成威

（中交遠(yuǎn)洲交通科技集團(tuán)有限公司，河北石家莊 050000）

0 引言

隨著高速公路的快速發(fā)展，交通量日趨飽和，高速公路改擴(kuò)建工程勢在必行。高速公路拼寬橋梁的基礎(chǔ)工程普遍受新舊基礎(chǔ)沉降差異的影響，進(jìn)而影響橋梁拼接加寬的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此，本文將結(jié)合高速公路改擴(kuò)建工程的現(xiàn)狀，對拼寬橋梁設(shè)計(jì)展開研究，通過合理有效的設(shè)計(jì)及施工控制，提升拼寬橋梁施工質(zhì)量。

1 高速公路改擴(kuò)建工程中拼寬橋梁設(shè)計(jì)

1.1 基于力學(xué)原理計(jì)算拼寬橋梁結(jié)構(gòu)受力

在開展拼寬橋梁設(shè)計(jì)前，基于力學(xué)原理，分析新建橋梁和既有橋梁連接部位的結(jié)構(gòu)受力情況，深入研究影響拓寬橋梁結(jié)構(gòu)沉降的相關(guān)因素。在此過程中，原橋梁結(jié)構(gòu)投入使用時(shí)間較長，基礎(chǔ)沉降已趨于穩(wěn)定，但對于新拼接的橋梁結(jié)構(gòu)而言，仍會在使用中受到基礎(chǔ)沉降的影響。當(dāng)拼寬橋梁的基礎(chǔ)沉降大于原橋梁基礎(chǔ)沉降時(shí)，原結(jié)構(gòu)將與拼接結(jié)構(gòu)出現(xiàn)落差，因此，需要在拼接設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到原結(jié)構(gòu)對其的約束，進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析[2]。假定橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降模式為線性趨勢，則拼接的部位上緣結(jié)構(gòu)將受上部拉應(yīng)力的影響出現(xiàn)沉降差，沉降差值也會隨著拉應(yīng)力的增加而增加。為了避免橋梁拼接結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力上緣部位出現(xiàn)沉降裂縫，其主體結(jié)構(gòu)受力應(yīng)滿足公式（1）：

式（1）中：σ為橋梁拼寬結(jié)構(gòu)發(fā)生不均勻沉降現(xiàn)象時(shí)，上緣部位的橫向拉應(yīng)力值；[ ]σ為混凝土強(qiáng)度拉應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值；E為混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的彈性模量；ε為拼接結(jié)構(gòu)的拉應(yīng)力變化趨勢。綜合式（1），可以進(jìn)行拼寬橋梁受力的描述。如公式（2）所示：

式（2）中：f為受力結(jié)構(gòu)；ρ為拼寬橋梁結(jié)構(gòu)的截面配筋率；B為拼寬橋梁的寬度；b為拼接結(jié)構(gòu)寬度。根據(jù)公式（2）可知，拼寬橋梁受力與配筋比例呈正相關(guān)關(guān)系、與拼寬橋梁的拓寬寬度及拼接結(jié)構(gòu)寬度呈反比例關(guān)系。綜合上述分析，完成拼寬橋梁結(jié)構(gòu)受力影響因素計(jì)算。

1.2 高速公路改擴(kuò)建工程中橋梁拼寬形式

新舊橋梁拼寬形式主要包含：上下均不連接，上、下均連接，上連下不連等主要連接方式。

在掌握橋梁拼寬結(jié)構(gòu)的基本受力后，可根據(jù)上部構(gòu)造與下部構(gòu)造的連接方式進(jìn)行橋梁拼寬形式設(shè)計(jì)。在選擇上部結(jié)構(gòu)拼寬形式時(shí)，需先進(jìn)行主要橋梁形式，如空心板、T梁、小箱梁以及現(xiàn)澆板梁等橋梁的拼接分析，通過現(xiàn)澆接縫、剛性連接等方式形成整體。

結(jié)合現(xiàn)有研究成果可知，新建橋梁的拼接，需要進(jìn)行收縮徐變控制。從而降低新建橋梁的沉降量。設(shè)計(jì)橋梁拼寬形式時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際施工條件，在相關(guān)條件允許的情況下，應(yīng)將接縫上部構(gòu)件拼接時(shí)間進(jìn)行延長。根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)整體的承重量進(jìn)行接縫與結(jié)構(gòu)配筋的合理計(jì)算。若原橋?yàn)閿U(kuò)大基礎(chǔ)，新建橋梁拼寬結(jié)構(gòu)可采用樁基結(jié)構(gòu)，新舊基礎(chǔ)的允許誤差應(yīng)控制在±5.0mm范圍內(nèi)，在有需要的情況下，可以適當(dāng)進(jìn)行樁基長度的延伸，進(jìn)行拼接結(jié)構(gòu)沉降的控制[3]。延遲拼接是指當(dāng)橋梁新建部分上部構(gòu)造完成至橋面鋪裝混凝土澆筑后，等待3～5個(gè)月后再進(jìn)行濕接縫拼接。待新建部分收縮徐變基本完成后，也就是說，在總的沉降不變的情況下，讓一部分沉降在拼接之前發(fā)生，從而減小拼寬后的沉降量。在拼接之前的等待期間對新建結(jié)構(gòu)預(yù)壓，使結(jié)構(gòu)更接近設(shè)計(jì)荷載，可起到加大加快沉降的作用。同時(shí)，根據(jù)工程施工標(biāo)準(zhǔn)，可選擇適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行舊橋結(jié)構(gòu)支座的支護(hù)，確保拼寬結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)上部多個(gè)方向的受力。對于在此過程中的長聯(lián)橋梁，可根據(jù)主體結(jié)構(gòu)受力，對部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行解聯(lián)處理，單聯(lián)的跨度數(shù)量不宜超過5跨，完成對高速公路改擴(kuò)建工程中橋梁拼寬形式的選擇。

