公路装配式匝道桥梁拼宽方案研究

赵华庆，张 勇

（1.中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100089；2.中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京 100081）

随着我国公路事业的迅速发展，高速公路改扩建成为今后我国公路建设的重要任务之一。2015 年交通运输部出台了相应的设计细则，要求改扩建桥涵设计，如既有结构物的利用、新结构物的设计、新结构与既有结构连接等内容，应根据改扩建工程的特点，综合确定设计方案，满足安全可靠、耐久适用、经济合理、统筹协调的要求［1］。对桥梁进行技术评定一般采用分层综合法评定与5类桥梁单项目控制指标相结合的方法［2］，对评定结果满足要求的桥梁应尽可能利用。目前，互通匝道桥梁的拼宽方法可参考的文献资料较少，因此对公路装配式匝道桥梁拼宽方案进行比较分析是非常有必要的。

本文结合具体项目对不同公路装配式匝道桥梁拼宽方案进行比较，根据方案的特点探讨其适用情况。

1 工程背景

新疆天北能源有限责任公司燃气线（管径φ325 mm）和西部管道703 线（管径φ275 mm）下穿奎屯西互通H匝道，既有公路采用一孔8 m 的桥梁跨越2 根天然气管。上部结构采用预制空心板梁，下部结构采用薄壁式桥台扩大基础，桥位平面、立面见图1。燃气线距离既有保护桥的桥台边线0.33 m，且位于桥台的基础上方。工程改建需对奎屯西互通H匝道整体加宽。

图1 管线与桥位平面、立面（单位：m）

2 桥梁拼宽方案

桥梁拓宽可选择单边拓宽或双边拓宽，拓宽方案应与原有公路路线的拓宽相适应［3］。从改善桥面行车条件及减少后期养护维修工作方面考虑，采用结构一次性刚性连接方案技术性和经济性良好，可避免运营期间施工对交通的影响［4］。桥梁拼宽主要有结构分离和结构连接2类方法。

2.1 结构分离的桥梁拼宽方法

1）新旧桥主梁分离，对新旧桥桥面系整体化层进行连接（见图2）。此种方法桥面容易产生反射裂缝，耐久性难以保证，且后期养护维修费用高，难度大，目前较少采用这种方式。

图2 桥面系连接（损伤后）

2）新旧桥分离，在新旧桥间设置纵向伸缩缝或型钢拼接缝，见图3。这种方法避免了新拼桥梁对旧桥的影响，同时能适应新旧桥之间的变形不协调，结构受力相对明确，但纵缝两侧的高差突变在车速较高时对行车安全有不利影响。

图3 纵向伸缩缝桥面拼宽桥梁工程实景

3）新旧桥分离，仅通过高弹性沥青混凝土接顺，见图4。这种方法新旧桥互不影响，结构受力相对明确；同时可以避免拼缝两侧的高差突变，相对于纵向伸缩缝拼接可以提高行车安全性能。

图4 纵向伸缩缝桥面拼宽桥梁工程实景

2.2 结构连接的桥梁拼宽方法

1）铰缝连接。这种方法仅适用于上部为空心板的桥梁，且需拆除边板。拼接后桥梁整体性好，行车舒适性和结构耐久性好。该拼接方法目前被广泛使用，其对新旧桥的变形协调要求高，因此拼接处新旧桥的跨径应相同。

2）现浇湿接头连接。这种方法把新旧桥上部牢固地连接成一体，接头的耐久性得到可靠保证，利于行车和结构安全，是一种可靠的桥梁拼接方法。要保证现浇湿接头施工时桥上车辆的通行，在设计和施工上还须采取特殊措施。

3 桥梁拼宽方案分析

混凝土桥涵结构设计包括结构方案设计、结构及构件的构造设计及作用效应分析等［5］。桥梁上下部结构同时进行拓宽时按照新旧桥之间的连接形式可分为3 种：上下部结构均不连接、上下部结构均连接、上部结构连接而下部结构不连接［6］。一般拼宽方案上部结构跨径相同，对于本项目而言，如果新拼宽桥梁直接按8 m 桥跨布置，则新拼宽桥梁的基础与天然气管线相互冲突。因此，本文提出3种拼宽方案进行比选。

