熊鋒

（江西省贛南公路勘察設(shè)計(jì)院有限公司，江西 贛州 341000）

0 引言

在我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)迅猛發(fā)展的背景下，部分早期完成建設(shè)的高速公路已經(jīng)跟不上現(xiàn)階段的車輛通行以及運(yùn)輸能力需求，特別是在部分四車道高速公路中此現(xiàn)象尤為明顯。由于高速公路的通行能力和服務(wù)質(zhì)量逐漸跟不上市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，導(dǎo)致高速公路出現(xiàn)安全事故和矛盾的概率不斷提高，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展以及城鄉(xiāng)建設(shè)的需求造成了一定的影響，實(shí)施高速公路改擴(kuò)建工程已經(jīng)是交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中迫切需要解決的問題之一[1]。在公路工程項(xiàng)目中，橋梁是重要組成部分之一，因其施工難度大、建設(shè)成本高以及部分地區(qū)占比高的顯著特點(diǎn)，已經(jīng)成為高速公路改擴(kuò)建工程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)環(huán)節(jié)。

1 改擴(kuò)建橋梁特點(diǎn)

1.1 新、老橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不一致

在《高速公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T L11—2014)的相關(guān)要求下，舊橋梁進(jìn)行拼寬擴(kuò)建施工后承載能力須滿足現(xiàn)行的荷載需求條件。在舊橋的拓寬工程項(xiàng)目中，“老橋老標(biāo)準(zhǔn)，新橋新標(biāo)準(zhǔn)”是橋梁拓寬設(shè)計(jì)必須遵循的原則，其中原橋的荷載等級(jí)按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTJ 021—89）中既汽-超20、掛-120 的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；拓寬部分的荷載等級(jí)按公路-Ⅰ級(jí)的新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

在橋梁的拼接設(shè)計(jì)方案中，原橋梁以及拼接部位和完成拼接的橋梁整體需要完成結(jié)構(gòu)分析和驗(yàn)算流程，通過老標(biāo)準(zhǔn)完成原橋梁的相關(guān)評(píng)估工作；同時(shí)參照現(xiàn)行的荷載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算評(píng)估工作，對(duì)于不符合荷載標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)節(jié)需要及時(shí)加固處理[2]。

1.2 新、老橋使用壽命不一致

在舊橋改擴(kuò)建行業(yè)不斷發(fā)展與完善過程中，新的耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范得到了大力推廣與普及，使橋梁的設(shè)計(jì)使用年限和材料耐久性指標(biāo)，以及環(huán)境類別和防腐蝕附加措施等規(guī)范得到了不斷完善與優(yōu)化，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性也面臨著更大的挑戰(zhàn)。此外，由于新舊橋在使用壽命上不一致，在老橋經(jīng)過一段時(shí)間的服役后，在耐久性和經(jīng)濟(jì)性方面需重新進(jìn)行評(píng)估分析，以便于更加客觀地重新評(píng)估舊橋的服役時(shí)間。

1.3 新、老橋存在收縮、徐變差

在混凝土的固有性質(zhì)中，收縮和徐變現(xiàn)象是不可避免的，特別是在超靜定結(jié)構(gòu)和剛度較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)中，收縮和徐變的效果越明顯。因此，在設(shè)計(jì)過程中必須重視混凝土收縮和徐變有可能引起的相關(guān)影響。在服役多年的舊橋中，收縮徐變現(xiàn)象基本上已經(jīng)定型，而拼寬橋的收縮徐變?nèi)蕴幱诎l(fā)展?fàn)顟B(tài)，橋梁的整體結(jié)構(gòu)會(huì)由于收縮和徐變程度的不一致產(chǎn)生內(nèi)力，最終使新、舊橋各自的應(yīng)力狀態(tài)受到相應(yīng)的影響。

1.4 新、老橋存在沉降差

基礎(chǔ)變位屬于永久性作用，需要對(duì)橋梁拼接后的正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行綜合考慮，尤其是在多跨一聯(lián)或剛度大的超靜定結(jié)構(gòu)中受到的影響是比較大的，新舊橋在完成橫向連接后橫向沉降差和縱向沉降差是同時(shí)存在的[3]。

