山區(qū)橋梁拓寬設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

許明舉

（江西省贛南公路勘察設(shè)計(jì)院，江西贛州 341000）

0 引言

橋梁拓寬工程作為一項(xiàng)復(fù)雜性工程，在拓寬設(shè)計(jì)階段必須要了解橋梁拓寬的設(shè)計(jì)原則，而后對(duì)常用的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析。按照拓寬工程項(xiàng)目的實(shí)際情況合理地選擇設(shè)計(jì)方式并且對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行全面管控，這樣才能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)效果發(fā)揮出來(lái)。

1 橋梁拓寬的基本原則

在橋梁拓寬設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該按照如下原則進(jìn)行設(shè)計(jì)：

一是拓寬設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)該綜合分析拓寬結(jié)構(gòu)的沉降控制。如果拓寬結(jié)構(gòu)沉降尺寸缺乏合理性，容易導(dǎo)致拓寬接縫的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能很差，無(wú)法達(dá)到規(guī)定的使用標(biāo)準(zhǔn)要求，也會(huì)影響橋梁的運(yùn)行效果。因此，拓寬設(shè)計(jì)階段，需要選擇切實(shí)可行的應(yīng)對(duì)措施，以消除新橋的沉降問(wèn)題，提高安全性。

二是拓寬設(shè)計(jì)施工中，要保證交通和周邊環(huán)境不會(huì)發(fā)生任何的問(wèn)題。因此，在拓寬設(shè)計(jì)階段，要綜合分析外部影響因素，避免外部環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

三是拓寬設(shè)計(jì)階段，拓寬結(jié)構(gòu)要和舊橋達(dá)到一致性的要求，橋長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)和跨徑尺寸保持完全一致，根據(jù)舊橋情況和交通狀況進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保新舊橋梁的連接性能合格。

四是拓寬設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該綜合分析接縫位置可能產(chǎn)生的影響，確保新舊橋梁的結(jié)構(gòu)在受到荷載的影響時(shí)變形協(xié)調(diào)一致。

五是拓寬設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合適的施工工藝和技術(shù)尤為重要，要明確施工流程，保證接縫結(jié)構(gòu)的質(zhì)量合格。

六是橋梁拓寬后必須達(dá)到交通運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)度、承載性能都符合要求，所以在設(shè)計(jì)上應(yīng)該優(yōu)于舊橋，性能更加優(yōu)越[1]。

2 橋梁拓寬設(shè)計(jì)的常用方法

2.1 單邊、雙邊新建橋梁

單邊新建橋梁是拓寬的重要施工方式之一，在原有橋梁不能達(dá)到交通運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的條件下，應(yīng)該適當(dāng)?shù)卦黾訕蛄旱耐ㄐ袑挾?，以保證通行能力。如果原橋梁的交通運(yùn)行不可中斷，就不能進(jìn)行原橋梁結(jié)構(gòu)的直接拓寬施工。此時(shí)，可以選擇應(yīng)用單邊新建橋梁的方式進(jìn)行施工，在舊橋梁一旁建設(shè)新橋梁，可以緩解交通通行的壓力，促進(jìn)橋梁通行能力的提升。單邊新建橋梁的方式應(yīng)該在不影響原橋梁通行能力的前提下開(kāi)展建設(shè)施工，并且不會(huì)和原橋梁產(chǎn)生接縫的問(wèn)題。雙邊新建橋梁是在原橋梁兩側(cè)建設(shè)新橋梁的形式，達(dá)到拓寬的效果。應(yīng)用上述哪種橋梁建設(shè)方式，應(yīng)該從拓寬功能、拓寬形式以及建設(shè)條件方面選擇[2]。

