关于旧桥利用拼宽设计的探讨

张波

（天津市市政工程设计研究院佛山分院）

近20年来，我国交通运输行业发展迅速，较多运营中的公路因交通量急剧增长已不堪重负，须对其进行改、扩建。另外，新增高速公路与已建高速公路相交时须增设枢纽互通，也须要对已建高速公路进行改、扩建。桥梁作为高速公路的重要组成部分，桥梁拼宽技术相对路基更为复杂，施工难度更大，且保通难。因此，桥梁拼宽技术是高速公路改扩建项目能否顺利实施的关键前提。本文通过某大桥桥梁拼宽加固设计，为同类型的桥梁扩宽改造提供借鉴参考。

1　桥梁设计概况

1.1　旧桥概况

某现状大桥全长100m，跨径组合为5×20m，桥面总宽12m，横向布置为0.5m（防撞栏）+11.0m（车行道）+0.5m（防撞栏）。上部结构采用预应力混凝土空心板梁，单幅单跨设置11片空心板，板高90cm，中板板宽99cm，边板板宽137cm（悬臂38cm）；桥台采用轻型桥台，桥墩采用桩柱式桥墩。桥面采用连续的10cm厚现浇混凝土层，上面铺设防水层及10cm厚沥青混凝土铺装层。本次设计之初，对旧桥进行了全面的病害调查，其检测结论如下：

旧桥通过荷载试验及极限承载力检算，现有承载力能满足正常使用功能，故道路改扩建时，可保留旧桥的上、下部结构继续使用。

1.2　桥梁拼宽设计原则

（1）安全可靠：原桥按旧规范设计，安全储备相对较少。不应增加旧桥的荷载。

（2）交通舒适性：新旧桥梁的交汇处在交通车道范围内，需要对新旧桥梁进行可靠的连接，保证交通舒适性。

（3）施工方便：目前桥梁交通繁忙，施工过程中不得中断交通。1.3拼宽桥梁设计概况

拟建拼宽桥梁设计采用左幅完全新建，右幅两侧拼宽形式进行设计，采用与现状旧桥一致的跨径组合和结构型式，为5×20m预应力空心板桥，结构简支，桥面连续。与拓宽道路相配合，对护栏进行拆除，刨除沥青混凝土铺装和整体化现浇层，重做桥面铺装，通过桥面补强，提高旧桥安全储备。新建桥梁采用城-A设计荷载。

图1　新旧桥拼宽横断面图

2　新旧桥上下部连接方式的选择

拼接形式的选择直接关系到桥梁结构的安全性和可靠性，直接影响到桥梁的施工和维护。根据以往的实践经验，联系主要有三种形式。

2.1　上下部分不连接

优点：旧桥与新桥之间没有联系。施工难度低，对目前交通的影响最小。

缺点：在活荷载作用下，两桥纵向不均匀挠度，新旧桥梁基础之间的不均匀沉降，将成为沥青路面损伤连接的一部分，容易形成纵向裂缝，并穿过桥到错站。

2.2　上下各部分连接

施工时先将原现浇桥面的一部分拆除，在新桥与旧桥的连接处安装钢筋，再与新桥桥面现浇层一起浇筑。旧桥的桥墩、桥台梁、系杆通过种植钢筋与新桥相应部位连接，再浇筑混凝土将旧桥与新桥相连。

优点：桥与原桥连接，减少了新旧桥梁在各种荷载作用下的不平衡变形。

缺点：由于新旧桥梁上部结构混凝土梁的变形不一致，新旧桥梁的基础沉降不一致。在下部结构的连接处容易产生裂缝。同时下部结构采用种植筋技术，造价高，施工复杂。同时，在当前交通不中断的情况下，有必要考虑如何保证混凝土接头的质量。

2.3　上部结构连接，下部结构未连接

拆除桥面护栏、凿除侧边1m范围内的桥面现浇层内，新老桥的接缝处设置加固钢，再浇筑新桥桥面现浇层。下部结构及基础无联系。

优点：对上部结构有利，下部结构单独受力，施工方便，降低成本，整体性好，能很好地控制桥面纵向裂缝的产生。

缺点：新旧桥基沉降不均匀易导致联系处开裂，影响原有道路交通。需采取有效措施控制新旧桥的混凝土接缝的现浇质量和变形。后期养护和使用过程中应特别注意接缝位置的管养和检查。

