朱保華，張祚龍，徐永成

（山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

引言

當(dāng)前，高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目逐漸增多，如何合理利用既有橋梁并確保結(jié)構(gòu)安全，是高速改擴(kuò)建工程中一項(xiàng)重要工作?！豆饭こ碳夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）規(guī)定，拼接加寬利用的原有橋涵的承載力應(yīng)滿足現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求［1］。早期改擴(kuò)建項(xiàng)目，簡(jiǎn)支板多采用拆除新建或維修加固，以提升改擴(kuò)建后橋梁承載力。實(shí)際上，拆除新建方案，原板多被廢棄，造成了很大的浪費(fèi)；承載力加固方案也難以解決既有板抗剪承載力不足的問(wèn)題［2］。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目施工始于2019 年，將原有四車道改造為雙向八車道高速公路。原有橋面寬2×12.5 m，拼寬橋每側(cè)各加寬8 m，擴(kuò)建后橋面寬2×20.5 m。在分車道設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，為確保橋梁的安全，拆除更換位于第3 車道重車道范圍內(nèi)外側(cè)3 塊板，保留利用原有內(nèi)側(cè)9 塊板；并拆除既有橋面鋪裝，改造為15 cm整體化混凝土層+10 cm 瀝青鋪裝。

2 分車道加載方法［2］

2.1 分車道布載斷面

按車輛類型在拼寬橋梁實(shí)行分車道交通組織管理，降低拼寬橋中既有橋梁的荷載效應(yīng)。改擴(kuò)建后既有橋梁部分主要承擔(dān)輕型車荷載，新建橋梁部分主要承擔(dān)重型車荷載。分車道布載斷面見(jiàn)圖1。

圖1 分車道布載斷面/cm

2.2 計(jì)算方法

按照《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）第6.0.10 條的補(bǔ)充說(shuō)明計(jì)算。在計(jì)算某板橫向分配系數(shù)時(shí)，不再考慮橫向位置的車輛最不利布置，而是按分車道交通組織管理的車輛固定位置作為橫向分布計(jì)算荷載位置。

式中：m—分車道布載橫向分布系數(shù)；ηi—重車道處橫向影響線縱坐標(biāo)；ηj—輕車道處橫向影響線縱坐標(biāo)；β—輕車與重車軸重比，上述參數(shù)均為無(wú)量綱量。

3 橫向分布系數(shù)參數(shù)分析

每塊板的橫向分布系數(shù)，直觀反映出單片板承受荷載大小。以10 m 加寬板為例，分析第1 車道、第2 車道不同軸重比下橫向分布系數(shù)變化情況，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 軸重比β1 變化橫向分布系數(shù)對(duì)比曲線

圖3 軸重比β2 變化橫向分布系數(shù)對(duì)比曲線

（1）由圖2 可知，第1 車道軸重比β1由1.0 減小到0.1，分車道加載與《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）相比， 跨中橫向分布系數(shù)1 ～5 號(hào)板降幅較大；13 ～18 號(hào)基本不變。當(dāng)β1＜0.7 時(shí)， 分車道加載6 ～7 號(hào)板跨中橫向分布系數(shù)降低。表明分車道加載，對(duì)靠近中分帶側(cè)第1 車道既有板具有卸載作用，對(duì)遠(yuǎn)離的板活載影響不明顯。分車道加載9 ～12 號(hào)板跨中橫向分布系數(shù)比《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）大。表明固定車道分車道加載，第3 車道范圍及鄰近板活載增大。（2）由圖3 可知，第2車道軸重比β2由1.0減小到0.1，分車道加載與《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）布載相比， 跨中橫向分布系數(shù)1 ～5 號(hào)板減小明顯；13 ～18 號(hào)拼寬板略有減小。6 ～9 號(hào)板降幅達(dá)45.5%～56.0%，1 號(hào)板降幅為12.0%，12 號(hào)板降幅為21.2%，表明分車道加載，對(duì)緊鄰的既有板活載卸載明顯。

