高速公路桥梁拓宽技术研究

高速公路桥梁拓宽技术研究
摘要：目前我国高速公路桥梁在拓宽方案、横向拼接结构设计、结构变形和沉降控制方法等领域还有待进一步深入研究。

在具体扩建工程中，应根据扩建总体技术要求、已有桥梁的技术状况、施工可行性及综合比较各种连接方式的优缺点来决定桥梁拓宽总体方案。

关键词：高速公路桥梁拓宽
前言
与一般公路桥梁拓宽相比, 已建高速公路全线桥梁拓宽工程技术要求更高, 表现在高速公路一般采用预应力混凝土梁式桥, 其中斜桥占有较多数量, 预应力混凝土连续箱梁也为数不少。

预应力混凝土梁桥采用直接拼接方法拓宽, 其主要技术问题在于拓宽设计方案与拼接构造是相互关联的, 拓宽后新旧桥梁的结构受力性能的影响, 特别是新旧桥梁基础之间沉降差的影响。

一、桥梁加宽拼接方式的类型及其特点
高速公路桥梁新旧两者结构之间的拼接方式，这是高速公路桥梁加宽技术的重点，目前国际上通行的加宽拼接方式有三种。

1、上、下部结构均不连接
上、下部桥梁结构均不连接的形式。

此方法的新老桥梁结构可以互不影响，受力情况明确，施工方便、简单。

但新老桥梁整体性较差，在活载作用下，拼接缝隙有变大的趋势，纵向拼接缝之间存在不平整，拼接缝容易破损，对高速行车存在隐患。

在中、低等级公路中有采用。

2、上、下部结构均连接在一起
本方法可以暂时解决行车平顺过渡的问题，但因在施工阶段旧桥仍维持交通，行车使桥梁反复上下振动，与旧桥连成整体的钢筋容易对连接部位混凝土质量造成影响。

在使用阶段，车辆在新旧桥上行驶的频率不一致而造成振动差异，以及因新、旧桥混凝土的龄期不同而存在沉降差等原因，使新、旧桥连接部位在复合荷载的作用下，很容易造成混凝土出现纵向不规则裂缝，进而降低结构的耐久性，影响桥梁的寿命。

这种连接方式还有一个问题，即在不封闭交通情况下如何保证混凝土的浇注质量，是普遍关注的焦点。

上、下部结构均连接在一起的优点：新桥与旧桥上、下部结构均连成整体，减少了基础不均匀沉降、活载等荷载作用下新旧桥连接处的不均匀变形。

缺点是：新旧桥下部结构连接刚度大，在混凝土收缩徐变、基础不均匀沉降等荷载作用下，
连接部位易产生裂缝，影响结构的耐久性。

这种连接方式可在地质条件好的地区采用。

若加宽桥梁基础持力层位于坚硬基岩上，基础沉降值较小，新旧桥梁之间不会产生过大沉降差，该方案的不利影响不显著，可较好的发挥其优势。

若基础持力层位于软土地基上，加宽桥梁基础沉降明显大于旧桥，沉降持续时间较长，使用期间沉降不易稳定，则不宜采用该方案。

沈大高速公路即采用这种加宽方式。

3、上部结构连接、下部结构不连接
上部结构连接、下部结构不连接主要的方式有：新旧桥主梁柔性连接、新旧桥主梁半刚性连接、新旧桥主梁刚性连接、不同上部结构形式的拼接。

上部结构连接、下部结构不连接的优点：新桥与旧桥上部结构连接，利于上部结构整体受力，行车安全舒适；下部结构分离，可减小混凝土收缩、徐变、基础不均匀沉降等引起的附加应力对下部结构的影响。

这种加宽方式的关键是确定上部结构合理的连接方式，同时采取措施控制基础沉降。

合理的连接方式，指上部结构的连接采用铰接还是刚接，若采用刚接，需选取合适的连接刚度。

这种连接方式已在沪宁高速公路江苏段、连霍高速公路郑州段、京港澳高速公路安阳至新乡段等多个改扩建工程中采用，根据通车后几年的观察，采用该法施工的桥面使用情况较好，未出现纵向裂缝。

二、不均匀沉降对桥梁加宽带来的影响
因为旧桥已经建设完成并投入使用很多年，已基本完成了基础沉降，而加宽部分桥梁将会随着时间的发展，逐渐出现沉降现象，这将对新老桥梁相连部分的结构受力带来极大的影响，在加宽拼接的位置将会发生开裂现象，进而影响桥梁的上部构造。

对新老桥梁的不均匀沉降进行分析，对桥梁的加宽有着极为深远的意义。

采取预制箱梁空间应力加以研究可以发现，原桥在加宽之后，桥梁连接位置的结构受力将会受到加宽桥梁沉降的影响，其特点具体表现为：
1、加宽部分的桥梁持续发生沉降，将会在一定程度上增加各个跨跨中新老连接处的横向应力。