2.2 增設(shè)懸臂挑梁

增設(shè)懸臂挑梁的方式比較簡(jiǎn)單，可以滿足橋梁拓寬的要求。在保證橋墩、承臺(tái)等不會(huì)產(chǎn)生損壞的情況下，通過(guò)對(duì)上部承載結(jié)構(gòu)做出調(diào)整，保證加載滿足要求，達(dá)到拓寬標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，還要拆除橋梁兩側(cè)的人行道欄桿，將上鋪層機(jī)構(gòu)鑿除，重新鋪設(shè)到加固合格的橋面上，在人行道上設(shè)置懸臂梁、行車(chē)道上設(shè)置懸臂板的結(jié)構(gòu)，重新安裝人行道欄桿，達(dá)到拓寬的效果。該方式應(yīng)用到拱式或梁式橋梁運(yùn)行效果良好，一般會(huì)選擇兩側(cè)拓寬的方式，且不需要拓寬橋墩，施工量較小，施工質(zhì)量水平較高，應(yīng)用效果良好，加寬部分的要求比較低，可以達(dá)到交通通行標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 增設(shè)主梁

增設(shè)主梁的拓寬施工方式對(duì)于提升舊橋結(jié)構(gòu)的承載性能方面有一定的幫助，增加的主梁剛度應(yīng)該超過(guò)舊橋梁主梁的性能，保證原橋梁橫向分布系數(shù)減小。

2.4 橋梁拼接

橋梁拼接是目前比較常見(jiàn)的橋梁拓寬施工方式，具體包含新舊橋梁上下結(jié)構(gòu)連接、上下結(jié)構(gòu)不連接、上部連接這幾個(gè)方面。其一，上下結(jié)構(gòu)連接的橋梁拓寬施工方式，能夠保證新舊橋梁結(jié)構(gòu)的整體性合格，最大限度減少連接部位的形變問(wèn)題，但是在上下結(jié)構(gòu)都進(jìn)行連接的情況下，因?yàn)樾聵蚪Y(jié)構(gòu)沉降不穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)力增加，發(fā)生裂縫的問(wèn)題，給拓寬結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量產(chǎn)生不良的影響，而且在荷載持續(xù)作用下，因新舊主梁結(jié)構(gòu)存在差異，且兩橋梁的沉降方面也有不同，導(dǎo)致鋪裝層結(jié)構(gòu)的損壞，影響橋梁的運(yùn)行安全性。其二，上下結(jié)構(gòu)不連接的拓寬施工方式，新舊橋梁的結(jié)構(gòu)是分離設(shè)置的，新橋梁具備一定的獨(dú)立性，防止新舊橋梁之間發(fā)生相互作用，不會(huì)因?yàn)樾聵蛄航Y(jié)構(gòu)沉降不穩(wěn)定而影響整體橋梁的穩(wěn)定性。其三，上部連接的形式，只連接橋梁的上部結(jié)構(gòu)，下部不進(jìn)行連接，上下結(jié)構(gòu)采用分離的設(shè)計(jì)方式，避免上部結(jié)構(gòu)對(duì)下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大的影響，但是沉降問(wèn)題也容易造成上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力增大，產(chǎn)生質(zhì)量隱患，給車(chē)輛運(yùn)行安全性帶來(lái)不利影響[3]。

3 工程概況

某橋梁項(xiàng)目已經(jīng)無(wú)法滿足交通運(yùn)行的要求，必須進(jìn)行拓寬施工才能滿足使用的需要。根據(jù)技術(shù)人員的現(xiàn)場(chǎng)勘察和分析，確定橋梁拓寬改造工程的方式是將原有橋梁的護(hù)欄等附屬結(jié)構(gòu)拆除，左右兩個(gè)方向各拼寬3.5m，單側(cè)可以增加交通通行能力，保證新橋和原橋梁結(jié)構(gòu)形式保持一致性。上部結(jié)構(gòu)應(yīng)用的是30m 后張預(yù)應(yīng)力空心簡(jiǎn)支梁，下部則設(shè)計(jì)為柱式墩的形式。設(shè)計(jì)荷載完全滿足交通通行需要，跨越鐵路的運(yùn)行安全性也符合要求。

4 拓寬方案比選

橫向連接是橋梁拓寬設(shè)計(jì)要重點(diǎn)考慮的方面，不同橫向連接結(jié)構(gòu)的傳力形式方面有很大的差異，內(nèi)力分配也會(huì)明顯不足，所以橋梁建設(shè)完成后運(yùn)行效果有很大的差異。在比較常用的橫向連接方式中經(jīng)過(guò)比對(duì)分析發(fā)現(xiàn)，這幾種方式應(yīng)用到該橋梁拓寬施工中，都有一定程度的缺陷。

