公路改扩建项目桥梁拼宽设计

申启坤，邹同琛

(1.中建五局第三建设有限公司，湖南 长沙 410116； 2.长沙市规划设计院，湖南 长沙 410007)

1 概述

改革开放以来，我国高速公路建设取得了飞速的发展，为国民经济快速发展起到了重要的基础保障性作用。然而随着我国经济社会的快速发展，部分早期建设的高速公路，特别是部分四车道高速公路，呈现出交通量饱和、运输能力十分紧张的状况，道路通行能力和服务水平降低、安全事故逐渐增多，已不能很好地适应经济社会发展和城乡建设的需求，高速公路改扩建已成为我国交通基础设施建设中的一项重要而紧迫的任务[1]。

桥梁作为公路工程的重要组成部分，具有单价高、难度大、部分地区占比高的特点，成为高速公路改扩建工程的重难点。

2 改扩建桥梁特点

1)新、老桥设计标准不一致。

根据《高速公路改扩建设计细则》[2]规定，拼宽扩建后，旧桥承载能力需满足现行荷载要求。拓宽工程桥梁设计遵循“老桥老标准,新桥新标准”，即原桥梁荷载等级按老标准执行(89通用规范)，为汽-超20、挂-120；拓宽新建部分设计荷载等级采用新标准公路-Ⅰ级。

桥梁拼接设计中，对原桥梁、拼接部位、拼接后桥梁整体进行结构分析和验算；对原桥梁进行评价，采用老标准；但承载能力极限状态的计算采用现行荷载标准，不满足的应进行加固处理。

2)新、老桥使用寿命不一致。

随着行业规范的不断更新，特别是新耐久性设计规范[3]的执行，进一步明确了设计使用年限，环境类别，材料耐久性指标和构造措施(混凝土保护层厚度)以及防腐蚀附加措施，对混凝土结构耐久性提出了更高的要求；另一方面，新老桥使用寿命不一致，老桥在服役一段时间后，需要重新对耐久性进行评估或者经济性分析，明确是直接利用、加固还是拆除重建。

3)新、老桥存在收缩、徐变差。

收缩、徐变是混凝土结构的固有性质，特别对于超静定结构以及刚度较大的结构，收缩徐变的不利效应较大，原理及计算可以参考相应规范[4]和书籍[5]，设计过程中必须加以重视。服役多年的旧桥收缩徐变已经基本完成，但拼宽桥收缩徐变才刚刚开始，两者横向连接成为一个整体后在收缩徐变过程中会产生内力，影响新、老桥各自的应力状态。

4)新、老桥存在沉降差。

基础变位是永久作用，承载能力极限状态及正常使用极限状态均需要考虑，特别是多跨一联及刚度较大的超静定结构影响尤其大，新老桥横向连接后不仅存在纵向沉降差，还存在横向沉降差[6]。

3 连接方案

目前桥梁拼接处理的方案[7]有以下三种。

3.1 上下均不连(分离式加宽)

优点：新老桥受力明确，施工难度较小，有利于交通组织，造价低。

缺点：桥梁整体性差，新老桥易错台，影响行车舒适及美观，增加养护维修工作。

这种连接方案在新老桥间预留工作缝，沥青层连续摊铺，或者新、旧结构间留一条纵缝，采用钢板包边或者设置纵向伸缩缝，早期的改扩建项目中应用，但国内小跨径桥梁采用柔性桥面，纵缝两侧桥面存在较大的位移差，病害较多。

3.2 上下均连

优点：整体受力，减少过大变形，行车舒适性大大提高。

缺点：附加内力较大，易产生裂缝，造成功能下降，维修困难。

为了减小新老桥之间的附加内力，这种连接方案适用于地质条件较好的路段，减小两者之间的不均匀沉降。

3.3 上连下不连

优点：满足结构性能，同时又便于施工，通过采用减小新建桥梁的桩基沉降措施来减小沉降差。这种连接方式已在沪宁高速、杭甬高速、海南东线高速、南京浦珠路等多个扩建工程中采用[8]，根据通车后几年的观察，使用情况较好，目前大部分改扩建项目均采用上连下不连。

