蘇段擴建工程論文集，2008.

［2］JTGD63—2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］JTGD62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范［S］.