拓宽桥梁新旧基础不均匀沉降及其对上部结构影响的研究

朱新安

摘 要：一些建设时间早的公路经过长时间的使用之后已无法满足日益增长的交通流需求，需要对其进行拓宽来确保其使用功能。对桥梁的拓宽通常采用下部结构新建，上部结构刚接或铰接。由于新建的下部结构与原本老桥的下部结构之间会出现不均匀沉降，导致了桥梁上部结构中会出现附加应力，会对结构造成影响。本文通过对桥梁拓宽进行研究，探究拓宽桥梁基础不均匀沉降以及对上部结构带来的影响。

关键词：桥梁;拓宽;不均匀沉降;影响

0 引言

桥梁基础沉降是一个漫长的过程，经过长时间的运营之后，桥梁基础的沉降才会趋于稳定。而对旧桥进行拓宽之后，新建部分的桥梁基础沉降需要经过很长的时间才会达到稳定，这就会导致新旧桥的基础之间出现不均匀沉降，进而对上部结构带来影响[1]，尤其是對拼接部分的梁板，基础的不均匀沉降导致在该部位出现附加内力，给拓宽部分的桥梁带来安全隐患。因此，注重拓宽桥梁基础的不均匀沉降，确保其整体质量是一个需要重点关注的问题。

1 桥梁拓宽方法研究

受到地形地貌以及工程投资的影响，桥梁扩宽的形式会存在差异。拓宽方式的选择是桥梁拓宽工程的重要内容，对桥梁拓宽之后的受力形式以及运营质量起着决定性作用[2]。而且加宽与连接方式的不同，也会对工程成本以及施工难度带来影响。因此，在进行拓宽形式的选择时，要根据工程所在地的地质条件以及公路的运营需求来选择安全合理且经济的桥梁拓宽方案。

1.1 拓宽方案

1.1.1 单侧分离式拓宽

单侧分离式拓宽是在原桥的一侧新建一座结构形式以及跨径相同的桥梁，该方案不需要与旧桥进行拼接，具有不影响旧桥通行且施工方便的特点。适用于单侧空间受限无法进行双侧分离式拓宽，以及施工难度大的大跨度桥梁拓宽。这种拓宽形式由于新旧桥之间并不搭接，因此基础的不均匀沉降对其上部结构不会带来过大的影响。

1.1.2 双侧分离式拓宽

双侧分离式加宽是在旧桥两侧分别新建一座结构形式以及跨径相同的桥梁，新桥与旧桥上部结构不连接。这种方案适用于旧桥两侧有足够空间的情况，通常应用于旧桥承载力较差的拓宽工程，多用于对低等级公路桥梁的拓宽。与单侧分离式拓宽方案相同，该方案桥梁上部结构受到来自基础不均匀沉降的影响也不大。

1.1.3 单侧拼接式拓宽

单侧拼接式拓宽是在原桥的一侧对其进行拼接加宽，适用于扩宽部分较窄的桥梁拓宽工程，拼接完成之后在沿路线走向方向存在一条纵向的拼接缝。单侧拼接拓宽施工工艺相对复杂，由于需要对桥面横坡重新进行构造，在施工期间需要封闭交通。而且，进行单侧拼接加宽之后桥梁的中心线会往加宽侧偏移，对路线的线形也会带来一定影响。由于上部结构相连，因此新旧桥基础的不均匀沉降对上部结构会造成比较大的影响。

1.1.4 双侧拼接式拓宽

双侧拼接式拓宽多采用对称式拓宽，即在旧桥的两侧新建与原桥跨径相同的桥梁。双侧拼接式拓宽是现阶段公路改扩建工程中应用最广泛的一种形式。与单侧拼接式拓宽相比，桥梁的中心线不发生偏移，不会对路线的线形产生影响，也不需要重新构造路面横坡。但是，新桥与旧桥之间有两条纵向拼接缝，整体性相对较差，上部结构受到来自基础不均匀沉降的影响更大，且工程量相比于单侧拼接式拓宽更大。

1.2 新旧桥之间的连接

1.2.1 新旧桥上下部结构均不连接

该方案的优点是旧桥与新桥相对独立，各自承受荷载且互不影响。在进行拓宽施工时旧桥的使用功能不会受到影响。但这种方案也会带来一些缺点，即旧桥与新桥的主梁在车辆荷载作用下会产生不同的挠度，使拓宽部分的变形要大于旧桥的变形，会引起拼接部分桥面铺装的破坏[3]，对后期的维护工作带来不便。

