高速公路桥梁拼接加宽设计探讨

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摘要：高速公路的建设情况可以反映一个国家和地区的交通发达程度、乃至经济发展的整体水平。不少先期建成的路段由于设计标准、车道宽度等原因，已经无法适应目前大交通量的需求，面临着改建、扩建、提升路面等级等问题。本文阐述了高速公路桥梁加宽改造技术方案，为桥梁加宽设计提供参考，具有一定的现实意义。

关键词：高速公路、桥梁、加宽

中图分类号： U412.36+6 文献标识码： A 文章编号：

一、前言

随着我国经济建设和公路桥梁事业的发展，桥梁加宽拼接工程将越来越多地呈现在我们面前。目前公路桥梁加宽改造已在进行当中，桥梁加宽拼接技术在研究深度上与生产实际尚存在一定差距。因此，建议必须对桥梁的加宽拼接技术做进一步的相关研究，得出科学的结论，使之能够运用到实际工程中去。桥梁加宽就是在原桥梁的一侧（或两侧）新建桥梁或将原桥面一侧（或两侧）进行加宽，使行车道得到拓宽，从而满通需求。桥梁加宽过程中会出现一系列的问题，主要问题是如何选择合理的加宽方案以及新旧桥连接接缝构造，并通过仔细的计算分析和相应的工程措施保证新旧桥拼宽连接成功，并保证其长期正常地使用。

二、桥梁加宽的原则

公路桥梁加宽主要遵循以下原则：第一，要能最大限度的利用原有结构，这是一个基本原则；第二，为保证新、旧桥之间受力和温度变形相协调，尽量使加宽后桥的上下部结构形式与原桥保持一致；第三，桥梁的基础或地基必须做特殊处理之后才能采用扩大基础的桥梁，当然，也可以把基础做成桩基础；第四，采用分离式新建桥，不做横向拼接。

三、前期准备工作

旧桥加宽的前期准备主要的工作在于旧桥本身的测量和检测，其它还有地形测量、地质钻探、水文调查等项目，主要的工作包括以下几个方面：

1、测量桥面的各控制点坐标和标高，在桥梁墩台处沿着伸缩缝的位置按2m一个点进行测量，沿着内外侧护栏座边缘按5m一个点进行测量，为新旧桥面和伸缩缝的相接提供准确的信息。

2、测出墩台各边缘点的标高和坐标和旧桥上下部的结构尺寸，旧桥一般构造的平面位置和标高要能在图中能准确地反映出来。

3、为了能够了解现场调查不到的旧桥的设计标准、配筋模式等，需要收集旧桥的施工图设计或者旧桥的竣工文件，为评价构造物在新的荷载体系下的承载能力提供依据。

4、调查桥头通讯管线和电缆，对其埋置的具体情况了解清楚。

5、检测并评价旧桥的受力性能。

四、新旧桥梁加宽连接方式

加宽桥梁结构形式选择的关键是新旧桥梁上、下部结构的连接，连接形式直接关系到桥梁结构的安全性和可靠性，并影响施工的难度和后期的维护费用。目前工程实践中，主要有三种连接形式。

1、上下均不连接

加宽部分与原桥的上、下部构造不连接，新老结构之间留工作缝。优点：加宽的新桥与旧桥互不影响，独自受力，可以简化施工程序，减小连接的施工难度，施工期间基本上不影响原路的正常使用。缺点：在汽车活荷载作用下，两桥主梁产生不均衡挠度，再加上新旧桥基础之间的不均匀沉降，将会造成连接部位沥青铺装层的破坏，容易形成纵向裂缝和横桥向错台。

2、上下均连接

上部构造先凿去部分现浇桥面，在新老桥接缝处设置加强钢筋，再和新桥的桥面现浇层一起浇筑；老桥下部构造的桥墩、桥台盖梁及系梁通过植筋技术将钢筋和加宽部分新桥相应部位钢筋连接，然后浇筑混凝土，相互连为一体。优点：加宽桥与原桥形成完整的一体，减少各种荷载作用下新老桥连接处的不均衡变形。新桥基础沉降大于旧桥基础沉降，由此产生的附加内力较大，将会使下部构造帽梁、系梁、桥台连接处产生裂缝；上部构造连接处也可能产生裂缝，导致使用功能下降，维修困难，影响外观

