公路橋梁加寬設(shè)計方法研究

魏永忠

（四川公路工程咨詢監(jiān)理有限公司,四川 成都 610041）

0 引言

在我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，我國公路交通量日益增長，一些建設(shè)年代久遠的公路通行能力達到上限，無法滿足交通量增長的需求，這需要建設(shè)新的公路或?qū)ΜF(xiàn)有公路進行拓寬改造。

建設(shè)新的公路，選擇新的走廊帶會占用大量土地資源，且投資較大，而對原有公路進行擴建則成了一個較優(yōu)的選項，可以節(jié)約用地、減少投資。橋梁的加寬設(shè)計是公路擴建項目的一個重難點，該文從公路橋梁的加寬設(shè)計方案、結(jié)構(gòu)連接方式、存在的問題等方面對公路橋梁加寬設(shè)計進行分析和介紹。

1 橋梁加寬方案

1.1 橋梁加寬原則

公路橋梁加寬設(shè)計，涉及新建橋梁的橋型方案、舊橋的評估利用、加寬橋梁與舊橋的銜接方式，應(yīng)根據(jù)具體項目的特點，選用合適的加寬方案。

公路橋梁加寬設(shè)計的重點是處理好既有結(jié)構(gòu)的利用以及新結(jié)構(gòu)和既有結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，處理的方式會影響加寬結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案。橋梁加寬設(shè)計應(yīng)收集既有橋梁的設(shè)計文件、地勘資料、交竣工資料、檢測報告等資料，并對既有橋梁詳細進行測量，根據(jù)項目特點對橋梁的加寬方案進行針對性研究，兼顧加寬部分和既有結(jié)構(gòu)形式協(xié)調(diào)性、相互之間受力影響等因素。

公路橋梁加寬設(shè)計應(yīng)對既有橋梁技術(shù)狀況評價等級進行評估，達到相關(guān)規(guī)范可利用等級的方可利用，未達到等級要求的經(jīng)維修加固后滿足受力需求方可以利用[1]。

公路橋梁加寬設(shè)計，應(yīng)對加寬橋梁與既有橋梁進行整體計算分析，并且要考慮基礎(chǔ)沉降、結(jié)構(gòu)位移、材料收縮徐變不一致等情況。利用橋梁的極限承載能力和正常使用極限狀態(tài)應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范的要求[2]。

加寬橋梁設(shè)計應(yīng)嚴格控制加寬結(jié)構(gòu)的沉降量，采取措施減少沉降量，減少新建基礎(chǔ)對既有基礎(chǔ)的影響，保證新舊基礎(chǔ)之間的距離滿足規(guī)范要求。

加寬橋梁設(shè)計宜選用與既有橋梁相同的結(jié)構(gòu)形式，保證橋梁墩臺及梁縫相對應(yīng)，使新舊橋梁變形盡可能協(xié)調(diào)一致，外部造型美觀統(tǒng)一。

公路橋梁加寬設(shè)計要做好保通工作，優(yōu)化保通方案，減少加寬橋梁施工對舊橋車輛通行的影響，保證運營安全，同時要合理組織交通，保持道路暢通。

1.2 橋梁加寬橫向布置

橋梁加寬橫向布置有同一側(cè)加寬和兩側(cè)分別加寬兩種形式。這兩種加寬橫向布置各有優(yōu)缺點和適用情況。

雙側(cè)加寬對原有橋面橫坡的適應(yīng)性更好，不需調(diào)整既有橋梁橋面橫坡。在高等級公路改擴建工程中，采用雙側(cè)加寬可以盡可能地保留中央分隔帶內(nèi)的排水設(shè)施、電力通信管道等結(jié)構(gòu)。同時，雙側(cè)加寬對互通式立交改擴建影響較小，部分結(jié)構(gòu)可保留利用，立交方案的調(diào)整范圍較小。

當(dāng)受拆遷或用地條件限制時，也可采用單側(cè)加寬的方式對橋梁進行加寬。單側(cè)加寬對于原橋面為單向坡的情況較為適用，當(dāng)原橋面橫坡為雙面坡時，則需對原橋面橫坡進行調(diào)整（圖1）。

