申啟坤，鄒同琛

(1.中建五局第三建設(shè)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410116； 2.長(zhǎng)沙市規(guī)劃設(shè)計(jì)院，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

1 概述

改革開放以來(lái)，我國(guó)高速公路建設(shè)取得了飛速的發(fā)展，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展起到了重要的基礎(chǔ)保障性作用。然而隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，部分早期建設(shè)的高速公路，特別是部分四車道高速公路，呈現(xiàn)出交通量飽和、運(yùn)輸能力十分緊張的狀況，道路通行能力和服務(wù)水平降低、安全事故逐漸增多，已不能很好地適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和城鄉(xiāng)建設(shè)的需求，高速公路改擴(kuò)建已成為我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的一項(xiàng)重要而緊迫的任務(wù)[1]。

橋梁作為公路工程的重要組成部分，具有單價(jià)高、難度大、部分地區(qū)占比高的特點(diǎn)，成為高速公路改擴(kuò)建工程的重難點(diǎn)。

2 改擴(kuò)建橋梁特點(diǎn)

1)新、老橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不一致。

根據(jù)《高速公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)細(xì)則》[2]規(guī)定，拼寬擴(kuò)建后，舊橋承載能力需滿足現(xiàn)行荷載要求。拓寬工程橋梁設(shè)計(jì)遵循“老橋老標(biāo)準(zhǔn),新橋新標(biāo)準(zhǔn)”，即原橋梁荷載等級(jí)按老標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行(89通用規(guī)范)，為汽-超20、掛-120；拓寬新建部分設(shè)計(jì)荷載等級(jí)采用新標(biāo)準(zhǔn)公路-Ⅰ級(jí)。

橋梁拼接設(shè)計(jì)中，對(duì)原橋梁、拼接部位、拼接后橋梁整體進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和驗(yàn)算；對(duì)原橋梁進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用老標(biāo)準(zhǔn)；但承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算采用現(xiàn)行荷載標(biāo)準(zhǔn)，不滿足的應(yīng)進(jìn)行加固處理。

2)新、老橋使用壽命不一致。

隨著行業(yè)規(guī)范的不斷更新，特別是新耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范[3]的執(zhí)行，進(jìn)一步明確了設(shè)計(jì)使用年限，環(huán)境類別，材料耐久性指標(biāo)和構(gòu)造措施(混凝土保護(hù)層厚度)以及防腐蝕附加措施，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性提出了更高的要求；另一方面，新老橋使用壽命不一致，老橋在服役一段時(shí)間后，需要重新對(duì)耐久性進(jìn)行評(píng)估或者經(jīng)濟(jì)性分析，明確是直接利用、加固還是拆除重建。

3)新、老橋存在收縮、徐變差。

收縮、徐變是混凝土結(jié)構(gòu)的固有性質(zhì)，特別對(duì)于超靜定結(jié)構(gòu)以及剛度較大的結(jié)構(gòu)，收縮徐變的不利效應(yīng)較大，原理及計(jì)算可以參考相應(yīng)規(guī)范[4]和書籍[5]，設(shè)計(jì)過(guò)程中必須加以重視。服役多年的舊橋收縮徐變已經(jīng)基本完成，但拼寬橋收縮徐變才剛剛開始，兩者橫向連接成為一個(gè)整體后在收縮徐變過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力，影響新、老橋各自的應(yīng)力狀態(tài)。

4)新、老橋存在沉降差。

基礎(chǔ)變位是永久作用，承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)均需要考慮，特別是多跨一聯(lián)及剛度較大的超靜定結(jié)構(gòu)影響尤其大，新老橋橫向連接后不僅存在縱向沉降差，還存在橫向沉降差[6]。

3 連接方案

目前橋梁拼接處理的方案[7]有以下三種。

3.1 上下均不連(分離式加寬)