方案1，结构分离、纵向伸缩缝拼接。新建桥梁跨径为10 m，上部结构采用10 m 现浇空心板，薄壁式桥台，挖孔桩基础，桩基直径1.2 m。新建桥梁东侧与旧桥对齐，为了避让天然气管线西侧桥梁基础与旧桥不对齐。新旧桥空心板梁之间设置纵向伸缩缝，伸缩缝采用D40 型毛勒伸缩缝。西侧新桥比旧桥突出部分设置挡土墙，挡土墙与新桥空心板之间设置纵向伸缩缝，方案1平面布置见图5。

图5 方案1平面布置

方案2，结构分离、高弹性混凝土拼接。新建桥梁采用10 m 跨径，东侧与旧桥对齐，为了避让天然气管线西侧桥梁基础与旧桥不对齐。新旧桥空心板梁之间钢筋混凝土整体化层分离，通过厚10 cm 的高弹性沥青混凝土进行接顺，可以大大缓解拼缝两侧的高差突变。西侧新桥比旧桥突出部分设置挡土墙，挡土墙与新桥空心板之间通过厚10 cm 的高弹性混凝土接顺，方案平面布置见图6。高弹性沥青混凝土接顺构造见图7。

图6 方案2平面布置

图7 拼接构造示意（单位：mm）

方案3，新旧桥结构连接。该方案对主梁的变形协调要求高。混凝土黏结在一起时旧混凝土的收缩徐变变形比新混凝土变形小，旧桥对新桥的约束作用会导致拼接后整体梁内部产生附加内力［7-9］。

根据3 种拼宽方案的特点，结合本项目具体情况确定桥梁拼接下部构造及上部拼接方式。

新建桥梁布置见图8。由于桥梁基础须避让天然气管线，在桥梁西侧桥台可考虑骑马桩的形式。在新疆天北能源燃气线各设置1根直径1 m的挖孔桩，桩基距离天然气管道中心2.5 m，桩基础上设置承台，承台上直接设置桥台台帽，从而保证新建桥梁跨径为8 m。

图8 桥跨布置

新建桥梁上部结构采用现浇空心板，因此选择湿接缝的连接方式，新建桥梁东侧、西侧分跨线均与旧桥对齐。湿接缝拼宽方案平面布置见图9。

新旧桥空心板间设置宽20 cm、厚20 cm 的纵向湿接头。在旧桥上最外侧边板凿除挑臂混凝土并保留钢筋，或在边板外侧植入钢筋，与新板的预埋钢筋通过焊接连接，然后浇筑C50 混凝土湿接头。为加强空心板间的连接，在新旧桥空心板上横向50 cm 宽范围内的桥面铺装混凝土，与湿接头混凝土采用一次性浇筑，并对桥面铺装钢筋网进行加强。湿接头构造见图10。

图9 湿接缝拼宽方案平面布置

图10 湿接头构造（单位：cm）

对3 种方案从结构受力、行车安全、耐久性、施工难度、后期维护等方面进行对比，结果见表1。

表1 拼宽方案

由表1 可知：方案1、方案2 不仅涉及到桥梁与桥梁拼宽，还涉及到桥梁与道路拼宽，而不均匀沉降会对行车安全造成不利影响。2 种方案后期维护工作量较大，施工难度相对较大，且方案2中的高弹性混凝土为专利产品。方案3 在行车安全、耐久性、施工难度、后期维护等方面比方案1和方案2好，但是其需要在2根管线之间增设1根桩基础，须与管线部门协调。

综上分析，本项目最终采用方案2作为施工方案，实际运营过程中已取得了较好的效果。

4 结语

本文以奎屯西互通H 匝道为工程背景，从桥梁拼宽后的结构受力、行车安全及结构耐久性、施工难度、后期维护等方面对不同拼宽方案进行必选，最终选择结构分离、高弹性混凝土拼接的方案，可为类似项目提供参考。