1.2.2 新旧桥上下部结构均连接

该方案可有效的对基础不均匀沉降以及荷载问题进行改善，且能减小温度对桥梁收缩带来的影响，适用于寒冷地区的桥梁拓宽方案。但是由于新旧桥之间的梁板发生形变的程度存在差异，会导致盖梁等结构处出现裂缝。通常对盖梁的连接需要采用植筋来进行，不仅成本高，而且还需要对旧桥的盖梁进行部分的拆除，工序繁琐且对旧桥的影响较大。

1.2.3 新旧桥上部结构连接、下部结构不连接

上部结构相连可保障桥梁通行顺畅，下部结构不相连可对桥梁承受的荷载进行分散，在降低基础不均匀沉降的同时还可缓和拼接处的附加应力。由于拼接处采用现浇混凝土进行施工，会导致桥梁在美观度上存在一定的不足，而且拼接处易产生裂缝，施工的关键技术是确保拼接处混凝土在养护与后期使用中不会发生较大变形。

2 不均匀沉降对上部结构的影响

2.1 沉降模式假设

由于旧桥的基础沉降经过长时间的运营已基本趋于稳定，故将旧桥的基础沉降假定为零。由于新旧桥之间由拼接构件相连，对靠近旧桥的新桥主梁有较大的约束，而随着距离的变化，对远端的主梁约束则较小，根据以往的研究表明，约束的减小近似线性变化。

2.2 影响因素研究

本文选择截面配筋、不均匀沉降值、新桥宽度以及拼接宽度为影响因素对基础不均匀沉降对上部结构的影响进行研究。且对每项因素设置极值范围，其中截面配筋的极值分别根据最小配筋率与最大配筋率来确定;不均匀沉降值参考相关文献的研究设定为5 mm，且作为定值;新桥宽度最小值为单条车道宽度，最大值为旧桥宽度;拼接宽度最小值为0.2 m，最大值为1 m。

2.3 不同因素对上部结构内力的影响

截面配筋率的变化对拼接部分上缘横向拉应力有一定影响，且这种影响与截面位置相关，由支座向跨中位置影响逐渐变弱，支座处应力变化相比于跨中处要大很多。当不均匀沉降值为定值时，对支座附近的纵向拼接缝处截面内力产生的影响最大，且由支座向跨中方向逐渐减弱。拓宽宽度与拼接宽度对上部结构内力的影响变化规律也是相似的，随着宽度的增加，拼接处所受到的拉应力会逐渐减小，且由支座向跨中方向逐渐递减。

2.4 不均匀沉降对上部结构变形的影响

当新旧桥梁基础发生不均匀变形时，如果新旧桥之间采用弱刚接，则新桥基础发生的沉降全部由其自身承担，不会对旧桥产生影响;而采用强刚接时，新桥产生的部分沉降会传递到旧桥并由其部分结构来承担，导致旧桥部分结构出现变形。因此，采用弱刚接的拓宽桥梁相对而言更容易在拼接缝处出现桥面结构的破坏，很有可能产生较为明显的错台现象;但是采用强刚接的拓宽桥梁会由于新桥的沉降导致旧桥部分主梁发生竖向沉降以及横向位移。

3 结语

随着公路改扩建建设工作的逐步推进，对桥梁的拓宽改建得到了广泛的应用。但是新旧桥之间基础的不均匀沉降问题会给扩宽工程的质量带来很大的隐患，如何对其进行解决是一项值得深入研究的问题。本文以桥梁拓宽为研究对象，对现阶段桥梁拓宽方案进行研究，并对不均匀沉降对桥梁上部结构的内力变化及变形影响进行研究，并得到一些结论，能够对桥梁拓宽工程带来一些参考。

参考文献：

[1]胡文华.不均匀沉降对拓宽桥梁拼接板受力影响研究[J].公路交通技术，2012（5）：98-102.

[2]李子豪.拓宽桥梁新旧基础不均匀沉降及其对上部结构影响的研究[D].北京：北京交通大学，2019.

[3]周明利.高速公路桥梁拓宽中的问题[J].交通世界，2017（1）：136-137.