公路裝配式匝道橋梁拼寬方案研究

趙華慶，張 勇

（1.中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100089；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081）

隨著我國公路事業(yè)的迅速發(fā)展，高速公路改擴(kuò)建成為今后我國公路建設(shè)的重要任務(wù)之一。2015 年交通運(yùn)輸部出臺了相應(yīng)的設(shè)計細(xì)則，要求改擴(kuò)建橋涵設(shè)計，如既有結(jié)構(gòu)物的利用、新結(jié)構(gòu)物的設(shè)計、新結(jié)構(gòu)與既有結(jié)構(gòu)連接等內(nèi)容，應(yīng)根據(jù)改擴(kuò)建工程的特點(diǎn)，綜合確定設(shè)計方案，滿足安全可靠、耐久適用、經(jīng)濟(jì)合理、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的要求［1］。對橋梁進(jìn)行技術(shù)評定一般采用分層綜合法評定與5類橋梁單項目控制指標(biāo)相結(jié)合的方法［2］，對評定結(jié)果滿足要求的橋梁應(yīng)盡可能利用。目前，互通匝道橋梁的拼寬方法可參考的文獻(xiàn)資料較少，因此對公路裝配式匝道橋梁拼寬方案進(jìn)行比較分析是非常有必要的。

本文結(jié)合具體項目對不同公路裝配式匝道橋梁拼寬方案進(jìn)行比較，根據(jù)方案的特點(diǎn)探討其適用情況。

1 工程背景

新疆天北能源有限責(zé)任公司燃?xì)饩€（管徑φ325 mm）和西部管道703 線（管徑φ275 mm）下穿奎屯西互通H匝道，既有公路采用一孔8 m 的橋梁跨越2 根天然氣管。上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制空心板梁，下部結(jié)構(gòu)采用薄壁式橋臺擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋位平面、立面見圖1。燃?xì)饩€距離既有保護(hù)橋的橋臺邊線0.33 m，且位于橋臺的基礎(chǔ)上方。工程改建需對奎屯西互通H匝道整體加寬。

圖1 管線與橋位平面、立面（單位：m）

2 橋梁拼寬方案

橋梁拓寬可選擇單邊拓寬或雙邊拓寬，拓寬方案應(yīng)與原有公路路線的拓寬相適應(yīng)［3］。從改善橋面行車條件及減少后期養(yǎng)護(hù)維修工作方面考慮，采用結(jié)構(gòu)一次性剛性連接方案技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性良好，可避免運(yùn)營期間施工對交通的影響［4］。橋梁拼寬主要有結(jié)構(gòu)分離和結(jié)構(gòu)連接2類方法。

2.1 結(jié)構(gòu)分離的橋梁拼寬方法

1）新舊橋主梁分離，對新舊橋橋面系整體化層進(jìn)行連接（見圖2）。此種方法橋面容易產(chǎn)生反射裂縫，耐久性難以保證，且后期養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用高，難度大，目前較少采用這種方式。

圖2 橋面系連接（損傷后）

2）新舊橋分離，在新舊橋間設(shè)置縱向伸縮縫或型鋼拼接縫，見圖3。這種方法避免了新拼橋梁對舊橋的影響，同時能適應(yīng)新舊橋之間的變形不協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)受力相對明確，但縱縫兩側(cè)的高差突變在車速較高時對行車安全有不利影響。

圖3 縱向伸縮縫橋面拼寬橋梁工程實景

3）新舊橋分離，僅通過高彈性瀝青混凝土接順，見圖4。這種方法新舊橋互不影響，結(jié)構(gòu)受力相對明確；同時可以避免拼縫兩側(cè)的高差突變，相對于縱向伸縮縫拼接可以提高行車安全性能。

圖4 縱向伸縮縫橋面拼寬橋梁工程實景

2.2 結(jié)構(gòu)連接的橋梁拼寬方法

1）鉸縫連接。這種方法僅適用于上部為空心板的橋梁，且需拆除邊板。拼接后橋梁整體性好，行車舒適性和結(jié)構(gòu)耐久性好。該拼接方法目前被廣泛使用，其對新舊橋的變形協(xié)調(diào)要求高，因此拼接處新舊橋的跨徑應(yīng)相同。

2）現(xiàn)澆濕接頭連接。這種方法把新舊橋上部牢固地連接成一體，接頭的耐久性得到可靠保證，利于行車和結(jié)構(gòu)安全，是一種可靠的橋梁拼接方法。要保證現(xiàn)澆濕接頭施工時橋上車輛的通行，在設(shè)計和施工上還須采取特殊措施。

3 橋梁拼寬方案分析

混凝土橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計包括結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的構(gòu)造設(shè)計及作用效應(yīng)分析等［5］。橋梁上下部結(jié)構(gòu)同時進(jìn)行拓寬時按照新舊橋之間的連接形式可分為3 種：上下部結(jié)構(gòu)均不連接、上下部結(jié)構(gòu)均連接、上部結(jié)構(gòu)連接而下部結(jié)構(gòu)不連接［6］。一般拼寬方案上部結(jié)構(gòu)跨徑相同，對于本項目而言，如果新拼寬橋梁直接按8 m 橋跨布置，則新拼寬橋梁的基礎(chǔ)與天然氣管線相互沖突。因此，本文提出3種拼寬方案進(jìn)行比選。

