高速公路改扩建既有桥梁拼宽施工技术

江西通威公路建设集团有限公司 / 唐绍辉 胡国华

本文针对某高速公路桥梁实际情况，对其拼宽设计进行深入分析，提出三种上部结构连接方法，即湿接缝连接、铰缝连接和横隔板连接。同样通过对比分析选择湿接缝连接方法，实践证明，所选方案是合理的，可为类似高速公路既有桥梁拼宽设计提供借鉴。

一、工程案例

某高速公路全长约95km，按双向4车道标准设计，设计速度为120km/h。自正式通车以来，该高速公路的实际交通量不断增大，且重载交通量大幅增加，超载现象严重，这导致道路出现很多病害，实际通行能力已经无法满足经济发展的需求，故有必要对其进行扩容改造。该高速公路线路范围内共有20座桥梁，其中1座为长205m的大桥，其他均为中桥，总长1124m。所有桥梁的上部结构均采用预应力空心板梁。现围绕该高速公路工程实际情况，对其扩容改造过程中桥梁的拼宽设计做如下深入分析。拼宽方案是否可行在很大程度上决定了改扩建能否取得成功，故应给予高度重视。

（一）拼宽原则

根据该高速公路的特点，在制订既有桥梁拼宽方案的过程中，遵循以下基本原则：

1.对路线进行改扩建时，需在两侧进行同步拼接加宽，综合考虑结构受力、工艺方法、交通组织和成本造价等在内的各项影响因素，将既有桥梁拼宽方式确定为在原桥两侧进行拼宽，并对原桥实施必要的检测与维修加固处理。

2.对桥梁进行拼宽，原则上需要和原桥保持相同的跨径和结构形式，新桥和旧桥的结构受力及刚度应尽可能保持一致，当受到荷载的持续作用时，应尽可能减少新桥和旧桥之间结合处的实际挠度差，以实现对桥面纵向裂缝的有效控制。

3.对新桥设计过程中，应严格遵循安全性、适用性、经济性及美观性等基本原则。

桥梁横向拼宽主要可以使用以下三种方案：上下部结构都不连续（方案一）、上下部结构都连接（方案二）、上部结构连接而下部结构不连接（方案三）。在拼宽方案选择时，需对比分析完成拼宽处理后桥梁结构的耐久性、桥面使用效果及日后维护难度等。

（二）拼宽各方案的优缺点

经调查，早期大部分既有桥梁拼宽采用方案一，从运营结果看，该方案下桥面容易被破坏，伴随铺装层啃边等问题的不断发展容易产生越来越多的纵向裂缝，对行车舒适性与安全性都会造成很大影响，也破坏了路面的美观性，所以方案一不建议采用。采用方案二进行既有桥梁拼宽时，下部结构之间的连接往往要用到植筋技术，这无疑会增加成本，如果拼宽桥梁的基础沉降比原桥梁大，还会因产生很大的附加内力而导致上下部结构发生开裂现象，特别是下部结构开裂，不仅很难发现，而且处理和养护难度较大，对桥梁结构的耐久性造成很大影响，所以方案二也不建议采用。实践表明，方案三的应用可以取得良好的效果。因此，在条件允许的情况下，建议将方案三作为推荐方案，即只对上部结构进行连接，而下部结构不连接。以上各方案的优缺点如下。

1.方案一优点：拼宽桥和原桥的结构受力比较明确，相互之间基本不会造成影响；施工难度相对较小，不会产生连接技术问题。缺点：受活载作用后，两桥将产生不同的挠度，导致纵向开裂；如果拼宽之后的桥梁产生比原桥更大的沉降，将导致横向错台，对行车舒适性与安全性不利；成桥后的美观性相对较差，且新旧桥之间的工作缝容易遭到破坏，后期养护成本相对较高。该方案的综合评价结果为一般，为比较方案。

2.方案二。优点：拼宽桥和原桥有良好的整体性，能使新旧结构实现共同受力。缺点：施工难度相对较大；对下部结构进行连接时，需要用到植筋技术，不仅工艺复杂，而且成本很高。该方案的综合评价结果为一般，为比较方案。

3.方案三。优点：上部结构的连接不会对下部结构造成太大影响，下部结构内力不会因为上部结构连接而产生太大变化，且能消除前两套方案存在的所有缺点。但该方案也存在一定缺点，即基础的差异沉降会使上部结构相连部位产生相对较大的内力，对结构受力不利，可能会引起裂缝等病害，设计与施工中需要对此给予高度重视。该方案的综合评价结果为较好，可作为推荐方案使用。

（三）桥梁现状分析

对道路中的现状桥梁改建需要结合道路总体要求进行现状桥梁分析。首先需要明确改建道路等级、红线宽度、现状河道规模、河道规划信息以及河道通航情况。还需明确本次改建是否存在规划河道，需要新建桥梁。收集现状桥梁资料，最好是竣工图。分析桥梁总体布置、桥梁结构类型、荷载等级、竣工年限等基本信息。分析桥梁总体设计、桥梁宽度、跨度、梁底标高、荷载等级是否满足现阶段项目改建要求。以此来初步判断桥梁是否可以利用。初步判定桥梁可以利用后还需要对桥梁进行从外观到结构性能的深度分析，这就需要委托相关机构对桥梁进行专业的桥梁技术检测。