圖1 單側(cè)加寬橋面橫坡調(diào)整

橋面橫坡的調(diào)整對于實腹式拱橋可通過調(diào)整拱上填料實現(xiàn)，但對于一般裝配式梁橋則需通過頂升等措施進行調(diào)整。

2 結(jié)構(gòu)連接方式

橋梁加寬根據(jù)結(jié)構(gòu)連接方式可分為上部梁體與下部墩臺均連接，上部梁體連接、下部墩臺不連接，上部梁體與下部墩臺均不連接三種方式[3]。

2.1 上部梁體、下部墩臺均連接

加寬橋梁與既有橋梁的上部梁體之間、下部墩臺之間都進行連接。上部梁體的連接可采取植筋方式，或鑿除既有橋梁體部分懸臂，然后通過鋼筋焊接后再重新澆筑懸臂，使懸臂形成整體結(jié)構(gòu)。下部墩臺的連接可在既有橋梁下部的蓋梁或系梁側(cè)面植筋，再澆筑混凝土將原有蓋梁或系梁與新的蓋梁或系梁連接在一起。

這種結(jié)構(gòu)連接方式使得加寬橋梁與既有橋梁整體性較強，一定程度上減少了橋面變形，對行車的安全有利，但連接構(gòu)造較多，連接構(gòu)造施工對原路保通運營的影響較大。加寬橋梁與既有橋梁之間變形不一致會產(chǎn)生較大的次內(nèi)力，容易在連接構(gòu)造上產(chǎn)生裂縫，甚至發(fā)生較大的破壞。

2.2 上部梁體、下部墩臺均不連接

采用這種方式時，加寬橋梁與既有橋梁的上部梁體之間、下部墩臺之間都不進行連接。橋面通過安裝縱向伸縮縫銜接，或施作連續(xù)的橋面鋪裝保持橋面平順。

這種連接方式的特點是加寬部分與既有橋梁完全獨立，受力互不干擾，施工期間車輛通行基本不受影響。但加寬橋梁與既有橋梁上部梁體變形不一致，容易在接縫處出現(xiàn)橋面開裂，當(dāng)安裝縱向伸縮時還會產(chǎn)生錯臺，對通行安全影響較大，同時不便于后期養(yǎng)護工作。

這種結(jié)構(gòu)連接方式適用于橋梁跨度小或加寬橋梁與既有橋梁結(jié)構(gòu)不同的情況。當(dāng)既有橋梁為拱式結(jié)構(gòu)、加寬橋梁為梁式結(jié)構(gòu)的情況，也可采用這種加寬方式。根據(jù)實際工程應(yīng)用的效果，采用這種連接方式橋面結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)病害，上部梁體在活載作用下變形不一致，下部墩臺之間的沉降不均也對橋面結(jié)構(gòu)損害較大，在接縫處容易出現(xiàn)橋面開裂，甚至產(chǎn)生錯臺，對車輛通行的舒適性和安全性有較大影響，故不建議大規(guī)模采用這種加寬方式。

2.3 上部梁體連接、下部墩臺不連接

加寬橋梁與既有橋梁墩臺完全獨立，受力互不干擾。上部梁體懸臂可采取植筋方式，或鑿除既有橋梁體懸臂，通過鋼筋焊接后再重新澆筑懸臂，使懸臂形成整體結(jié)構(gòu)（圖2）。這種方式的優(yōu)點是加寬橋梁與既有橋梁下部墩臺完全獨立，受力互不干擾；缺點是如果下部墩臺之間的沉降差較大，會對上部梁體連接處產(chǎn)生不利影響，甚至發(fā)生支座脫空等病害。為此，應(yīng)采取措施減小加寬橋梁基礎(chǔ)沉降量，同時在連接部位適當(dāng)加大配筋以增加結(jié)構(gòu)強度。

圖2 梁體懸臂的連接

根據(jù)工程實踐統(tǒng)計，采用上部梁體連接、下部墩臺不連接的工程較多。采用這種方式連接橋面病害較少，也能保證行車舒適性，而且對加寬橋梁與既有橋梁之間出現(xiàn)沉降差也有成熟的處理措施，使用效果較好。

2.4 結(jié)構(gòu)連接方式比較

如表1所示，采用上部梁體和下部墩臺均連接，或采用上部梁體連接下部墩臺不連接，均應(yīng)采取措施對不均勻沉降進行控制，減少連接構(gòu)造的病害。采用上部梁體和下部墩臺都不連接時容易發(fā)生橋面病害，影響行車安全，應(yīng)用較少。根據(jù)工程實踐，采用第3種方式的工程實例較多。

