箱梁拼宽技术分析报告(2014.12.15)

箱梁拼宽技术分析报告

公路、市政道路桥梁以混凝土梁式桥为主，拓宽普遍采用的做法是在旧桥的一侧或两侧建造新桥，然后将新旧桥在横向上连接，此法称为整体式断面拓宽法。采用此种拓宽方法的工程（不包括只在新旧桥桥面铺装层连续的情形）在设计思路上与新建工程不同，应意识到其特殊性，并采取恰当的技术措施。

设计的前期准备

桥梁拓宽是建立在旧桥基础之上的，一般而言，旧桥已建成通车多年。拓宽工程设计前，应对旧桥现状进行全面调查，包括桥梁检测、荷载试验和分析计算，对旧桥的承载能力与可靠度进行全面的评价。

确定旧桥存在安全隐患的，必须加固改造；工程质量不符合规定要求的，必须拆除重建。对桥梁拆除与否应慎重，对综合评定等级过低的桥梁应以检测为依据。对不得不拆的，应坚决拆除，避免安全隐患。

综上所述，对旧桥的检测评定是扩宽工程设计的第一步。

设计注意事项

新旧桥形成整体结构后，两桥的力学性能均与独立的桥梁不同，因此拓宽工程设计有其特殊之处，应注意以下四个方面。

1）应尽可能改善旧桥受力状态

以连续箱梁为例，新旧箱梁之间的荷载横向分布可通过合理设计新箱梁的截面形式来调整。温庆杰认为，当新旧箱梁之间的连接板与旧箱梁的刚度为定值时，新旧箱梁的刚度比值越大，分配到旧梁上的荷载就越小；新旧箱梁的刚度比值小于2时对两者之间的荷载横向分布影响较大，而刚度比值大于4后影响则较小。因此在旧箱梁截面尺寸为确定值的情况下，通过设计新箱梁合理的截面形式，可以减小旧箱梁承受车辆荷载的大小。

2）应保证上部结构拼接顺利施工

拼接施工受两桥上部结构平面位置与高程的影响，新桥主梁往往使用充足预应力，由于混凝土的徐变作用，拼接前会出现随着时间延长逐渐增大的上拱，如果上拱过大，势必导致其纵向线形和旧桥主梁无法匹配，影响拼装施工。

一般而言，徐变上拱度在预应力张拉后的2～3年内随着时间的进展而增长，在2～3

年后基本趋于稳定，初期增长很快，后期逐渐减慢。

新旧上部结构的拼接时机往往处于初期阶段，因此，为了防止上拱过大，新桥主梁设计时可采用调整预应力水平和钢筋布置的措施。实际施工中，一旦出现上拱过大，宜及早进行部分桥面铺装层的施工，或采取压重措施，压重对主梁最大上拱截面产生的弯矩可控制在设计上二期恒载产生的弯矩值附近。

3）拼接后两桥受力变形的相互影响

新旧桥拼接时，旧桥主梁混凝土收缩徐变和基础沉降已基本发生，而新桥的还在发展之中，这种随时间变化的差异会改变整体结构的力学行为，设计时需分析研究两桥共同受力的相互影响。

4）应重视拼接部位的受力分析

拼接部位是整体结构中最脆弱的部位，开裂后还会造成其上桥面铺装的反射裂缝，影响行车效果；同时，其作为新、旧桥梁之间的重要连接传力构件，为使其能够安全可靠地工作，需要对其进行承载能力极限状态和正常使用极限状态结构验算。

除新旧桥混凝土收缩徐变和基础沉降差异作用外，拼接部位还承受局部轮载作用。

相应设计措施

拓宽工程设计应注意的地方实质上也是工程中面临的技术难题。上文所述的4个方面之

间既有区别，又有联系，某些具有共性的难题可以采用一种措施，而对于同一个难题又可以采用多种措施。除去上文提到的合理设计新桥主梁截面形式外，还有以下5条措施供设计人员参考。

1）优化新梁预应力程度及钢筋布置

设计上可通过调整新梁预应力程度及钢筋布置的方法来控制新桥主梁徐变竖向变形方向的大小。随着设计计算水平的增强，不管是悬臂浇筑的连续箱梁还是预制的简支空心板梁，都能通过理论计算来调整成桥后的梁体线形。因此，在保证结构安全的基础上，如能反复调整新梁预应力程度及钢筋布置，可达到新桥线形满足拼接施工与改善整体结构受力的目的。

2）选用合适的混凝土材料

设计时对主梁和拼接部位采用低收缩徐变的混凝土可以减小新旧主梁收缩徐变差异带来的不利影响。石雪飞等人通过建立实桥有限元模型，对比分析得到：相同拼接时间下，采用低收缩徐变混凝土的新桥结构在恒载作用下关键部位的弯矩值比普通混凝土的小20%～40%。

3）合理设计桩基础

高速公路梁桥大量使用桩基础，合理设计桩基础能有效控制新旧桥基础沉降差异。刘丹对钻孔灌注桩基础沉降变形及控制进行过研究，提出了3条设计建议：

a）桩基础设计时应在保证桩基承载力的基础上，桩长与桩径之比宜选择为较低值，对于较长的桩，增加桩径比增加桩长对控制沉降更为有效；

b）在边界条件许可的情况下，群桩宜采用较大的桩间距；

c）采用变截面桩、扩底桩等异形桩可降低桩基沉降。

4）选择合适的拼接时机

延长拼接时间会减少新旧桥混凝土收缩徐变和基础沉降差异，但是对于使用充足预应力的新梁，如果过度地延长拼接时间，会造成新梁上拱过大，影响拼接施工；再者，延长拼接时间也会给高速公路交通组织造成困难，影响沿线经济发展。因此，只有通过准确计算，把各个因素的影响值量化出来，充分权衡，才能确定合理的拼接时机。中国高速公路新旧桥梁拼接时机选在新桥完成后的3～6个月，在工程允许的情况下，尽可能选择在6个月以后进行新旧桥梁的连接。

5）选择合适的拼接方式

新旧桥的拼接总体上可分为刚接、铰接和半刚性连接3种方式。从桥梁设计理论上讲，刚性连接是一种既能传递弯矩又能传递剪力的连接方式，又称为强连接；铰接连接是一种只传递剪力的连接，也成为弱连接；半刚性连接方式介于上述两种连接之间，不仅能传递剪力，还能够传递部分弯矩。

合适的拼接方式能够较好的解决收缩徐变、基础沉降差异引起的整体结构包括拼接部位本身的附加内力和变形问题，又能确保运营中拼接部位本身的附加内力和变形问题，又能确保运营中拼接部位上桥面铺装的平顺完整。对于具体桥梁，往往结合桥梁所处的地质条件、桥面铺装类型和计算确定。

桥梁拓宽的总体原则

1）新桥的结构形式、跨径布置、桥长原则上和旧桥相同，采用上部连接、下部不连接的连接方式；

2）在施工时应采取必要的技术措施（接缝材料和施工工艺）保证接缝的施工质量，比如采用低收缩低徐变混凝土材料等；

3）新建桥梁的基础设计与施工应尽量避免扰动旧桥基础，并采取必要措施减少新桥的沉降，控制新桥沉降是保证新旧桥梁纵向接缝受力良好的关键之一。

4）新旧桥纵向接缝必须保证新旧桥梁共同承担汽车荷载，变形协调，防止桥面产生纵