3、上部构造连接，下部构造不连接

将桥梁外侧护栏拆除，凿除边缘1m左右范围内的桥面现浇板，在新老桥接缝处设置加强钢筋，再和新桥的桥面现浇层一起浇筑，而下部结构不连接。

优点：有利于上部结构受力，下部结构不连接，下部各自受力，内力互不影响，并且便于施工，降低了造价，又保证了新老桥之间连为整体，能较好地控制桥面纵向裂缝的产生。

缺点：新旧桥基础不均匀沉降导致上部结构连接处易出现裂缝，影响原路交通，并且在新旧桥上部结构连接时，是通过现浇一定宽度的混凝土接缝来实现的，因此能否保证现浇混凝土接缝在养护及随后的使用过程中不出现过大的变形和开裂是施工的关键。

第三种连接方式相对第一种和第二种来说运用较为广泛，其下部结构相互独立，而上部结构的主梁通过各种方式进行比较强的连接，使其既能适应比较大的新旧桥不均匀沉降，又具有比较好的耐久能力。但是，在加宽桥梁时尽可能采用桩基，并通过加强地基处理、增加桩长等措施尽可能减小基础沉降，而针对上部结构自身产生的附加内力，可通过连接部位增大配筋，改善构造来解决。

五、几种常见结构型式桥梁加宽拼接施工实施方案

1、空心板桥加宽拼接实施方案。

加宽断面：加宽空心板桥按原结构型式拼接。空心板板高、预制板宽及悬臂等几何尺寸均采用原旧桥几何尺寸。拼接方案：原桥与加宽部分之间由现浇混凝土湿接缝将其连接形成整体，在空心板两端各设一道50cm的横粱，用以加强其整体性。加宽的桥体架设一个月后，再进行湿接缝连接，从而减少收缩徐变及基础沉降的影响。

2、预制箱粱桥加宽拼接实施方案。

加宽断面：新加宽预制箱梁按原结构型式拼接。加宽部分箱梁几何尺寸采用旧桥箱梁几何尺寸。拼接方案：是将原桥外侧悬臂按规定切割掉，凿除混凝土表面，在指定地方植筋和涂刷界面胶，加宽部分预埋钢筋与植筋进行焊接，浇筑快硬型钢纤维混凝土形成湿接缝。

3、施工控制要素

施工过程中对差异沉降进行控制，除对桩基基底沉淀土厚度、上构延迟拼接严格控制外，施工过程中的沉降观测极其重要。新桥施工结束、整体化桥面混凝土浇筑完成后，新旧桥拼接前测定新桥沉降状况，当沉降差大于5mm时要分析其原因。拼接施工完成后，待湿接缝达到强度后需2次观测新桥的沉降，并检查拼接部位有无异常情况。为避免由于新旧桥差异沉降对加宽工程带来的不利影响，新桥架梁完成后，应使新桥有一定的自然沉降时间。通过合理施工组织，尽可能延长暂缓时间。

六、桥梁加宽工程中需注意的问题

通过对桥梁沉降实例的计算，发现在通常情况下基础发生均匀沉降时，沉降部位所产生的横向拉应力大小基本相同。当基础发生沉降时，对结构自身所带来的最大影响都是发生在加宽部分与旧桥连接的部位，在这种情况下旧桥以及加宽部分绞缝也会发生开裂，所以针对以上可能会出现的情况，提出以下三点需注意的问题：

1、桥梁在加宽设计、施工过程中，基础设计是否满足要求以及施工质量的好坏对日后加宽部分基础沉降量的大小有着最直接的影响，故在基础设计过程中，必须认真考证桥位所在处的地质的实际情况，选择合适的桩径、桩长。施工过程中严格控制施工质量；

2、加宽后的桥粱，加宽部分基础沉降所带来的影响不可避免，所以对于加宽部分和旧桥连接部分必须采取相应的措施，如在支座沉降处的新、旧桥连接板应植入大量的钢筋来抵抗支座沉降时产生的横向应力，在连接板的其他部位也应植入一定量的钢筋增加新、旧桥的整体性，将基础沉降所造成的影响降到最低。

3、 在桥梁加宽施工过程中，必须对原有梁板的绞缝进行重新浇筑，加宽部分梁板在施工过程中也应该保证绞缝的施工质量，从而使得荷载在桥梁横断面方向均匀传递，提高整个桥粱的整体性。