2 連接方案

在現(xiàn)階段的橋梁拼接方案中，主要包括以下三種。

2.1 上下均不連（分離式加寬）

優(yōu)點(diǎn)：新舊橋的拼接施工難度小，各部分受力情況比較明確，在交通組織能力以及建造成本上均具有一定的優(yōu)勢(shì)。

缺點(diǎn)：橋梁的整體性橋架，容易出現(xiàn)新舊橋之間錯(cuò)臺(tái)的情況，對(duì)車輛通行的舒適性以及橋梁的美觀性有所影響，另外還會(huì)加大養(yǎng)護(hù)維修的成本。該連接方案在執(zhí)行之前需要對(duì)老橋完成工作縫的預(yù)留工作，通過瀝青層來連續(xù)攤鋪，也可以在新、舊結(jié)構(gòu)間設(shè)置一條縱縫，或者通過鋼板包邊及縱向伸縮縫的設(shè)置等，都是在早期的改擴(kuò)建項(xiàng)目中得到一定應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的方案。由于國內(nèi)的小跨徑橋梁應(yīng)用柔性橋面的占比很高，導(dǎo)致縱縫兩側(cè)橋面的位移差比較大，存在病害的情況比較嚴(yán)重。

2.2 上下均連

優(yōu)點(diǎn)：受力均勻，整體性和抗變形能力較強(qiáng)，對(duì)于車輛通過的舒適性比較有優(yōu)勢(shì)。

缺點(diǎn)：存在較大的附加內(nèi)力，容易導(dǎo)致裂縫的形成，造成維修困難、使用功能下降的局面。該連接方案只能應(yīng)用在地質(zhì)條件較好的區(qū)域，才能使新舊橋之間的不均勻沉降現(xiàn)象得到有效緩解。

2.3 上連下不連

優(yōu)點(diǎn)：該連接方案在實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)性能以及施工難度上都比較有優(yōu)勢(shì)，主要利用先進(jìn)的管控措施來減弱新建橋梁的樁基沉降情況，從而控制整體的沉降差。該連接方式是現(xiàn)階段高速公路中的橋梁改擴(kuò)建工程中的主要連接方案，在滬寧高速和杭甬高速，以及南京浦珠路都有廣泛應(yīng)用，并在通過改擴(kuò)建通車后的觀察中得到了較好的應(yīng)用成效，目前，上連下不連方案是高速公路改擴(kuò)建工程項(xiàng)目中的主流方案。

3 結(jié)構(gòu)形式

在新舊橋梁的上下部結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)原則應(yīng)圍繞便于拼接施工和減少沉降差開展，確保新、舊橋梁之間的受力情況和溫度變形得到協(xié)調(diào)控制。在上部結(jié)構(gòu)形式中應(yīng)以新舊橋一致的原則進(jìn)行，在條件允許的情況下可適當(dāng)對(duì)新橋結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行加強(qiáng)，通過新橋受到荷載壓力的情況下可以更多地承擔(dān)壓力，從而改善老橋的結(jié)構(gòu)受力情況，延長老橋的使用壽命以及性能完整，在常規(guī)的橋梁各類預(yù)制結(jié)構(gòu)中，改造更新后的新橋在結(jié)構(gòu)剛度上均呈現(xiàn)高于老橋的情況。在下部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中應(yīng)優(yōu)先考慮樁基礎(chǔ)方式，在設(shè)計(jì)方案中可以通過增加樁長的方式來減小基礎(chǔ)沉降所帶來的影響，樁基優(yōu)先使用嵌巖樁設(shè)計(jì)方式，如果有摩擦樁設(shè)計(jì)使用需求的，持力層應(yīng)優(yōu)先采用強(qiáng)風(fēng)化或全風(fēng)化巖進(jìn)行設(shè)計(jì)，不宜采用黏土層的設(shè)計(jì)方式；擴(kuò)建橋樁基的沉渣厚度，原則上控制在5cm 以內(nèi)，嵌巖樁不能超過3cm。拼寬橋的橋臺(tái)結(jié)構(gòu)形式選用，應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和安全性等因素，在土方的開挖量上應(yīng)盡量控制，并結(jié)合原橋臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式最終確定拼寬橋的橋臺(tái)結(jié)構(gòu)形式，在拼寬橋橋臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式中，柱式臺(tái)、座板臺(tái)和薄壁臺(tái)都是比較適宜的結(jié)構(gòu)形式，在填土高度＜5m 時(shí)柱式臺(tái)和薄壁臺(tái)的應(yīng)用是比較適宜的，而當(dāng)填土高度＞5m 又不超過12m 時(shí)，則更適宜采用座板臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式[4-5]。

4 工程案例

此次探討研究的拼寬橋項(xiàng)目為位于江西的某橋梁工程，該橋的老橋在老規(guī)范的要求下完成設(shè)計(jì)施工，并于2009年竣工交付使用。橋跨主要應(yīng)用3×16m 的配置，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板來建造上部結(jié)構(gòu)，橋臺(tái)處進(jìn)行了9.2m 的填土處理，下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)主要由肋板式橋臺(tái)和擴(kuò)大基礎(chǔ)構(gòu)成，在基礎(chǔ)持力層上選擇了弱風(fēng)化灰?guī)r，橋墩則采用了柱式墩、樁基礎(chǔ)，橋面的寬度達(dá)到了26m。該橋的地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況較為簡單，不存在較厚的覆蓋層，持力層為常見的弱風(fēng)化灰?guī)r，也沒有溶洞的情況，老橋的橋型立面圖如圖1所示。