方案1，結(jié)構(gòu)分離、縱向伸縮縫拼接。新建橋梁跨徑為10 m，上部結(jié)構(gòu)采用10 m 現(xiàn)澆空心板，薄壁式橋臺，挖孔樁基礎(chǔ)，樁基直徑1.2 m。新建橋梁東側(cè)與舊橋?qū)R，為了避讓天然氣管線西側(cè)橋梁基礎(chǔ)與舊橋不對齊。新舊橋空心板梁之間設(shè)置縱向伸縮縫，伸縮縫采用D40 型毛勒伸縮縫。西側(cè)新橋比舊橋突出部分設(shè)置擋土墻，擋土墻與新橋空心板之間設(shè)置縱向伸縮縫，方案1平面布置見圖5。

圖5 方案1平面布置

方案2，結(jié)構(gòu)分離、高彈性混凝土拼接。新建橋梁采用10 m 跨徑，東側(cè)與舊橋?qū)R，為了避讓天然氣管線西側(cè)橋梁基礎(chǔ)與舊橋不對齊。新舊橋空心板梁之間鋼筋混凝土整體化層分離，通過厚10 cm 的高彈性瀝青混凝土進(jìn)行接順，可以大大緩解拼縫兩側(cè)的高差突變。西側(cè)新橋比舊橋突出部分設(shè)置擋土墻，擋土墻與新橋空心板之間通過厚10 cm 的高彈性混凝土接順，方案平面布置見圖6。高彈性瀝青混凝土接順構(gòu)造見圖7。

圖6 方案2平面布置

圖7 拼接構(gòu)造示意（單位：mm）

方案3，新舊橋結(jié)構(gòu)連接。該方案對主梁的變形協(xié)調(diào)要求高?；炷琉そY(jié)在一起時舊混凝土的收縮徐變變形比新混凝土變形小，舊橋?qū)π聵虻募s束作用會導(dǎo)致拼接后整體梁內(nèi)部產(chǎn)生附加內(nèi)力［7-9］。

根據(jù)3 種拼寬方案的特點(diǎn)，結(jié)合本項目具體情況確定橋梁拼接下部構(gòu)造及上部拼接方式。

新建橋梁布置見圖8。由于橋梁基礎(chǔ)須避讓天然氣管線，在橋梁西側(cè)橋臺可考慮騎馬樁的形式。在新疆天北能源燃?xì)饩€各設(shè)置1根直徑1 m的挖孔樁，樁基距離天然氣管道中心2.5 m，樁基礎(chǔ)上設(shè)置承臺，承臺上直接設(shè)置橋臺臺帽，從而保證新建橋梁跨徑為8 m。

圖8 橋跨布置

新建橋梁上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆空心板，因此選擇濕接縫的連接方式，新建橋梁東側(cè)、西側(cè)分跨線均與舊橋?qū)R。濕接縫拼寬方案平面布置見圖9。

新舊橋空心板間設(shè)置寬20 cm、厚20 cm 的縱向濕接頭。在舊橋上最外側(cè)邊板鑿除挑臂混凝土并保留鋼筋，或在邊板外側(cè)植入鋼筋，與新板的預(yù)埋鋼筋通過焊接連接，然后澆筑C50 混凝土濕接頭。為加強(qiáng)空心板間的連接，在新舊橋空心板上橫向50 cm 寬范圍內(nèi)的橋面鋪裝混凝土，與濕接頭混凝土采用一次性澆筑，并對橋面鋪裝鋼筋網(wǎng)進(jìn)行加強(qiáng)。濕接頭構(gòu)造見圖10。

圖9 濕接縫拼寬方案平面布置

圖10 濕接頭構(gòu)造（單位：cm）

對3 種方案從結(jié)構(gòu)受力、行車安全、耐久性、施工難度、后期維護(hù)等方面進(jìn)行對比，結(jié)果見表1。

表1 拼寬方案

由表1 可知：方案1、方案2 不僅涉及到橋梁與橋梁拼寬，還涉及到橋梁與道路拼寬，而不均勻沉降會對行車安全造成不利影響。2 種方案后期維護(hù)工作量較大，施工難度相對較大，且方案2中的高彈性混凝土為專利產(chǎn)品。方案3 在行車安全、耐久性、施工難度、后期維護(hù)等方面比方案1和方案2好，但是其需要在2根管線之間增設(shè)1根樁基礎(chǔ)，須與管線部門協(xié)調(diào)。

綜上分析，本項目最終采用方案2作為施工方案，實際運(yùn)營過程中已取得了較好的效果。

4 結(jié)語

本文以奎屯西互通H 匝道為工程背景，從橋梁拼寬后的結(jié)構(gòu)受力、行車安全及結(jié)構(gòu)耐久性、施工難度、后期維護(hù)等方面對不同拼寬方案進(jìn)行必選，最終選擇結(jié)構(gòu)分離、高彈性混凝土拼接的方案，可為類似項目提供參考。