其一，上下結(jié)構(gòu)不連接的形式會(huì)有明顯的技術(shù)問(wèn)題，在汽車(chē)荷載的作用之下無(wú)法實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)變形的效果，下部結(jié)構(gòu)的不同沉降差等問(wèn)題容易導(dǎo)致橋梁鋪裝層結(jié)構(gòu)損壞，對(duì)于橋梁運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響。

其二，上下結(jié)構(gòu)連接形式的整體性能較好，但是因?yàn)樾屡f徐變上有明顯差異，新橋容易出現(xiàn)附加內(nèi)力過(guò)大的情況，橋梁結(jié)構(gòu)整體處于受拉狀態(tài)，上下結(jié)構(gòu)的性能無(wú)法滿足要求。

其三，上部連接的方式內(nèi)力過(guò)大是普遍存在的問(wèn)題，結(jié)構(gòu)損壞的問(wèn)題也較為嚴(yán)重。在該案例的橋梁項(xiàng)目拓寬設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，綜合以上幾種拓寬施工方式的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇使用上下結(jié)構(gòu)連接的形式，保證橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)行效果和質(zhì)量，符合工程的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。具體設(shè)計(jì)方案就是下部結(jié)構(gòu)應(yīng)用半剛性連接的方式，避免下部結(jié)構(gòu)給上部結(jié)構(gòu)受力造成負(fù)面影響，上部結(jié)構(gòu)施工要避免受外力作用，保證新舊橋梁的變形協(xié)同一致，防止上部結(jié)構(gòu)的損壞。

5 橋梁拓寬設(shè)計(jì)的分析計(jì)算

新舊橋梁的橫向連接結(jié)構(gòu)制作為整體的結(jié)構(gòu)形式，可以同時(shí)承受橋面荷載的作用，可以達(dá)到承載極限的要求，滿足極限狀態(tài)的運(yùn)行需要，但是新舊橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)序是不同的，需要選擇不同的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)符合運(yùn)行的要求。根據(jù)以往的設(shè)計(jì)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，在拓寬之后的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)選擇上，需要遵循的原則是實(shí)用性原則，即原橋原標(biāo)準(zhǔn)、新橋新標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，對(duì)于新建設(shè)的橋梁要根據(jù)新的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)；對(duì)于舊橋的承載性能要達(dá)到最新的設(shè)計(jì)要求，但是極限狀態(tài)的參數(shù)設(shè)計(jì)只需要達(dá)到原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)即可。

在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，主要從下述幾個(gè)方面進(jìn)行：一是原橋梁結(jié)構(gòu)的整體性計(jì)算分析；二是拼接之后的舊橋進(jìn)行整體性的計(jì)算；三是拓寬結(jié)構(gòu)部位的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)算和分析；四是下部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的沉降情況驗(yàn)算。在實(shí)際的計(jì)算過(guò)程中，嚴(yán)格做好下述幾個(gè)方面的計(jì)算工作：一是新建設(shè)的橋梁部分，使用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)形式的橋梁，其收縮徐變可能給原橋梁結(jié)構(gòu)造成影響。二是新建設(shè)的橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降量對(duì)于原橋梁結(jié)構(gòu)所形成的附加內(nèi)力作用。三是拓寬橋梁部分的錯(cuò)孔部位的設(shè)計(jì)，特別是三向預(yù)應(yīng)力混凝土箱型橋梁的形式。在計(jì)算分析的過(guò)程中，要隨時(shí)關(guān)注和了解橋梁結(jié)構(gòu)特性、邊界條件、新舊橋梁拼接方案的效果等。橋梁的拓寬改造設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，基礎(chǔ)沉降是重要的技術(shù)指標(biāo)，必須展開(kāi)全面的分析和研究。按照以往的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，新舊簡(jiǎn)支梁的基礎(chǔ)沉降差不能超過(guò)5mm，新舊連續(xù)箱梁的基礎(chǔ)沉降差不能超過(guò)10mm。在設(shè)計(jì)方案確定時(shí)，可以根據(jù)5mm 的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)算分析，錯(cuò)孔設(shè)置的橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的沉降差必須控制在5mm 以內(nèi)。對(duì)以上各項(xiàng)允許偏差應(yīng)該做好全面的控制，這對(duì)于新舊橋梁的拼接施工效果有著直接的影響，也會(huì)關(guān)系到橋梁的使用壽命，必須加強(qiáng)管理和控制，以確保橋梁工程的質(zhì)量合格，這對(duì)于項(xiàng)目施工效果的提升有著積極的作用[4]。