（四）桥梁改建要求

改建道路中桥梁改建需要根据道路总体功能要求进行改建，需要结合项目实际情况。桥梁改建常见情况有以下四种：1.道路拓宽，桥梁宽度不够需要改建；2.道路拓宽，桥梁已经按照远期规划来做，宽度满足要求，需要调整桥面布置；3.河道拓宽整治或者提升航道等级，现状桥梁跨度或梁底净空不满足要求，需要拆除重建；4.桥梁破损严重，通过专业技术检测表明不能利用，需要拆除重建。

二、上部结构拼宽

在选定具体的拼宽方案后，需要确定适宜的拼宽方式。如前所述，该高速公路路段范围内所有桥梁都采用预应力空心板梁，其拼接主要有以下三种方法：湿接缝连接、铰缝连接及横隔板连接。

（一）湿接缝连接

湿接缝连接法是将原桥和拼宽桥之间采用湿接缝（主要为现浇混凝土）的形式连接，使形成一个完整的整体，并在上部结构两端分别设置厚度为30cm的横梁，以进一步提高连接的整体性。在拼宽桥架设完成4个月后，采用湿接缝的方法连接能有效减小混凝土收缩徐变与基础沉降等对上部结构连接造成的不利影响。对于拼宽设计中存在的横向误差，可通过现浇段进行适当调整。湿接缝的宽度一般按照45cm严格控制。该方法的优点为：具有良好的整体性，能使新旧两个结构实现共同受力；连接部位有很大的刚度，由于在板端上设置横梁，所以能有效抵抗因混凝土收缩徐变或基础沉降等原因而产生的附加内力；完成拼宽后桥面保持美观，可提高行车舒适性；桥面的现浇层会参与受力，一同抵抗连接部位的变形与附加内力；无需拆除原桥下部结构；后续养护成本相对较低。缺点为：对连接时间和沉降控制有很高的要求，且工艺相对复杂，需进行植筋。

（二）铰缝连接

铰缝连接法是先将原桥两侧腹板的混凝土凿除，然后更换外侧边板的直接预制中板以代替原桥边板，在拼宽桥梁空心板架设过程中，需要和原桥之间保持5cm的距离，以便和拼宽桥的中板形成一道铰缝，采用现浇混凝土的方式使原桥与拼宽桥之间形成一个整体。在拼宽桥架设完成4个月后，采用湿接缝的方法连接能有效减小混凝土收缩徐变与基础沉降等对上部结构连接造成的不利影响。对于拼宽设计中存在的横向误差，可通过现浇段进行适当调整。该方法的优点为：具有良好的整体性，能使新旧两个结构实现共同受力；桥面的铺装层参与结构受力，一同抵抗连接部位的变形和附加内力；完成拼宽后桥面保持美观，可提高行车舒适性。缺点为：对连接时间和沉降控制都有很高的要求；铰缝宽度往往很小，对变形基本没有容许能力，一旦产生不均匀沉降，将很有可能产生裂缝；基础一旦产生不均匀沉降，将对原桥造成很大的影响；需要适当拆除原桥下部结构，施工操作难度相对较大；工艺较复杂。

（三）横隔板连接

横隔板连接法是在原桥和拼宽桥之间设置横隔板以形成一个整体。对于横隔板的具体设置位置，一般为空心板两端向内2m，跨中则按照4m的间隔距离设置。在拼宽桥架设完成4个月后，采用湿接缝的方法连接能有效减小混凝土收缩徐变与基础沉降等对上部结构连接造成的不利影响。对于拼宽设计中存在的横向误差，可通过现浇段进行适当调整。该方法的优点为：具有良好的整体性，能使新旧两个结构实现共同受力；横隔板的设置可以有效抵抗因混凝土收缩徐变或基层差异沉降而导致的变形与附加内力；无需拆除原桥的下部结构。缺点为：完全拼接后，如果产生差异沉降，将使原桥和拼宽桥都受到很大影响，在横隔板处产生内力集中，导致开裂。综合考虑各方法的优缺点后，该工程决定采用湿接缝连接法进行上部结构连接。

三、结语

综上所述，伴随国民经济与公路工程建设的快速发展，既有桥梁拼宽与改造项目越来越多。本文结合实例对既有桥梁拼宽设计进行了深入分析，提出不同的整体拼宽和上部结构拼宽方案，并通过对比分析，选出适宜的方案，可为类似工程的既有桥梁拼宽设计提供参考。在实际改造中收集资料对现状桥梁进行充分地分析，保证安全的同时满足改建要求的情况下，尽量利用老桥，节约资源，明确桥位处地上地下管线、构筑物位置、安全记录及保护要求，桥梁结构尽量避让重要管线及构筑物，在安全距离外实施。施工期间做好施工交通组织翻交工作，保证现状交通安全有序进行。设计期间做好各专业提资、复核、交接工作。桥梁的设计方案应该与实际情况相结合，设计出最符合实际，最能保障工程质量的工程施工方案。