第三种连接方法在工程实践中得到了广泛的应用。上部结构梁体之间的紧密连接使其能够适应新旧大桥的不均匀沉降，具有良好的耐久性。需要注意的是，需要采取有效措施来控制地基的沉降。上部结构本身产生的附加内力可以通过增加钢筋和改进节点结构来解决。

因此，本项目的老桥采用第三种连接方式，即上部结构连接，下部结构不连接。

3　上部结构连接方式的选择

本项目旧桥的上部结构为空心板梁。将旧桥面外侧墙式护拦拆除并凿除部分混凝土。新老空心板连接方式考虑以下几种方案：

3.1　改造边板为中板（铰缝铰接）

首先将现浇桥面板横向从翼缘边缘往内50cm范围凿除，扳起横向钢筋，凿去翼缘，再从预制板顶面往下一定深度，从板外侧往内4～5cm范围内凿去混凝土，并凿毛侧面，与之相连一块新的中板。

这个方案的优点是拼接后桥梁的横向布置类似于新建桥梁的横向布置，在施工期间，交通干扰很小，但凿除旧桥边板悬臂及梁体混凝土时会对旧桥产生一定程度上的破坏，需要特殊的空心板设计。本方案对施工要求较高，经济性稍差。

图2　改造边板为中板方案示意图

3.2　采用原边板（铰接）

将旧桥边板横移到加宽桥的最外侧，新旧桥间剩余部分重新铺设新的梁板，再施工桥面系。

3.3　直接拼加新板（铰缝铰接）

凿除旧桥部分桥面系，在旧桥边板植筋（预埋钢筋），新旧桥通过桥面系钢筋相连。该方案对原有桥梁结构的干扰最小，对旧桥的破坏最小。

图3　直接拼加新板（铰缝铰接）方案

该方案具有施工简便、周期短、施工干扰少、对老桥板损伤小等优点，较好地保持了其承载能力，缺点是新桥连接体的完整性差、运行后容易出现纵向裂缝。

3.4　直接拼加新板（铰缝刚接）

本方案与前一上方案相似，区别是本方案在新旧桥间每2m设置一道宽50cm的横梁，利用横梁和桥面铺装将新旧桥连接一体。施工前凿除旧桥边缘1m范围桥面铺装及整体层，在横梁位置处的旧桥边板植筋，新桥边板预埋钢筋，浇筑C50特快硬性混凝土至整体层顶面。

图4　直接拼加新板（铰缝刚）方案

本方案的优点是拼接后新旧桥的连接较牢固，整体受力好，对行车影响较少，缺点是造价较高，施工难度较大，对新旧桥的结构受力影响较大。

综合比较，对空心板梁的拼接推荐改造边板为中板（铰缝铰接）方案进行扩建。

4　拼宽桥梁设计要点

（1）在桥面系设计中，拼宽桥与旧桥之间设置纵向伸缩缝，纵向伸缩缝能适应左右两部分的不同沉降（垂直运动）和沿桥梁轴向的错位（水平运动）。避免了整体摊铺沥青混凝土面层后在新旧桥交界处产生的纵向裂缝。

（2）考虑到新建拼宽桥梁在运营期汽车荷载的作用下，梁体挠度变形、桥梁整体沉降量均大于旧桥，拼宽桥梁设计时充分进行了拼宽桥梁的沉降模拟计算，因旧桥桩基类型为摩擦桩，新建拼宽桥梁采用的摩擦桩桩长比旧桥要长。

（3）新建拼宽桥梁靠旧桥侧边板需设置翼板，以满足拼宽桥盖梁挡块所占的横向距离，确保新旧桥桥面统一完整，同时翼板需做好强度及变形的核算。

（4）因旧桥空心板梁施工工艺及精度问题，导致新建拼宽桥与旧桥相接处边板的翼板宽度有一定变化，在施工过程中，必须做到精确测量，精确控制。

（5）桥面系标高设计过程中，应结合旧桥现状横坡、纵坡，进行桥面系的标高拟合，在满足桥梁排水坡向的同时，还应考虑旧桥桥面补强及面层铺装的影响。

5　结束语

桥梁的拓宽关系到整个道路改造的成败，关系到交通的通畅和国家交通产业的发展。因此，需认真对待改、扩建项目，在桥梁受力、纵向接缝施工技术等关键问题上进行了广泛的比较分析，总结经验、开拓创新，为促进公路桥梁整体技术改革的发展做出贡献。