连续现浇箱梁拼宽设计方案研究

郭 艳

(福建省港航建设发展有限公司，福州 350000)

随着我国交通运输的跨越式发展， 交通量的不断增长与道路通行能力不足的矛盾日益突出， 扩宽建设成为已建成高等级道路缓解通行压力的一种必然选择。 桥梁作为道路的节点性工程，往往制约公路扩建工程的实施[1]。

连续箱梁拼宽结构是桥梁拓宽工程中一种常见的类型。 在实际工程案例中，出现了很多病害，严重影响了桥梁运营的耐久性和舒适性。

1 工程概况

案例工程位于福建省境内， 既有桥梁上跨一条宽度36 m 的高速公路，与高速公路斜交118°。 既有桥梁采用2×30 m 现浇连续箱梁结构，分双幅设计，单幅桥宽10.5 m，净宽9.5 m，梁高1.8 m，单箱双室结构，其中悬臂长度2.0 m(图1)。 根据设计需求，桥梁需要单幅净宽增加2.0 m，增加一个车道的通行能力。

图1 既有桥梁总体布置图

2 连续箱梁拼宽方式比较

根据现有的设计经验， 桥梁拼宽方式主要有3 种常用形式，即上下部结构相互独立、上下部结构相互连接和上部结构连接，下部结构相互独立。 3 种拼宽方式的优缺点见表1。

根据上述对比分析， 下部结构不连接的优势较为明显，大部分工程采用了下部结构相互独立的设计方案。

表1 桥梁拼宽方式优缺点

上部结构的连接与独立都具有明显的优点和缺点。在上海市颁布的 《高速公路改扩建设计规范》(DG∕TJ 08-2174-2015)中，明确提出，新老桥连接宜采用“上部结构连接，下部结构不连接”的方式。

在实践中，预制空心板、预制小箱梁、预制T 梁等预制结构采用上部结构连接的方式占绝大多数(图2)。 究其原因，在于这些预制结构的刚度差异不大，预制结构可以通过存梁时间的延长以减少收缩徐变带来的附加内力，通过采取施工、材料、构造等措施可以保证结构的受力满足设计要求[2]。

图2 某桥新老空心板连接方式图

现浇连续箱梁与预制结构桥梁拼装明显不同。 现浇箱梁的悬臂结构一般在2.0 m 以上，悬臂端厚度在20 cm左右，结构较为薄弱。 新拼接桥梁部分往往较窄，抗扭刚度要远大于旧有桥梁。 上部结构连接后， 新旧桥梁在刚度、收缩徐变性能、材料变形能力等方面都存在着差异，新旧桥梁的相互制约， 约束扭转效应非常明显。 研究表明，在新桥收缩徐变、不均匀沉降、河道荷载、温度荷载等作用下， 现浇箱梁的悬臂均会产生较大的拉应力或剪应力[3-4]。因此，上部结构连接需要充分考虑既有箱梁悬臂结构的受力特征。

3 案例工程拼接处置方法

为解决箱梁拼宽易产生病害的问题， 笔者提出了2种设计方案。一种采取上部结构刚性连接，一种采取柔性连接形式。

方案一：上部结构刚性连接。 该方案拼宽部分采用现浇T 梁截面，为加强新旧桥梁的连接，将原桥防撞护栏和50 cm 悬臂端一起凿除，保留原悬臂钢筋基础上，另外植入1# 钢筋，以增强联系。 为了解决悬臂扭转应力等不利受力状况，每隔2～5 m 增设一道横梁。新增横梁增加了对悬臂端的扭转约束， 提高了悬臂端的横向抗拉和竖向抗剪能力(图3)。 基于弹性支撑框架模型，相当于在框架内加入了横向连杆，增加了结构稳定性(图4)。

图3 方案一：上部结构拼接示意图

图4 方案一体系转换示意图

方案二：上部结构柔性连接。 该方案采取拼接梁相对独立的设计思路，保留原主体结构不变，在一侧拼接2.0 m 宽的新梁体。 新梁体采用π 型截面，中墩采用固结接连，保证了拼接梁的稳定性和抗倾覆能力(图5)。

图5 方案二：上部结构拼接示意图

为了解决桥面铺装开裂的病害问题， 采用不完全铰接连接。 具体做法为：在凿除旧桥防撞护栏时，保留梁体与防撞护栏间的预埋钢筋， 在新旧桥梁的接缝处设置一道钢板，预埋钢筋与钢板焊接连接；同时在新梁内也设置钢筋与钢板连接(图6)。 钢板的设置将新旧梁体相互连接，形成不完全的铰结构，利用钢板良好的延展性，新旧桥梁可以存在轻微的转角位移和错动， 但桥面又不至于产生过大的纵向裂缝。

图6 方案二铰接结构示意图

上述2 种方案针对现有工程案例的薄弱环节进行了优化，均能满足设计需求。

通过比选(表2)可以看出，方案二除了结构受力略逊于方案一，其余方面优势明显，综合比较最终桥梁采用了方案二的拼接形式。

表2 两种拼宽方式比选表

目前，该方案已经通过施工图评审，进入建设阶段，运营期间的实际效果也会持续跟踪。

4 结论

(1)对于悬臂较小的预制结构，宜采用“上部结构连接，下部结构不连接”的连接方式，但对于既有现浇箱梁桥，悬臂端易产生病害。

(2)增设横梁可以有效增加新旧桥梁的整体性，开口式框架截面形成闭合，对于悬臂端受力有明显改善作用。

(3)柔性连接使新旧桥梁保持了受力的独立性，同时利用钢板的延展性使得两者协调受力， 阻止了桥面纵向裂缝病害的产生。