1.3 改擴(kuò)建工程橋梁拼寬施工工序

在高速公路改擴(kuò)建工程中，拼寬橋梁施工包括新建橋梁基礎(chǔ)、下端構(gòu)造、主梁、吊裝設(shè)備、現(xiàn)澆部分以及橋面鋪裝等。為了確保設(shè)計(jì)的拼寬橋梁在投入使用后具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，需要在完成上述相關(guān)研究后，進(jìn)行拼寬施工工序的設(shè)計(jì)。具體流程如圖1所示。

圖1 拼寬施工工序

在圖1提出的施工流程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注對橋梁新舊接觸面的鑿毛處理，合理控制接觸面的濕潤度，不可出現(xiàn)表面積水等問題[4]。澆筑時(shí)，應(yīng)控制混凝土的自由澆筑高度小于2.0m，嚴(yán)格控制振搗過程中的施工行為。并在完成施工后進(jìn)行抹灰處理，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋，影響外觀質(zhì)量。

2 實(shí)例應(yīng)用分析

為表明本文提出的拼寬橋梁設(shè)計(jì)方法在實(shí)際應(yīng)用中的有效性，需要在完成對橋梁結(jié)構(gòu)受力分析與結(jié)構(gòu)沉降分析的基礎(chǔ)上，將此方法應(yīng)用到工程實(shí)例進(jìn)行檢驗(yàn)。選擇某高速公路區(qū)段作為此次實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)段，本路段原設(shè)計(jì)為雙向四車道高速公路，路基寬度25m，設(shè)計(jì)速度100km/h，拓寬改造為雙向八車道高速公路，橋梁采用兩側(cè)拼接為主的拼寬方式。

完成新舊橋梁拼接施工后，進(jìn)行橋梁質(zhì)量的檢驗(yàn)，檢驗(yàn)過程參照原位試驗(yàn)，使用靜壓力將呈現(xiàn)圓錐形的探頭按照設(shè)定的速率均勻壓入土中，測量貫入阻力與原位結(jié)構(gòu)發(fā)生的變形。將檢驗(yàn)結(jié)果作為評價(jià)本文提出方法有效性的依據(jù)，為了使檢測的結(jié)果更加直觀，此次實(shí)驗(yàn)以拼寬橋梁負(fù)載沉降作為檢測結(jié)果。拼接橫斷面示意圖如圖2所示。

圖2 高速公路改擴(kuò)建工程中拼接橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖

圖2中，在新舊橋梁連接現(xiàn)澆濕接縫位置安裝一個(gè)壓力傳感器，模擬車輛在橋面行駛中的負(fù)載壓力，檢測連接鋼板與底部結(jié)構(gòu)是否在受力過程中發(fā)生沉降。在此過程中應(yīng)注意的是，完成設(shè)計(jì)與施工后的澆筑混凝土鋪裝應(yīng)在完成養(yǎng)護(hù)處理后投入實(shí)驗(yàn)。

完成實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場的布置后，建立前端壓力傳感器與前端接收設(shè)備之間的通信連接，實(shí)驗(yàn)過程中，持續(xù)加大負(fù)載壓力。整理傳感器結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)整理成表格，如表1所示。

表1 高速公路改擴(kuò)建工程中拼寬橋梁沉降量

綜合文件內(nèi)容與表1中實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可知，當(dāng)前端施加的負(fù)載壓力小于或等于10.5kN/m時(shí)，拼寬橋梁沉降值為0，證明此時(shí)拼寬橋梁沒有發(fā)生沉降。當(dāng)前端施加的負(fù)載壓力大于10.5kN/m時(shí)，拼寬橋梁存在小范圍沉降。因此，在完成此次實(shí)例應(yīng)用實(shí)驗(yàn)后，可以得出下述實(shí)驗(yàn)結(jié)論：本文提出的高速公路改擴(kuò)建工程中拼寬橋梁設(shè)計(jì)，在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)公路橋梁路段行駛車輛在正常荷載作用下，拼寬橋梁可承載其重力，不發(fā)生沉降。

3 結(jié)語

本文從計(jì)算拼寬橋梁結(jié)構(gòu)受力、選擇橋梁拼寬形式、改擴(kuò)建工程拼寬橋梁試驗(yàn)數(shù)據(jù)方面展開研究。通過實(shí)例研究，證明了設(shè)計(jì)的方法在實(shí)際應(yīng)用中效果良好。