6 拓寬方案連接設(shè)計(jì)

在橋梁拓寬設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，橋梁后期容易發(fā)生比較嚴(yán)重的沉降問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致新舊橋梁之間發(fā)生沉降差問(wèn)題，造成蓋梁以及鋪裝層結(jié)構(gòu)的損壞。為了防止發(fā)生這些問(wèn)題，應(yīng)采取下述措施。

第一，增加橋梁結(jié)構(gòu)樁徑，提高結(jié)構(gòu)性能，防止發(fā)生不均勻沉降問(wèn)題。結(jié)合橋梁施工地點(diǎn)的實(shí)際情況，原有橋梁以及新建橋梁都使用摩擦樁樁基的形式。原有橋梁樁徑為1.2m，新建橋梁結(jié)構(gòu)的直徑設(shè)計(jì)為1.4m。增加樁徑的設(shè)計(jì)方式可以保證結(jié)構(gòu)承載性能以及單側(cè)摩阻力符合要求，完全能夠滿足橋梁運(yùn)行安全性的要求。假設(shè)原有橋梁結(jié)構(gòu)已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定沉降的標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)再發(fā)生沉降的情況，一般來(lái)說(shuō)進(jìn)行結(jié)構(gòu)處理時(shí)，保證新建橋梁結(jié)構(gòu)的沉降之和在5mm 以內(nèi)，這樣就會(huì)保證新舊橋梁沉降差控制在5mm 以內(nèi)，達(dá)到結(jié)構(gòu)運(yùn)行性能和標(biāo)準(zhǔn)的要求。

第二，通過(guò)使用半剛性連接方式，以減小新舊蓋梁附加內(nèi)力。新舊蓋梁的懸臂應(yīng)用植筋的方式連接形成整體結(jié)構(gòu)，同時(shí)在蓋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)直接埋設(shè)傳力鋼梁，避免因?yàn)榛炷帘砻娲嬖谶^(guò)大的應(yīng)力而出現(xiàn)拉裂的情況。蓋梁之間可以傳輸剪力，并且能夠傳遞彎矩。為了避免因?yàn)椴痪鶆虺两刀鴮?dǎo)致的下部結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的問(wèn)題，需要預(yù)留2mm 的沉降縫。新舊蓋梁在沉降差的作用之下，傳力途徑比較明顯，變形是協(xié)調(diào)一致的，還能夠預(yù)防形成過(guò)大的附加應(yīng)力，不至于損壞結(jié)構(gòu)的性能。但是這種設(shè)計(jì)方式對(duì)于外露鋼筋的防腐蝕性能要求較高，采取必要的防腐蝕措施尤為重要。之后，設(shè)計(jì)在縫隙內(nèi)填充微膨脹混凝土進(jìn)行鋼筋保護(hù)，實(shí)現(xiàn)蓋梁結(jié)構(gòu)半剛性橫向連接。

第三，新舊橋梁縱向連接是拓寬設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，橋面鋪裝縱向裂縫是橋梁拓寬施工的常見(jiàn)病害問(wèn)題。無(wú)縫彈性伸縮縫鋪裝的方法，可以解決這些問(wèn)題。彈性伸縮縫被大量地應(yīng)用到實(shí)際中，進(jìn)行橋面結(jié)構(gòu)的保護(hù)與管控。在施工中，通過(guò)該技術(shù)進(jìn)行新舊橋梁的鋪裝層連接作業(yè)，形成完善的整體結(jié)構(gòu)形式。瀝青混合料路面的彈性性能良好，適應(yīng)性較好，結(jié)構(gòu)可達(dá)到無(wú)縫連接的要求，彈性性能可以吸收振動(dòng)與變形，保證結(jié)構(gòu)達(dá)到正常運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)[5]。