2、在与支座相靠近的位置，因为加宽桥梁沉降的影响，进而导致新老连接部位的横向应力出现改变，最初板顶面的受压部分与受拉部分发生了互换，而受拉部位变成受压部分。

3、支座部位的沉降受到了极大的影响，同时其所受到的影响与各个截面的竖向挠度有一定的关联。

通常情况下，竖向挠度越大，那么新老连接部位的横向应力就越小，否则，竖向挠度越小，那么其横向应力所受到的影响就越小。

4、在建模过程中，在各个设置横隔板的位置和桥台所在位置，均存在应力集中的情况，在对新老桥梁相接部位横向应力受沉降影响的情况进行分析时，在这些较为特殊的位置应当进行特殊的考量。

总之，新老桥梁相接部分的结构受力受沉降的一定影响，使得受力状态出现
了极大的变化。

因此，应该采取有效对策，最大限度的降低沉降差。

三、高速公路的桥梁加宽技术
高等级公路的桥梁加宽方法主要有:第一，增设桥梁边部的加宽构件，其中应对桥梁的桥墩进行加宽。

其次，利用搭接板进行加宽，至于桥梁的桥墩可不用加宽。

第三，通过增设桥梁边部的加宽构件以及采用搭接板的加宽方法相结合，共同对桥梁进行加宽。

1、增设边部加宽构件的方法
增设桥梁边部的加宽构件，其有效的结构方案为:利用加宽构件对装配式上的上部结构进行加宽，并对旧桥进行加以巩固。

通过这种加宽途径，要求在施工期间应对便道进行修建并组织车辆通行。

若旧桥的顶面铺装层未出现严重的损坏，可利用现浇混凝土的方式对旧桥的铺装层进行铺装，从而实现新、旧构件的连接吻合，以及达到加固旧桥的目的。

另外，对于小跨度的整体式板梁结构亦可采用这种加宽途径，至于整体式的简支肋梁结构则适合采用搭接板加宽的途径。

2、利用搭接板进行加宽
通过采用搭接板的加宽方法对桥梁进行加宽，在加宽桥梁的上部结构时，可采用装配式肋梁或者装配式板梁从桥梁的横向部分进行加宽。

但应注意的是悬臂梁伸出的长度不应该过大，避免旧桥的边部纵向承重构件在与搭接板块件一同工作时，出现超载的现象。

此外，应采用一种特别的空间计算手段，充分考虑新、旧桥的结构横纵梁连接方式、旧桥的时间变化、仁部结构静力图式的变化及现有的结构状态等。

根据相关经验表明，在利用装配式的搭接板对桥梁的上部结构进行加宽时，其消耗的材料较多，用量过大。

其原因在于所用的钢筋混凝土中，有60%的混凝土是用于加宽桥跨上，然而桥梁的承载力却增加到40%～50%，这些问题使这种结构在进行加宽后，其承载力仍未有所提高。

3、增设边部的加宽构件与搭接板相结合
增设边部的加宽构件与搭接板相结合就是在增设桥梁的边部加宽构件的基础上结合搭接板，两者共同对高等级公路的桥梁进行加宽。

采用现浇板的方法进行连接新桥的加宽构件以及旧桥结构，并对其的上部增加铺装搭接板块件，此加宽途径不仅避免了材料消耗过大的问题，又能使桥梁经改造后的牢固性增强。

此外，对整体式及装配式的上部结构进行加宽，也应采用这种现浇搭接板的加宽方法，以保证桥梁改造后的工作耐久性与可靠性。

因此，利用增设边部的加宽构件与搭接板相结合是桥梁加宽的最佳手段。

四、桥梁加宽拼接施工技术控制要素
1、结构形式。

对桥梁预应力钢筋混凝土空心板应采用凿除或切割旧桥板边缘方法，凿除一部分进行钢筋混凝土灌注，新桥内部边板边缘处的预设钢板和旧
桥边缘中植筋进行焊接，并通过灌注形成一个整体。

对桥梁箱梁将采用局部切除的方式，边缘切割面大约在二分之一高度进行钢筋植入以及灌注钢筋混凝土并形成铰接。

2、拼接施工技术控制要素。

在高速公路桥梁施工过程中控制差异性较大的沉降，不仅要就控制桩基沉淀的厚度、更要对上部结构拼接进行严格控制。

在桥梁工程施工过程沉降观测具有重要的作用。

新建桥梁竣工后以及桥面灌注完成后，新、旧桥在加宽拼接前测量新建桥梁沉降情况，当沉降差超过5mm时分析产生原因。

拼接施工工程完工后，等接缝刚度达到两次观测桥梁沉降状况，检查并观测新建桥梁沉降是否有异常。

结束语
总之，高速公路桥梁拓宽一定要先进性合理的考察和分析，针对高速公路桥梁加宽的特点和需要制定施工的方案，确保施工的过程中能够有章可循，同时，做好质量控制措施，提高施工质量。

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