優(yōu)點(diǎn)：新老橋受力明確，施工難度較小，有利于交通組織，造價(jià)低。

缺點(diǎn)：橋梁整體性差，新老橋易錯(cuò)臺(tái)，影響行車舒適及美觀，增加養(yǎng)護(hù)維修工作。

這種連接方案在新老橋間預(yù)留工作縫，瀝青層連續(xù)攤鋪，或者新、舊結(jié)構(gòu)間留一條縱縫，采用鋼板包邊或者設(shè)置縱向伸縮縫，早期的改擴(kuò)建項(xiàng)目中應(yīng)用，但國(guó)內(nèi)小跨徑橋梁采用柔性橋面，縱縫兩側(cè)橋面存在較大的位移差，病害較多。

3.2 上下均連

優(yōu)點(diǎn)：整體受力，減少過(guò)大變形，行車舒適性大大提高。

缺點(diǎn)：附加內(nèi)力較大，易產(chǎn)生裂縫，造成功能下降，維修困難。

為了減小新老橋之間的附加內(nèi)力，這種連接方案適用于地質(zhì)條件較好的路段，減小兩者之間的不均勻沉降。

3.3 上連下不連

優(yōu)點(diǎn)：滿足結(jié)構(gòu)性能，同時(shí)又便于施工，通過(guò)采用減小新建橋梁的樁基沉降措施來(lái)減小沉降差。這種連接方式已在滬寧高速、杭甬高速、海南東線高速、南京浦珠路等多個(gè)擴(kuò)建工程中采用[8]，根據(jù)通車后幾年的觀察，使用情況較好，目前大部分改擴(kuò)建項(xiàng)目均采用上連下不連。

4 結(jié)構(gòu)形式

新舊橋梁上下部結(jié)構(gòu)形式應(yīng)以減小沉降差和有利于拼接為原則，保證新、舊橋梁之間受力和溫度變形協(xié)調(diào)。

上部結(jié)構(gòu)形式應(yīng)盡量保證新老橋一致，有條件時(shí)讓新橋的結(jié)構(gòu)剛度稍大于老橋，新橋在荷載作用下變形小于老橋，可以有效改善老橋結(jié)構(gòu)受力，反之將給老橋增加附加荷載(對(duì)于公路常用的預(yù)制結(jié)構(gòu)，包括空心板、T梁和小箱梁，規(guī)范更新后新橋的結(jié)構(gòu)剛度均大于老橋)。

下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)宜采用樁基礎(chǔ)，同時(shí)適當(dāng)增加樁長(zhǎng)，減小基礎(chǔ)沉降，宜采用嵌巖樁設(shè)計(jì)，當(dāng)需采用摩擦樁設(shè)計(jì)時(shí)，持力層宜為強(qiáng)風(fēng)化或全風(fēng)化巖，不宜設(shè)置在黏土層；一般要求擴(kuò)建橋樁基沉渣厚度不大于5 cm(嵌巖樁為3 cm，摩擦樁為5 cm)。

拼寬橋橋臺(tái)結(jié)構(gòu)形式選取應(yīng)從經(jīng)濟(jì)性和安全性考慮，宜減小土方開挖量，并結(jié)合原橋臺(tái)結(jié)構(gòu)形式確定，適用于改擴(kuò)建的橋臺(tái)結(jié)構(gòu)形式有柱式臺(tái)、薄壁臺(tái)和座板臺(tái)，填土高度不大于5 m時(shí)采用柱式臺(tái)和薄壁臺(tái)，填土高度5 m

5 工程案例

邵永高速蛇灣中橋拼寬橋位于邵陽(yáng)縣白倉(cāng)至新寧縣清江橋高速公路第1標(biāo)段蛇灣互通內(nèi)，老橋于2009年竣工，按老規(guī)范設(shè)計(jì)施工，橋跨布置為3×16 m，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板，橋臺(tái)處填土高度9.2 m，下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)采用肋板式橋臺(tái)、擴(kuò)大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層為弱風(fēng)化灰?guī)r，橋墩為柱式墩、樁基礎(chǔ)，橋面總寬26 m。橋位處地質(zhì)情況較為簡(jiǎn)單，覆蓋層較薄，持力層為弱風(fēng)化灰?guī)r，無(wú)溶洞，老橋橋型立面圖見圖1。