七、影响因素的分析

1、混凝土收缩徐变的影响

（1）收缩是指混凝土体内水泥凝胶体中游离水的蒸发，而使其本身体积缩小的一种物理化学现象，它不是依赖于荷载而与时间、气候等有关的一种变形。

（2）徐变是长期荷载作用下的变形。混凝土在一定的应力水平下，保持荷载不变，随时间的延续而出现变形。

2、基础沉降的影响

由于旧桥已建成多年，基础沉降已基本完成，而新桥的基础沉降尚未完全发生。随着时间的增长，新桥的基础沉降增加，从而造成了新旧桥基础不均匀沉降差，该沉降差会在拼接处产生附加内力，导致接缝处混凝土开裂、桥梁部分支座脱空，从而影响桥梁的正常使用。

八、桥梁加宽设计过程研究

1.前期准备工作

旧桥加宽的前期准备除了常规的地质、水文勘探等项目外，还应查看旧桥设计文件，了解其设计参数、结构尺寸、配筋模式及管线埋置情况等数据；通过检测评价其受力性能；测量桥面各控制点坐标及高程，为新旧桥梁的连接提供准确的信息。

2、工艺流程

钢筋探测仪进行表面钢筋探测——弹线定位——钻孔——洗孔——注胶——植筋——固化养护——检测实验

3、材料及技术要求

（1）植筋胶宜采用进入我国市场的国外产品，使用专门配置的改性环氧树脂胶粘剂，同时须进行安全性检验，性能复核A级胶的性能。

（2）植筋胶材料要满足轴向拉拔测试，还应具备相关认证：抗震性能报告、抗疲劳性能试验报告（200万次）、室温下的长期性能、高温下的长期性能、冻融测试报告、孔中湿度的影响等。植筋采用的钢筋均应采用Ⅱ级钢筋，并要求机械切断，端面不允许采用氧割。

（3）植筋之前要对老桥原有钢筋进行探测，尽量避免伤及钢筋。

4、上部梁板加宽

通过植筋、钢板焊接等方式将新桥与旧桥的上部结构连接到一起。

5、空心板拼接

对不能满足新规范要求的空心板应在运营中进行必要的加固。根据加宽设置原则要求，加宽部分新板高度应与旧板一致。新板与旧板采用植筋与粘贴钢板的方式将新旧板进行刚性连接。

6、T梁桥的加宽

预应力混凝土T梁或组合式T梁桥，新旧T梁之间拼接宜采用刚性连接，桥梁加宽设计应着重于新旧桥上部结构的横向联系。新旧桥梁之间通过现浇横隔板和桥面板实现结构性的连接，形成整体受力。新梁尽量选用刚度较大的梁，加强拼接缝的横向联系刚度，从而减小旧桥的活载横向分布系数。加宽后，新梁板承担了部分荷载，旧桥中梁、次边梁及边梁的横向分布系数明显减小，整体承载能力得到提高。

7、下部构造加宽

（1）轻型桥台拼宽

桥梁拼宽时同样应尽量采用相同跨径的轻型桥台，为了避免新旧桥台间不均匀沉降，减少扩大式基础应用。新旧桥台间应设置2cm沉降缝。

（2）基桩

旧桥加宽比较难解决的问题就是下部结构的不均匀沉降问题。施工时，在加宽桥梁的上部梁板安装后，新、旧板间暂不进行连接，应给予新建桥梁三个月以上的沉降期，并实施堆载预压，待完成大部分沉降后再进行上部结构的刚性连接。

九、结语

目前我国的高速公路桥梁在加宽方案、拼接技术等方面有了一定的研究成果，但仍需进一步研究。在具体的施工过程中，应结合实际情况和要求，制定出切实可行的施工方案，这样才能达到预期的效果。总之，在安全、经济、美观、适用的原则下，做好桥梁加宽改造工作，是摆在桥梁建设者面前的一个重要课题。

参考文献：

[1] 刘业雄：《浅谈高速公路桥梁拼接施工技术的应用》，《黑龙江科技信息》，2011年20期

[2] 王法雨：《高速公路桥梁加宽拼接技术》，《公路》，2011年07期

[3] 刘强：《山区高速公路桥梁设计研究》，《价值工程》，2010年22期

[4] 杨海峰：《安阳至新乡高速公路改扩建工程桥梁加宽方案比选》，《科协论坛(下半月)》，2011年04期

[5] 梁兴胜：《高速公路改扩建经验探讨》，《山西建筑》，2008年27期