長(zhǎng)黎高速公路小箱梁橋拓寬設(shè)計(jì)研究

王 偉

(長(zhǎng)安大學(xué)，陜西 西安 710064)

長(zhǎng)黎高速公路2002年建成通車，雙向4 車道，設(shè)計(jì)速度 80 km/h 及 100 km/h［1］。該路是晉煤外運(yùn)的主要通道之一，重載車輛較多，自通車運(yùn)營(yíng)以來(lái)，交通量迅速增長(zhǎng)［1］。2007年交通量已達(dá)22 041輛小客車/d(預(yù)計(jì)2032年將達(dá)到58 167 輛/d)，由交通量預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)看，未來(lái)仍將保持較高的增長(zhǎng)速度。目前該段高速公路服務(wù)水平逐年降低，部分路段出現(xiàn)擁堵，事故頻發(fā)，已經(jīng)不能滿足發(fā)展的需要，2013 山西省決定對(duì)本路段實(shí)施改建擴(kuò)容。

實(shí)施長(zhǎng)黎高速公路改建擴(kuò)容重要難點(diǎn)之一是如何對(duì)既有橋梁進(jìn)行拓寬改造。長(zhǎng)黎高速公路全線原有大、中橋14 座，其中有7 座預(yù)應(yīng)力小箱梁橋需要拓寬改造后利用。本文主要論述這7 座預(yù)應(yīng)力小箱梁橋的拓寬設(shè)計(jì)研究成果，供類似工程參考使用。

1 既有橋梁簡(jiǎn)介

7 座橋梁上部結(jié)構(gòu)均采用預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁，單孔跨徑有30 m、25 m、20 m 三種類型，單幅橋面全寬12 m，凈寬11 m，橫斷面形式如圖1。原有橋梁概況見(jiàn)表1。

圖1 原橋橫斷面形式(單位:cm)

表1 原有橋梁概況

2 橋梁拓寬拼接方法分析

研究橋梁拓寬方案時(shí)，主要考慮以下六方面問(wèn)題:①原橋的技術(shù)狀況;②沿線的地質(zhì)條件;③橫向連接方式;④新舊結(jié)構(gòu)的拼接時(shí)間;⑤新舊橋梁變形協(xié)調(diào)性;⑥在不中斷原橋交通條件下，拓寬橋梁施工方法。依據(jù)目前國(guó)內(nèi)外橋梁拓寬主要研究成果，在實(shí)際工程應(yīng)用的主要有3 種:①上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)均不連接;②上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)均連接;③上部結(jié)構(gòu)相互連接而下部結(jié)構(gòu)不連接。

2.1 上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)均不連接

這種拓寬方法實(shí)質(zhì)上是橋梁拓寬部分與原橋各自獨(dú)立成橋，只是在梁拓寬部分與原橋之間設(shè)置結(jié)構(gòu)工作縫，橋面瀝青混凝土鋪裝層連續(xù)攤鋪。這種拓寬方法能使拓寬橋與原橋各自受力、各自獨(dú)立沉降，互不影響，減小拓寬部分與原橋橫向連接的施工難度，但缺點(diǎn)是在汽車活載作用下，新橋沉降大于舊橋沉降，并且新舊橋主梁還會(huì)產(chǎn)生不均衡撓度，這些都可能會(huì)造成連接部位瀝青鋪裝層破壞，表現(xiàn)為縱向裂縫和橫橋向錯(cuò)臺(tái)，或工作縫部位啃邊等病害產(chǎn)生，不僅影響行車舒適性、安全性和橋面外觀，而且還會(huì)增加后期的養(yǎng)護(hù)維修工作量［2］。

2.2 上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)均連接

提出上、下部結(jié)構(gòu)均連接方案的目的是為克服上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)均不連接方案的缺點(diǎn)。其主要思想是盡量加強(qiáng)新拓寬橋梁與舊橋上下部結(jié)構(gòu)的橫向連接，使新舊橋成為一個(gè)結(jié)實(shí)的整體結(jié)構(gòu)。目前主要通過(guò)先對(duì)舊橋上下部結(jié)構(gòu)植筋、加設(shè)鋼筋骨架，然后再澆筑砼濕接縫連接的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)新舊橋之間的橫向連接［3］。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是將拓寬橋與原橋之間聯(lián)系成整體，拼接后橋梁整體性較好，缺點(diǎn)是若新拓寬橋基礎(chǔ)承載能力較差，沉降大于舊橋，由此會(huì)在新舊橋之間產(chǎn)生較大附加內(nèi)力，當(dāng)該附加內(nèi)力超過(guò)連接部位承載能力強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)引起上部結(jié)構(gòu)在主梁橫向連接處開裂，橋面上形成縱向裂縫，下部結(jié)構(gòu)在帽梁、系梁、橋臺(tái)連接處開裂，最終導(dǎo)致橋梁使用功能下降，后期維修較困難［3］。

