公路桥梁加宽与拼接技术研究

蒋彦鹏

(中铁二十三局集团第一工程有限公司，山东 日照 276826)

1 概述

近年来，我国经济的发展带动了交通事业的蓬勃发展；同时，人员和物资的频繁流动也使得交通需求激增。完全靠新建公路去缓解交通拥挤代价过大，因此对早期公路进行加宽改造，提高其道路等级及通行能力，是一种切实可行的途径[1]。因此国内对早期公路及桥梁进行了大规模的拓宽改扩建工程[2]，如2010年竣工的郑州—洛阳高速公路、泉州—厦门高速公路、京港澳高速公路，2011年竣工的西安—宝鸡高速公路、柳州—南宁高速公路，2015年竣工的长春—四平高速公路等，这些高速公路改扩建均由建造初期的四车道改为八车道[3-4]。高速公路的改扩建涉及了道路、桥涵等构造物的改扩建，道路工程的改扩建一般在原有道路两边或一边进行加宽处理，而桥涵构造物的改扩建不仅要面临新旧桥梁的拼接问题还需要考虑原有桥涵的承载能力是否满足需求等技术难题，因此桥涵工程的改扩建较为复杂[5]。

合理的桥梁改造及加宽技术对于保证施工过程中现有桥梁的通畅，以及提高改造后的使用性能和耐久性具有重要意义。传统桥梁改造及加宽多以增加主梁的方式进行，增加的主梁一般与原桥具有相同的结构尺寸、截面形式以使新旧桥梁结构受力体系一致。但是一些情况下，如旧桥承载力不足以满足预制混凝土梁吊装、桥下不具备设置支架的条件等，采用上述增加主梁的方法则无法满足设计、施工和使用的要求。

为了克服传统加宽方式的困难和不足，可以采用钢-混组合梁 或者钢结构撑杆加宽的方法。这是由于钢结构具有截面尺寸较小、自重较轻、便于制造及运输等优势，可以保证加宽过程中现有桥梁的畅通，并具有优越的力学性能。基于此，本文首先总结桥梁加宽方法及新旧桥梁拼接技术，并通过预制T梁、预制空心板加宽拼接设计指出传统加宽方法与钢-混组合梁加宽方法的差异性。

2 传统桥梁加宽方法

桥梁加宽方式有单边拓宽与双边拓宽两种形式，单边拓宽通常指的是利用原桥的设计方向及长度，平行原桥一侧新建一座桥跨结构；双边拓宽则是在原有结构两侧增设相应的主梁。具体加宽方法具有多样性，传统加宽方法主要包含以下几种[6]。

2.1 单侧新建桥梁加宽法

当原桥交通不能中断，或者拆除重建经济性不理想，或者只能降低标准使用时，一般使用单边拓宽方法，即在旧桥合适的一侧新建桥梁达到桥梁拓宽的目的。这种方法最大的优点就是减小了新加宽桥梁部分对原桥的影响，新旧结构相互独立避免了横向联结施工的技术难题。这种方式实际就是新建一座桥梁，其成本较高，如早期的沈大、佛开及广佛高速均采用这种方法，如图1所示为原有空心板桥梁通过新建预制混凝土小箱梁进行加宽。

2.2 增加主梁法

当原有主梁承载力不能满足现阶段通行要求时，可以在原有主梁截面基础上新增主梁，值得注意的是，采用增加主梁法施工时需要适当加大桥梁的桩基础及承台(见图2)。这样可使原桥主梁的荷载横向分布系数变小，从而在拓宽桥梁的同时提高桥梁的承载力。

2.3 增设边梁法

桥梁加宽时需要拆除桥梁栏杆及人行道板，然后在一侧或两侧增设边梁。这种方法需要考虑原有桥梁下部基础承载力是否足够以及原有桥梁盖梁是否需要进行加宽处理，因此实际施工时具有一定的局限性，如图3所示为预制混凝土小箱梁桥采用增加边梁法加宽的示意图。

2.4 悬臂挑梁加宽法

悬臂挑梁加宽法适用于原有桥梁下部结构性能完好，设计承载力远大于上部结构压力，可以满足加宽后上部结构压力增大情况，可以先拆除桥梁两侧护栏，对桥梁上部结构进行合理加固，提高桥梁上部结构承载力，之后对桥面铺装层进行破碎处理，利用三滚轴铺装机重新浇筑桥面铺装混凝土，然后在桥梁两侧增设悬臂，用作行车道板或者人行道板(见图4)。最后重新在行车道板两侧安装护栏，从而达到加宽桥梁的目的。

3 采用钢结构或者组合梁进行桥梁加宽

3.1 利用钢-混组合梁进行加宽

如图5所示为组合梁加宽示意图。与传统的桥梁加宽方式相比，采用钢-混凝土组合梁加宽桥梁，使新旧结构协同工作，具有如下的特点[7]：1)组合梁吊装质量轻、施工方便，对现有交通影响小；2)因后期沉降量较小，组合梁施工完成后可以有效的保证新旧桥梁间不会产生过大的沉降，有效防止结合部位的开裂；3)组合梁可利用其特性有较大的荷载分布系数，可以承受更大的车辆与行人产生的荷载，对原桥具有较好的卸载作用；4)利用组合梁进行桥梁加宽可以使新旧桥梁共同受力，如图6所示的加宽构造可以较少的损伤旧桥结构，全桥也具有较高的强度和刚度。