為滿足交通需求，采用左側(cè)拼寬4.25 m，拼寬后的橋面寬度為30.25 m?；诶谄唇雍蛣偠纫恢碌脑瓌t，擴(kuò)建橋上部結(jié)構(gòu)采用與老橋同等跨徑的空心板(空心板高85 cm，板寬1.25 m，設(shè)三塊板因?yàn)樾吕蠘蚝奢d標(biāo)準(zhǔn)不同，新橋空心板剛度較老橋大)。老橋橋臺(tái)填土高度較大(>5 m)，為減小拼寬橋臺(tái)開挖對(duì)老橋錐坡的影響、減小施工難度與工程造價(jià)，新橋橋臺(tái)采用座板臺(tái)；為減小新老橋之間的不均勻沉降，橋臺(tái)采用樁基礎(chǔ)，按嵌巖樁進(jìn)行設(shè)計(jì)(本項(xiàng)目基巖埋深較淺)；橋墩采用柱式墩、樁基礎(chǔ)，拼寬橋橋型圖見圖2，圖3。

本橋拼寬寬度窄，橋臺(tái)填土高。分析對(duì)比后，采用上部結(jié)構(gòu)連接，橋墩分離，橋臺(tái)連接的加寬方式，上部結(jié)構(gòu)常用的連接方式如表1所示。

表1 上部結(jié)構(gòu)拼接方式對(duì)比表

本項(xiàng)目采用翼緣連接，上部結(jié)構(gòu)鑿除部分整體化層、邊板懸臂后植筋，用C50補(bǔ)償鋼纖維混凝土將新老空心板整體化層及接縫一并澆筑，大樣圖見圖4。

橋墩獨(dú)立施工；橋臺(tái)鑿除原蓋梁耳墻，在臺(tái)帽及背墻側(cè)面植筋，與加寬部分臺(tái)帽一并濕接；臺(tái)后伸縮裝置鑿除原預(yù)留槽內(nèi)混凝土，焊接加寬型鋼裝置，整體更換橡膠條；臺(tái)后搭板植筋與原搭板連成整體。完成空心板的支座安裝、架設(shè)后，施工橋面現(xiàn)澆層，對(duì)外露鋼筋做好防腐處理，橋面現(xiàn)澆層澆筑后靜置6個(gè)月，以消除基礎(chǔ)沉降和減少混凝土收縮徐變的影響。

按原設(shè)計(jì)方案，接縫混凝土在達(dá)到強(qiáng)度之前采用半幅通車，但是邵永高速交通流量較大，半幅通車將會(huì)降低通行能力，加大堵車和引發(fā)交通事故的概率，業(yè)主要求保證雙向四車道通行。鑒于保通要求的情況下，參照滬杭甬拓寬工程的成功經(jīng)驗(yàn)，采用Ⅰ22的工字鋼夾具，新老梁板的拼接位置形成體外剛性連接，活載通過(guò)該剛性連接傳遞，使體內(nèi)的濕接縫混凝土在澆筑過(guò)程中變形連續(xù)，保證混凝土的施工質(zhì)量，具體做法見圖5，圖6。

6 結(jié)語(yǔ)

本文較為詳細(xì)的分析和總結(jié)了改擴(kuò)建項(xiàng)目橋梁拼寬的特點(diǎn)及難點(diǎn)，歸納了目前工程實(shí)踐中常用的橋梁上下部結(jié)構(gòu)拼接方案的優(yōu)缺點(diǎn)和結(jié)構(gòu)形式選取的原則，以白新高速××空心板橋拼寬為載體，詳細(xì)的介紹了拼寬橋梁設(shè)計(jì)思路及原則在工程實(shí)例中的應(yīng)用，并針對(duì)施工期間的保通提供一個(gè)解決方案,為類似工程提供了借鑒和參考。