座板式桥台在桥梁加宽设计中的应用

宋志勇，陈志新

(湖南省交通规划勘察设计院，湖南长沙 410008)

随着社会经济的快速发展，道路交通流量迅速增长，部分路段高峰时段交通量处于通行能力的上限，全线服务水平逐渐下降，为了解决这个问题，需重新修一条复线如京珠高速或者对原有道路进行改扩建(如沈大高速、沪宁高速)，这样就必须对原有道路桥梁进行加宽设计。随着高速公路路网的加密和完善，也不可避免对老路上的桥梁进行加宽设计。在桥梁加宽设计中，桥台设计是一个难点问题，它涉及到加宽桥台形式、新旧桥台的关系、对老桥锥坡的处理、老桥桥台支挡防护等一系列复杂问题，下面就娄衡高速公路上一个实例来详细说明一种新型的桥台在桥梁加宽中的应用。

1 工程概况

娄衡高速是益阳至娄底至衡阳高速公路中的一段，与北段益阳至娄底高速公路一起由北至南，是湖南省“五纵七横”高速公路网中岳临(京港澳)高速公路和二广高速公路之间新增加的直接连接益阳、娄底、衡阳三市的一条南北向的高速公路。此项目起于沪昆高速(潭邵段)蛇形山镇东南部长冲(沪昆高速桩号k1165+512.032)，设长冲枢纽互通。在改造沪昆高速公路时对k1164+637.465测水大桥(见图1)进行了两侧加宽3.75m设计，使新建的娄衡高速与已建成的沪昆高速能很好衔接。

图1 测水大桥老桥桥型图(单位:cm)

k1164+637.465测水大桥为9×25m预应力混凝土简支T梁结构，右夹角为135°，桥梁全长237.69m，两端桥台分别为重力式桥台和肋板式桥台配扩大基础，桥墩为双柱式桥墩配桩基础，桩基均为嵌岩桩基础。加宽部分桥梁根据沪宁高速改扩建经验采用上部构造相互连接，下部构造不连接的拼接方式。此拼接方式的主要优点是:下部构造不连接，加宽桥与原桥的下构内力相互不产生影响，上部构造连接对下部构造产生的内力影响很小。但上部构造连接后由于新老桥梁材料特性的差异将产生附加内力，由基础沉降等原因产生的附加内力也使连接部位内力增大。为了减小加宽桥梁基础沉降量，加宽桥梁尽可能采用桩基础，并通过加强地基处理、增加桩长或桩径等措施尽可能减小基础沉降。

测水大桥在加宽设计时采用和老桥一样的上部构造形式，桥墩部分采用独墩柱配桩基础。然而在进行桥台设计时却遇到了难题。如果采用和老桥一样的桥台和基础形式，势必会开挖老桥桥台锥坡且须对桥台基础进行处理。从图1中可看出9号桥台为肋板式桥台，桥台锥坡填土高达10m，不满足轻型桥台要求，开挖后要采用何种措施来保障老桥桥台的稳定和固定半边锥坡填土将是一个关键的问题。此外在老桥桥台旁边施工桥台基础，也会对老桥桥台基础产生扰动，影响老桥桥台的稳定，必须对原有基础进行加固处理来保障新老基础间的协调性。

2 座板式桥台在加宽桥设计中的应用

座板式桥台是在软土地区经常采用的一种桥台形式，具体结构形式见图2。因测水大桥每侧只加宽一个车道3.75m，将座板式桥台改造成如图3所示。将座板式桥台应用于加宽桥设计有三个优点:一是桥台承台部分位于上部，不需要将老桥锥坡全部挖除，只需要将上构和承台小部分锥坡填土清除即可，有利于老桥桥台稳定，且减小对老桥桥台的扰动。二是座板式桥台采用桩基础，抗推刚度大，特别适用于加宽宽度较小的桥梁。三是座板式桥台采用4根1m的桩基础，可有效减小基础沉降，防止因新老桥梁上构连接处沉降不一致造成桥面铺装开裂而影响桥梁正常使用。加宽设计后的桥型图见图4。

图2 座板式桥台(单位:cm)

图3 改造后座板式桥台(单位:cm)

图4 加宽设计后的桥型图(单位:cm)

3 计算分析

笔者利用ANSYS有限元分析程序，采用Solid单元，建立有限元模型，对桥台在成桥后运营阶段进行了结构线弹性有限元分析，研究其应力分布情况及位移结果。桥台应力分布情况如图5～图7所示，竖向位移结果如图8所示，图中应力单位:MPa，+表示拉应力，－表示压应力，位移单位:mm。从应力分布结果可以看出:

图5 X方向(横桥向)应力结果

图6 Y方向(竖向)应力结果

图7 Z方向(顺桥向)应力结果

图8 桥台竖向位移结果

1)座板以上桥台部分各方向应力均很小，基本处于受压状态，按照构造配筋即可。

2)座板纵、横桥向跨中区域顶缘受压，底缘受拉;桩基顶面以上部位座板顶缘受拉，底缘受压。横桥向最大拉应力为1.153MPa，顺桥向最大拉应力出现在桩顶边缘与座板相交位置，最大值为1.706 MPa，该区域存在应力集中现象，设计中对该区域钢筋布置予以加强。根据顶、底缘应力值，取座板单位宽度反算弯矩后，进行裂缝宽度验算，满足规范要求(最好加上钢筋配置情况)。

3)座板竖向应力处于－1.076～0.035MPa之间，该方向按构造配筋即可。桩基竖向压应力处于－7.508～－4.263MPa之间，最大拉、压应力均处于桩顶与座板相交的局部区域。

从图8可以看出，桥台最大竖向位移为3.251 mm，沉降量控制在5mm以内，满足竖向刚度要求，整体结构具有可靠的安全度。

4 结语

综上所述，座板台在桥梁加宽设计中具有结构简单，施工方便;无须对老桥锥坡进行大规模的开挖，对老桥影响小;桥台抗推刚度大、沉降量小等一系列优点，能很好地适用于改扩建道路加宽桥设计中。结构有限元分析结果也表明，该形式桥台强度及刚度均能满足设计要求。

［1］吴文清，页见曙.沪宁高速公路桥梁拓宽方案研究及工程对策分析［C］.沪宁高速公路江苏段扩建工程论文集，2008.

［2］JTGD63—2007，公路桥涵地基与基础设计规范［S］.

［3］JTGD62—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.