4 结构形式

新旧桥梁上下部结构形式应以减小沉降差和有利于拼接为原则，保证新、旧桥梁之间受力和温度变形协调。

上部结构形式应尽量保证新老桥一致，有条件时让新桥的结构刚度稍大于老桥，新桥在荷载作用下变形小于老桥，可以有效改善老桥结构受力，反之将给老桥增加附加荷载(对于公路常用的预制结构，包括空心板、T梁和小箱梁，规范更新后新桥的结构刚度均大于老桥)。

下部结构基础宜采用桩基础，同时适当增加桩长，减小基础沉降，宜采用嵌岩桩设计，当需采用摩擦桩设计时，持力层宜为强风化或全风化岩，不宜设置在黏土层；一般要求扩建桥桩基沉渣厚度不大于5 cm(嵌岩桩为3 cm，摩擦桩为5 cm)。

拼宽桥桥台结构形式选取应从经济性和安全性考虑，宜减小土方开挖量，并结合原桥台结构形式确定，适用于改扩建的桥台结构形式有柱式台、薄壁台和座板台，填土高度不大于5 m时采用柱式台和薄壁台，填土高度5 m

5 工程案例

邵永高速蛇湾中桥拼宽桥位于邵阳县白仓至新宁县清江桥高速公路第1标段蛇湾互通内，老桥于2009年竣工，按老规范设计施工，桥跨布置为3×16 m，上部结构为预应力混凝土简支空心板，桥台处填土高度9.2 m，下部结构桥台采用肋板式桥台、扩大基础，基础持力层为弱风化灰岩，桥墩为柱式墩、桩基础，桥面总宽26 m。桥位处地质情况较为简单，覆盖层较薄，持力层为弱风化灰岩，无溶洞，老桥桥型立面图见图1。

为满足交通需求，采用左侧拼宽4.25 m，拼宽后的桥面宽度为30.25 m。基于利于拼接和刚度一致的原则，扩建桥上部结构采用与老桥同等跨径的空心板(空心板高85 cm，板宽1.25 m，设三块板因为新老桥荷载标准不同，新桥空心板刚度较老桥大)。老桥桥台填土高度较大(>5 m)，为减小拼宽桥台开挖对老桥锥坡的影响、减小施工难度与工程造价，新桥桥台采用座板台；为减小新老桥之间的不均匀沉降，桥台采用桩基础，按嵌岩桩进行设计(本项目基岩埋深较浅)；桥墩采用柱式墩、桩基础，拼宽桥桥型图见图2，图3。

本桥拼宽宽度窄，桥台填土高。分析对比后，采用上部结构连接，桥墩分离，桥台连接的加宽方式，上部结构常用的连接方式如表1所示。

表1 上部结构拼接方式对比表

本项目采用翼缘连接，上部结构凿除部分整体化层、边板悬臂后植筋，用C50补偿钢纤维混凝土将新老空心板整体化层及接缝一并浇筑，大样图见图4。

桥墩独立施工；桥台凿除原盖梁耳墙，在台帽及背墙侧面植筋，与加宽部分台帽一并湿接；台后伸缩装置凿除原预留槽内混凝土，焊接加宽型钢装置，整体更换橡胶条；台后搭板植筋与原搭板连成整体。完成空心板的支座安装、架设后，施工桥面现浇层，对外露钢筋做好防腐处理，桥面现浇层浇筑后静置6个月，以消除基础沉降和减少混凝土收缩徐变的影响。

按原设计方案，接缝混凝土在达到强度之前采用半幅通车，但是邵永高速交通流量较大，半幅通车将会降低通行能力，加大堵车和引发交通事故的概率，业主要求保证双向四车道通行。鉴于保通要求的情况下，参照沪杭甬拓宽工程的成功经验，采用Ⅰ22的工字钢夹具，新老梁板的拼接位置形成体外刚性连接，活载通过该刚性连接传递，使体内的湿接缝混凝土在浇筑过程中变形连续，保证混凝土的施工质量，具体做法见图5，图6。

6 结语

本文较为详细的分析和总结了改扩建项目桥梁拼宽的特点及难点，归纳了目前工程实践中常用的桥梁上下部结构拼接方案的优缺点和结构形式选取的原则，以白新高速××空心板桥拼宽为载体，详细的介绍了拼宽桥梁设计思路及原则在工程实例中的应用，并针对施工期间的保通提供一个解决方案,为类似工程提供了借鉴和参考。