4 工程實(shí)例

4.1 軸重比分析

利用京臺(tái)高速公路車輛稱重資料，通過(guò)分析，得到第1 車道軸重比β1為0.650，第2 車道軸重比β2為0.821 4，兩者均＞0.1。

4.2 跨中橫向分布系數(shù)分析

10 ～16 m 板跨中橫向分布系數(shù)按分車道布載、《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）及橋梁拓寬前分別進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)圖4 ～圖6。

由圖4 ～圖6 可知，同一跨徑分車道加載，跨中橫向分布系數(shù)與《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）布載相比，第1 車道1 ～5 號(hào)板，第2車道6、7 號(hào)板減小，8 號(hào)板基本持平，9 號(hào)板增大。第3 車道10 ～12 號(hào)板增大；第4 車道13 ～14 號(hào)板增大，15 號(hào)板減?。挥猜芳绶秶?6 ～18 號(hào)板減小。分車道加載，1 ～12 號(hào)板跨中橫向分布系數(shù)比橋梁拓寬前跨中橫向分布系數(shù)小很多，表明橋梁拓寬對(duì)既有板具有卸載作用。

圖4 10 m 簡(jiǎn)支板橫向分布系數(shù)

圖5 13 m 簡(jiǎn)支板橫向分布系數(shù)

圖6 16 m 簡(jiǎn)支板橫向分布系數(shù)

與《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）相比，分車道布載對(duì)第3 車道板的活載增大。拆除10 ～12 號(hào)既有板，更換為新板對(duì)提升橋梁安全儲(chǔ)備是有利的。

4.3 支點(diǎn)橫向分布系數(shù)分析

支點(diǎn)橫向分布系數(shù)m0按杠桿法計(jì)算。1 ～9 號(hào)保留利用板考慮內(nèi)側(cè)兩輕型車道荷載的影響，其他板分析與常規(guī)方法相同，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 支點(diǎn)橫向分布系數(shù)

由表1 可知，與《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）相比，分車道加載，第1車道范圍內(nèi)1～5號(hào)板支點(diǎn)橫向分布系數(shù)降低33.3%，第2 車道范圍內(nèi)降低16.7%。更換板及拼寬新建板支點(diǎn)橫向分布系數(shù)與《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）結(jié)果相同。

4.4 既有板承載力分析

分車道加載時(shí)，選取1 號(hào)邊板及相應(yīng)中板進(jìn)行承載力分析，彎矩計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2，支點(diǎn)剪力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

由表2 可知，10 ～16 m 組合板抗彎承載力不滿足《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）要求。分車道布載，抗彎承載力可滿足要求，富裕度為12.3%～29.1%。表明分車道布載板降低了跨中活載彎矩效應(yīng)。

表2 組合板跨中彎矩

由表3 可知，10 ～16 m 組合板支點(diǎn)抗剪承載力不滿足《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）要求；分車道布載，10 ～16 m 邊板及16 中板抗剪承載力可滿足要求；10 m、13 m 中板抗剪不足?？紤]到10 ～16 m 板縱向僅能布載一輛車長(zhǎng)15 m 的55 t 五軸車。分車道布載僅考慮車輛荷載作用時(shí)，支點(diǎn)抗剪可滿足要求，剪力富裕度10 m 板為7.5%～10.1%，13 m板為0.1%～7.7%，16 m 板為7.7%～14.8%。綜上，分車道加載有效降低了跨中活載彎矩、支點(diǎn)抗剪效應(yīng)。

表3 組合板支點(diǎn)剪力

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)京臺(tái)高速公路德齊段既有簡(jiǎn)支板分車道加載分析可知，分車道加載設(shè)計(jì)與常規(guī)設(shè)計(jì)的不同之處就是按固定車道位置進(jìn)行橫向分布系數(shù)計(jì)算并進(jìn)行活載加載。在將原四車道擴(kuò)建為整體八車道高速公路工程中對(duì)既有板進(jìn)行分車道加載設(shè)計(jì)是可以實(shí)現(xiàn)的。分車道加載設(shè)計(jì)可有效降低內(nèi)側(cè)2 車道既有板活載及其效應(yīng)。橋梁分車道布載避免了既有板的拆除或過(guò)度加固，整體來(lái)看，該方法是可行的、合理的，具有一定的推廣價(jià)值。