高速公路新老桥梁拼接方式探讨

陈 猛

（郑州市交通规划勘察设计研究院，河南 郑州 450052）

0 引言

随着交通运输的快速发展，早期建设的高速公路因交通量急剧增长已无法满足运营要求。为了提高通行能力和服务水平从而缓解交通压力，对高速公路进行加宽改造是有效途径。而桥梁是高速公路的组成部分，并且占有较大比重，桥梁拓宽技术相对较为复杂，施工难度大，保通难，因此，高速公路改扩建项目能否顺利实施，桥梁加宽技术是关键。本文重点讨论桥梁拼宽设计中的相关问题。

1 桥梁加宽原则

作为高速公路线路的组成部分，桥梁加宽需和高速公路线路加宽保持一致，同时还需符合以下原则：

（1）最大限度利用既有桥梁结构，以便降低工程造价，控制工程规模（基本原则）；

（2）维持原有构造物功能，对交通的影响应降到最小；

（3）上部结构采用同跨径、同结构梁、板进行拼接，下部结构也应与老桥相似；

（4）新旧桥拼接后，需保证受力协调一致，桥梁拼接遵循“上连下不连”的原则，保证上部结构共同参与受力，同时避免下部结构刚性联结对桥梁结构的不利影响。

2 加宽设计方案及计算分析

2.1 工程概况

京港澳高速公路的某座3孔20m跨径的简支空心板桥，桥面简易连续，新建桥梁与原桥采用同跨径、同结构的空心板，在已建桥梁两侧分别加宽7.25m，新旧空心板采用连接钢筋相连。结构断面如图1所示，1～12号为老桥空心板，N1～N5为新桥空心板。

为减少新旧桥间的差异沉降，桥梁拼接遵循“上连下不连”的原则，新旧桥上部空心板间采用现浇湿接段连接，桥面连续；下部新旧桥盖梁间设置1cm缝，不做连接。具体做法是：拆除老桥的外侧护栏，将老桥现浇桥面板从老护栏内侧边缘向内凿除20cm，保留横向钢筋与N1钢筋绑扎，老桥边板外侧从顶面往下19cm凿毛，并在外侧植入N2钢筋，植入深度为15.5cm；新桥空心板架设完毕后给予5～6个月的沉降期，以消除工后沉降影响；新桥内边板预埋的N3钢筋与老桥外边板预埋N2钢筋绑扎焊接，如图2所示。

图1 空心板桥加宽示意图（单位：cm）

图2 新老空心板拼接方式示意图（单位：cm）

2.2 计算假定

计算时做如下假定：

（1）新旧桥上部结构仅通过湿接段连接；

（2）新旧桥支座约束条件相同；

（3）不考虑桥梁纵、横坡影响。

2.3 计算模型

计算采用桥梁综合程序Midas Civil，按空间梁格模型模拟新旧桥结构受力。新旧桥空心板采用单梁纵向梁格模拟，虚拟横梁为横向梁格单元。全桥共建633个节点和870个单元，梁格划分如图3所示。

图3 梁格计算模型

2.4 计算参数

老板混凝土：50号；新板混凝土：C50；钢筋混凝土或预应力混凝土：26kN/m3；沥青混凝土：24kN/m3；混凝土的收缩、徐变以及温度梯度按规范取值。二期恒载：老桥为10cm厚沥青混凝土+6cm厚防水混凝土+墙式护栏，新桥为10cm沥青混凝土+10cm厚防水混凝土+墙式护栏。

2.5 计算工况

为了分析不同连接方式对新旧桥受力影响以及对加宽后桥梁的活载横向分布系数的影响，拼接加宽后对桥梁进行整体验算，测试老桥承载能力是否能满足现行标准要求，模型中对新旧桥的湿接连接分别模拟为铰接和刚性连接两种工况。

2.6 不同连接方式对活载横向分布系数的影响

为了解梁板活载横向分布的情况，对新旧桥采用铰接拼宽和采用刚性连接拼宽两种情况分别进行分析，按照影响进行加载，加载工况为至少2列车、至多5列车，得到横向分布计算结果如表1所示。

表1 桥梁拼宽前、后跨中至1/4跨荷载横向分布系数对比表

表1表明，新旧桥连接采用铰接和刚接计算得到的横向分布影响线趋势相同，计算差别较小，为0.7%左右。桥梁拼宽后，老桥外边梁、外次边梁的5～12号板活载横向分布系数明显小于老桥横向分布系数，且自中央分隔带至外侧空心板荷载横向分布系数差有逐渐增大的趋势。外边板12号板差别最大，约为34%。由此表明，拼接后新桥能分担老桥的部分活载，老桥上部结构承担的活载比例减少，拼接后老桥的受力性能有所改善，老桥上部结构承载能力有所提高。此外，采用铰接和刚接连接方式对活载横向分布系数影响均较小。

2.7 收缩徐变作用下支座反力比较

新旧桥拼接后，由于新桥的收缩徐变作用，将导致新旧桥的支座反力发生变化。取新桥架设完成后的90d对新旧桥不连接工况和连接工况的支座反力进行对比，结果如表2所示。

表2 不同连接方式支座反力的对比

表2表明，湿接缝两侧的新旧桥边梁、次边梁的支反力变化较大，其中铰接工况下支座反力变化较小，老桥在刚接工况下边梁增加16.2%，故验算老桥的支座反力应采用刚接工况，新桥在刚接工况下边梁增幅最大，为.2%，因此新桥设计应选择承载力较大的支座型号，确保支座有足够的抗压承载力。

3 结论

（1）新旧桥拼接加宽，其连接方式对拼宽后桥梁的横向分布系数影响较小，但老桥的上部梁板在加宽后的横向分布系数较老桥初始状态有较大幅度的减小，拼宽后老桥的外边梁横向分布系数减少约34%，承受活载作用的能力有所增强，老桥的承载力安全储备得到提高。

（2）拼宽后，老桥的受力状态有所改善，通过减载抑制老桥病害的进一步发展。

（3）收缩徐变对湿接缝相邻位置梁板的支座反力影响较大，新桥支座设计时应选择承载力稍大的支座型号，确保支座有足够的抗压承载力。

[1]廖朝华.高速公路改扩建工程关键技术研究[D].武汉：武汉理工大学，2009.

[2]王宗华.高速公路桥梁加宽拼接技术优化研究[D].西安：长安大学，2009.

[3]徐强.高速公路改扩建工程桥涵结构物拼接技术[M].北京：人民交通出版社，2011.