3 橋梁加寬設(shè)計注意事項

3.1 加寬橋沉降控制

加寬橋梁設(shè)計應(yīng)嚴格控制沉降量，盡可能采用樁基礎(chǔ)，采用擴大基礎(chǔ)時宜置于巖石地基上。采用樁基時應(yīng)適當(dāng)增加樁長、控制樁基孔底沉渣厚度，以減少沉降。采用摩擦樁時，加寬橋梁的樁長不宜小于既有橋梁樁長。

通過延遲澆筑上部梁體的濕接縫或采取預(yù)壓等措施，讓加寬橋梁的基礎(chǔ)沉降提前趨于收斂，當(dāng)加寬橋上部梁體拼接縫實施以后，不至于出現(xiàn)較大的沉降差異[4]。

3.2 既有橋梁結(jié)構(gòu)的調(diào)查

橋梁加寬設(shè)計，需要對既有橋梁的設(shè)計文件、地勘資料、交竣工資料、檢測報告等資料進行詳細的收集和分析，包括設(shè)計變更資料。

對既有橋梁進行詳細測量是橋梁加寬設(shè)計與施工的基礎(chǔ)，測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性對新舊橋梁坐標(biāo)和高程的銜接至關(guān)重要。具體來說，應(yīng)對既有橋面外邊緣的坐標(biāo)和高程進行測量，一般情況下間隔5 m左右測一個點；還應(yīng)對墩臺詳細尺寸，墩臺各個部位的坐標(biāo)和高程進行詳細測量；對橋下的管線埋置情況仔細進行調(diào)查。

橋梁技術(shù)狀況等級的評價結(jié)論是既有橋梁是否利用的重要依據(jù)，應(yīng)收集既有橋梁的檢測資料，同時還要對既有橋梁的檢測報告進行研究，為橋梁加寬設(shè)計提供準(zhǔn)確、可靠的依據(jù)。

此外，還應(yīng)收集既有橋梁建設(shè)期間的施工與竣工相關(guān)文件，包括設(shè)計變更資料。

3.3 新老結(jié)構(gòu)的干擾

加寬橋梁的墩臺及其基礎(chǔ)應(yīng)與既有橋梁墩臺及基礎(chǔ)保持適當(dāng)?shù)木嚯x，減少對既有橋梁基礎(chǔ)的擾動，保證樁基間距滿足設(shè)計規(guī)范的要求。

當(dāng)既有橋梁橋臺采用擴大基礎(chǔ)，且橋臺較高時，加寬橋梁可加大跨徑或適當(dāng)延跨，降低橋臺高度（圖3）。

圖3 加寬橋梁延跨

減少基坑開挖對既有橋臺的影響，可保證既有橋梁橋臺安全；同時，減少基坑開挖也有利于保證既有橋頭路基的穩(wěn)定，減少基坑支護工程量，保障既有道路的保通運營安全。

3.4 濕接縫設(shè)計

加寬橋梁與既有橋梁之間的接縫不宜過小，否則無法保證施工質(zhì)量，濕接縫宜采用環(huán)氧混凝土澆筑，以便快速形成強度。

在澆筑加寬橋梁拼接縫混凝土?xí)r，建議臨時中斷車輛通行，以保證混凝土的凝固過程不受橋面振動的影響；當(dāng)車輛通行無法避免時，可選擇在夜間車流量較少時施工，同時采取限速、設(shè)置減震緩沖墊層等措施減少車輛通行對接縫混凝土質(zhì)量帶來的影響。為減少混凝土收縮產(chǎn)生開裂，可采用微膨脹混凝土澆筑拼接縫。

4 結(jié)語

相比新建橋梁，橋梁加寬設(shè)計技術(shù)相對復(fù)雜，隨著我國交通事業(yè)的不斷發(fā)展，橋梁加寬改造的需求將會越來越多。每一座橋梁都有其自身的特點，其結(jié)構(gòu)形式、原橋狀況、荷載等級、建設(shè)條件、地質(zhì)條件等都可能不盡相同。橋梁加寬設(shè)計應(yīng)收集既有橋梁的設(shè)計文件、地勘資料、交竣工資料、檢測報告等資料，并對既有橋梁進行詳細測量，根據(jù)項目特點對橋梁的加寬進行針對性研究，以指導(dǎo)設(shè)計與施工[5]。