圖1 老橋橋型立面圖

為了達(dá)到現(xiàn)階段的橋梁通行需求，需要在老橋左側(cè)進(jìn)行4.25m 的拼寬施工，使拼寬后的橋面達(dá)到30.25m 的寬度。在剛度一致和方便拼接施工的原則要求下，在上部結(jié)構(gòu)中，擴(kuò)建橋采用了跨徑與老橋同等規(guī)格的空心板，一般情況下會(huì)設(shè)3 塊空心板，因新舊橋的荷載標(biāo)準(zhǔn)差異，新橋的空心板比老橋的剛度要大。由于老橋在橋臺(tái)處進(jìn)行了較大高度的填土，因此需要應(yīng)用座板臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式來進(jìn)行新橋臺(tái)的施工，從而起到降低工程造價(jià)與施工難度的目的，還能降低拼寬橋臺(tái)在開挖過程中影響到老橋錐坡的穩(wěn)定性。同時(shí)，橋臺(tái)采用樁基礎(chǔ)來緩解新舊橋之間的不均勻沉降情況，樁基采用嵌巖樁設(shè)計(jì)；橋墩則采用柱式墩、樁基礎(chǔ)的形式施工，拼寬橋的具體橋型圖如圖2、圖3所示。

圖2 拼寬橋橋型立面圖

圖3 拼寬橋橋型立面圖

該橋具有橋臺(tái)填土高度高的特點(diǎn)。通過分析研究決定采用上部結(jié)構(gòu)連接，橋墩分離，橋臺(tái)連接加寬的方式進(jìn)行施工。該項(xiàng)目采用翼緣連接的拼接方式上更加合理，在上部結(jié)構(gòu)的部分整體化層鑿除后，再進(jìn)行邊板懸臂的后植筋施工，最后采用C50 規(guī)格的補(bǔ)償鋼纖維混凝土完成新老空心板整體化層和接縫的澆筑施工?？招陌迤唇哟髽訄D見圖4。

圖4 空心板拼接大樣圖

橋墩需要獨(dú)立完成施工；在橋臺(tái)完成原蓋梁耳墻的鑿除后，再進(jìn)行背墻側(cè)面和臺(tái)帽的植筋施工，并進(jìn)行加寬臺(tái)帽的濕接施工；將臺(tái)后伸縮裝置原預(yù)留槽內(nèi)混凝土鑿除，對(duì)型鋼裝置進(jìn)行焊接加寬，更換新的橡膠條，之后連接臺(tái)后搭板與原搭板的植筋。在空心板的支座完成安裝架設(shè)后進(jìn)行橋面現(xiàn)澆層的施工，并完成外露鋼筋的防腐措施及橋面現(xiàn)澆層的澆筑。為了控制混凝土收縮徐變的影響、消除基礎(chǔ)沉降現(xiàn)象，需要靜置6 個(gè)月。在原設(shè)計(jì)方案中，接縫混凝土強(qiáng)度未達(dá)標(biāo)只能實(shí)現(xiàn)半幅通車，而邵永高速公路的通行壓力非常大，業(yè)主要求在確保質(zhì)量與安全保障的前提下實(shí)現(xiàn)雙向四車道的通行能力。該橋梁拼寬項(xiàng)目通過借鑒滬杭甬拓寬工程的成功經(jīng)驗(yàn)，通過Ⅰ22 的工字鋼夾具實(shí)現(xiàn)新舊梁板在拼接位置完成了體外的剛性連接措施，荷載在該剛性連接下得到有效傳遞，實(shí)現(xiàn)了濕接縫混凝土在澆筑過程中變形連續(xù)的需求，使混凝土的施工質(zhì)量得到了有效保障，具體施工方法如圖5。

圖5 剛性連接斷面圖

5 結(jié)語

通過對(duì)高速公路橋梁的拼寬改擴(kuò)建項(xiàng)目進(jìn)行深入的研究與探討，并對(duì)其中的特點(diǎn)與難點(diǎn)進(jìn)行了分析總結(jié)，為現(xiàn)階段工程實(shí)踐中在橋梁上下部結(jié)構(gòu)拼接方案中通過優(yōu)缺點(diǎn)和結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)合理選擇設(shè)計(jì)方案提供了參考方向，并以邵永高速蛇灣中橋拼寬橋?yàn)槟繕?biāo)進(jìn)行了實(shí)例分析，對(duì)拼寬橋梁的設(shè)計(jì)思路及施工方案以及如何有效解決施工期間的保通問題做了具體研究，為我國后續(xù)的相關(guān)類型工程提供學(xué)習(xí)和發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)。