因此，該連接方案的適用范圍主要由地質(zhì)條件決定［4］。如果拓寬橋基礎(chǔ)位于持力較好的堅(jiān)硬基巖上，則新舊橋之間的沉降差不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大，該方案沒(méi)有明顯的不利影響，可較好的發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。若拓寬橋基礎(chǔ)位于持力較差的軟土地基上，則由于舊橋經(jīng)過(guò)多年沉降基本穩(wěn)定，而新拓寬橋基礎(chǔ)沉降明顯，并且沉降持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，所以使用期間新拓寬橋梁沉降不穩(wěn)定，不宜采用該方案［3］。

2.3 上部結(jié)構(gòu)相互連接、下部結(jié)構(gòu)不連接

綜合上述兩類橋梁拓寬方式的優(yōu)缺點(diǎn)，形成第3 種橋梁拓寬方案。第3 種橋梁拓寬方案主要思想是先將橋梁拓寬部分獨(dú)立成橋，然后對(duì)其預(yù)壓一段時(shí)間，待新拓寬橋梁沉降基本穩(wěn)定后再將新拓寬橋梁上部結(jié)構(gòu)與舊橋上部結(jié)構(gòu)通過(guò)濕接縫連接起來(lái)，最后統(tǒng)一加鋪橋面鋪裝。這樣既實(shí)現(xiàn)了良好的橋面行車效果，又控制了新舊橋梁的沉降差異。

3 長(zhǎng)黎高速小箱梁橋拓寬設(shè)計(jì)

在分析現(xiàn)有橋梁拓寬方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合長(zhǎng)黎高速公路橋梁現(xiàn)狀，長(zhǎng)黎高速公路7 座小箱梁橋最終選用了上部結(jié)構(gòu)相互連接、下部結(jié)構(gòu)不連接拓寬方式。即在原橋的右側(cè)拆除護(hù)欄后，再接3 片小箱梁，新舊箱梁間用濕接縫鏈接，下部結(jié)構(gòu)采用獨(dú)立的樁基礎(chǔ)。拓寬后單幅橋面全寬19.5 m，凈寬18.5 m，滿足雙向8 車道要求，拓寬后橋梁橫斷面形式如圖2所示。

圖2 拓寬橋橫斷面形式(單位:cm)

為了解決因新老橋梁由基礎(chǔ)不均勻沉降等原因造成的上部結(jié)構(gòu)附加內(nèi)力，本次設(shè)計(jì)采取了如下措施:①拓寬新建橋梁采用樁基，并加強(qiáng)了地基處理、增加了樁長(zhǎng)和樁徑，從而盡可能地減小新橋基礎(chǔ)沉降;②在新舊橋梁拼接前，先對(duì)新橋進(jìn)行預(yù)壓，使新橋基礎(chǔ)充分沉降后再對(duì)新舊橋梁拼接;③增大了連接部位配筋，并改善連接結(jié)構(gòu)形式，提高連接部位的強(qiáng)度。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，不同地區(qū)間聯(lián)系越來(lái)越緊密，交通流量也隨之迅速增長(zhǎng)，這對(duì)既有高速公路提出更高的要求。如何在不中斷交通情況下，對(duì)大交通流量的高速公進(jìn)行橋梁拓寬是高速公路投資者、管理者、設(shè)計(jì)者、施工者面臨的新課題。在滿足高速公路使用要求的條件下，對(duì)于既有橋的充分利用是橋梁拓寬改造技術(shù)的重點(diǎn)。只有通過(guò)不斷地完善橋梁拓寬改造理論，革新橋梁拓寬思想，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)上形成橋梁拓寬改造的專門規(guī)范，才能使我國(guó)的交通事業(yè)更好地融入節(jié)約型社會(huì)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)的交通夢(mèng)。

［1］中交通力建設(shè)股份有限公司.山西省黎城(冀晉界)至長(zhǎng)治公路改擴(kuò)建工程兩階段施工圖設(shè)計(jì)［Z］.2013.

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