3.2 利用钢梁间插桥墩进行加宽

考虑到单侧新建桥梁加宽法对原有地面空间的占用较多，设计阶段可行性研究将产生较大的成本，即可考虑在旧桥桥梁左右幅中间新建基础及承台墩身等下部结构，采用钢主梁结构两侧连接，钢主梁可通过大横梁搭接在旧桥两侧，此方法既实现了对原桥的加宽又兼顾了尽量小的干扰原有地面空间的优点(见图7)。

3.3 利用钢结构撑杆进行加宽

当预应力混凝土箱梁桥以及T 梁桥需要加宽桥梁时，可以采用撑杆加宽的方式进行。此方法具有高度灵活性、较新建桥梁投资少的优点。如图8所示为两车道预应力混凝土箱梁桥通过撑杆进行加宽至三车道桥梁，撑杆采用直径30 mm的钢管；如图9所示为两车道T梁桥通过直径15 mm的钢管加宽至三车道。

4 新旧桥梁拼接技术

加宽桥梁的新旧结构之间面临着连接的问题，目前国内外拼接方法主要包含如下三种[8]：

1)上部结构与下部结构均不连接。

第一种拓宽方法的结构分离，施工完成后在新旧桥梁之间将存在保留一条工作缝，上部结构测量定位安装后可通过桥面连续实现横向的搭接，主要适用于旧桥下部结构完好且下部结构承载力较高，可支撑横向加宽后上部结构静载及动载要求的桥梁。由于新建加宽桥梁为独立受力体系，仅通过桥面板的传递与旧桥相连，施工难度大大缩短，对旧桥采取的处理措施较少，时间与经济成本较低。

2)上部结构与下部结构均连接。

第二种拓宽方法新旧桥梁联系紧密，施工时需要预先对梁侧搭接部分进行连接前处理，然后采用钻眼植筋的方式完成骨架连接，最后采用类似湿接缝施工处理的方式将桥梁连接，同时将原桥下部结构也通过浇筑混凝土成为一体，完成新旧桥梁的拼接工作。第二种拓宽方法联系紧密造成新旧桥梁位移约束大，当新桥发生沉降位移时，旧桥因结构长期稳定，不会产生同步位移，故新旧桥梁之间将存在不均匀沉降，导致应力集中在连接处造成混凝土开裂，施工是一大技术难题。

3)上部结构连接，下部结构不连接。

第三种拓宽方式既有第一种连接方式的优点，分离下部结构，使下部结构之间影响减弱，以克服地基的不均匀沉降，又兼顾第二种连接方式对上部结构的连接加强，桥面的整体性比第一种方式有较大改善，使结构共同参与受力。这种连接方式因既有增强桥面连接的优点，又兼顾了结构整体受力，应用比较广泛，国内多条高速线上桥梁采用此拓宽方式。

5 预制T梁桥加宽拼接设计

以50 m预制T梁桥拼接设计为例进行对比分析，桥梁加宽方式以及拼接方式如表1所示[9-10]，实际施工时主要采用方案4、方案8，其中方案4为增设边梁法进行加宽，方案8是利用钢-混组合梁进行加宽。这两种方案加宽的主要实施步骤为：1)拆除旧桥护栏；2)凿除原边梁翼缘一定长度的混凝土，使其露出钢筋；3)边梁翼缘板侧面植入受力钢筋；4)预制新建桥梁内边梁时于外侧相应位置时预埋横隔板钢筋；5)吊装新梁；6)采用绑扎连接或焊接新旧梁板预埋钢筋；7)制作横隔板钢筋骨架；8)浇筑混凝土，利用连接横隔板使新旧桥梁连接成整体。

表1 方案比选

采用方案4进行桥梁加宽，新旧桥梁抗沉降能力较大，新旧桥梁连接牢固，不易出现裂缝；但是此种方法植筋连接工程量大，施工工艺操作难度较大，施工危险性高，且不宜多点操作，导致施工周期较长。当采用方案8进行桥梁加宽，因植筋连接工程量较小，占用工期时间较短，且组合梁刚度较大，有利于提高原桥的承载等级。方案1～方案6加宽示意图及连接构造示意图见图10～图15。

6 结语

随着我国经济的发展，道路交通的运输量也随之增大，其对我国道路运输要求也有所提高。面对此情况，许多早期建造的桥梁需要进行加宽处理。传统桥梁加宽方式除了平行于原桥另外建造一座新的桥跨结构还可以在原有结构的一侧或者两侧增设相应的主梁，而这些加宽方式对下部结构以及基础工程的要求不尽相同。当下部结构或者基础工程不能满足新增的桥跨结构时可以考虑采用钢结构或者钢-混组合结构进行桥梁加宽。本文在现有桥梁加宽方式与新旧桥梁拼接技术的基础上，通过方案比选的方式指出预制T梁采用钢-混组合梁加宽方式与传统加宽方式的差异，希望对桥梁加宽设计提供一定的参考。