7 新舊橋梁基礎(chǔ)沉降差

橋梁拓寬拼接之后，新舊橋梁之間所出現(xiàn)的基礎(chǔ)沉降差是每個(gè)設(shè)計(jì)人員必須要考慮的問(wèn)題。在目前的橋梁拼接施工結(jié)束后，新橋的基礎(chǔ)沉降會(huì)立即開(kāi)始，而舊橋經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)行，其基礎(chǔ)的沉降已經(jīng)基本上處于完成的狀態(tài)，如果這時(shí)新橋的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)沉降性能比較差，容易導(dǎo)致沉降量過(guò)大的情況，會(huì)給整個(gè)橋梁的結(jié)構(gòu)性能造成不利的影響。如果拓寬施工的橋梁出現(xiàn)了新舊橋梁基礎(chǔ)沉降差過(guò)大的情況，會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)變形量加大，主要是在新橋主梁、拼接縫、舊橋主梁的豎向方向發(fā)生變形的問(wèn)題。因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度要明顯小于抗拉強(qiáng)度，所以沉降差出現(xiàn)之后，容易導(dǎo)致橫向拉應(yīng)力過(guò)大的情況，一旦沉降差超出了混凝土抗拉強(qiáng)度的極限，即會(huì)造成新舊橋梁的連接處發(fā)生裂縫，導(dǎo)致主梁混凝土開(kāi)裂或者支座脫空。在橋梁的運(yùn)行中，發(fā)生上述裂縫問(wèn)題后，雨水會(huì)逐步滲入橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部，造成鋼筋腐蝕、膨脹等，進(jìn)而導(dǎo)致橋梁損壞，影響正常的交通運(yùn)行。從實(shí)際情況出發(fā)，橋梁的基礎(chǔ)沉降發(fā)生、發(fā)展的時(shí)間比較長(zhǎng)，影響的因素也比較多，在分析新舊橋梁基礎(chǔ)沉降差對(duì)于橋梁產(chǎn)生的影響時(shí)，應(yīng)該首先要了解沉降發(fā)生的規(guī)律，并且根據(jù)相應(yīng)公式計(jì)算確定基礎(chǔ)沉降值參數(shù)。目前的樁基礎(chǔ)沉降值應(yīng)該從基礎(chǔ)最終沉降量、基礎(chǔ)沉降隨時(shí)間變化等方面出發(fā)進(jìn)行分析，主要計(jì)算方式有理論公式法與數(shù)值分析法等。為了能夠有效減小基礎(chǔ)沉降差，在橋梁拓寬設(shè)計(jì)中，要從下述兩個(gè)方面出發(fā)：其一，拓寬拼接的過(guò)程中，選擇分離式的橋梁上部結(jié)構(gòu)；其二，新橋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)處理中，保證沉降量控制在合理的范圍內(nèi)，不會(huì)超出規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。從實(shí)際應(yīng)用效果分析，采取上部分離式的拓寬橋梁設(shè)計(jì)形式，其整體性較差、撓度差、美觀性不足。因此，目前廣泛應(yīng)用的橋梁拓寬形式是能夠有效減小沉降差的施工形式，以保證拓寬后的橋梁性能合格、運(yùn)行安全。

8 結(jié)語(yǔ)

綜合以上分析，在山區(qū)橋梁工程拓寬設(shè)計(jì)階段對(duì)于設(shè)計(jì)的參數(shù)要求非常高。因此，作為設(shè)計(jì)人員必須要了解山區(qū)橋梁拓寬工程項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)深入實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)做好相關(guān)的勘察工作與設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇，這樣才能夠提高橋梁拓寬工程的設(shè)計(jì)水平，為推進(jìn)我國(guó)橋梁工程的不斷發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。