高速公路桥梁加宽拼接技术探讨

万建材

摘要：随着交通量的不断增加，很多早期建成通车的高速公路已不能满足现今所需的交通运营能力要求，公路服务水平明显降低，许多高速公路都面临着改建、扩建、提升道路等级的问题。桥梁构造物的加宽，如何保证加宽后结构的良好运营性能是改扩建工程中的难点和重点。本文介绍了桥梁改扩建的设计原则以及现行的高速公路桥梁加宽技术，对一工程实例进行了分析。

关键词:高速公路;旧桥改造;加宽;拼接;沉降分析

引言：随着我国交通事业的迅猛发展,公路交通量的不断增长,对道路的等级要求也越来越高,而不少先期建成的路段由于设计标准、车道宽度等原因,已经无法适应目前大交通量的需求,面临着改建、扩建、提升路面等级等问题。在改造的过程中就相应地带来了对桥梁加宽的问题,这些桥梁能否成功加宽,对整个道路加宽工程有重要的影响。

在对旧桥的改造过程中,重建桥梁费用高,且会引起交通中断等一系列问题,因此,若原有桥梁能够满足拓宽改建后的荷载标准,通常都会保留原有桥梁,而在其两侧或一侧拼接新梁来达到拓宽的要求。加宽后的新桥分担了部分荷载,使原桥的结构性能和受力性能得到一定程度的改善,结构整体承载力得到提高,能够满足高速公路加宽后通行和安全的要求。

1桥梁加宽

桥梁加宽过程中会出现一系列的问题,主要问题是如何选择合理的加宽方案以及新旧桥连接接缝构造,并通过仔细的计算分析和相应的工程措施保证新旧桥拼宽连接成功,并保证其长期正常地使用。桥梁的拼接模式一般采用单侧或两侧加宽:同结构、同类型、同跨径,上部构造连接、下部构造不连的方法予以拼接。

1·1桥梁加宽的原则

在对旧桥进行加宽的过程中,会出现一系列的问题,因此要遵循一定的原则:

(1)合理组织交通,尽量降低施工对原交通的影响,并确保既有旧桥能够满足现行规范承载能力和正常使用要求;

(2)勘查桥梁周围环境因素和地质条件,结合现行研究成果和工程实践,确定合理的、可靠的加宽方案;

(3)确定合理的结构形式,为了避免运营期间新旧桥变形不一致而引起新旧桥间纵向裂缝,新旧桥上部结构形式应尽量一致。下部结构及基础形式的选择应考虑施工过程对旧桥的影响,避免对旧桥造成不良影响;

(4)严格按规定进行施工以及加宽后的日常养护工作。

1·2新旧桥梁加宽连接方式

加宽桥梁结构形式选择的关键是新旧桥梁上、下部结构的连接,连接形式直接关系到桥梁结构的安全性和可靠性,并影响施工的难度和后期的维护费用。目前工程实践中,主要有三种连接形式。

(1)上下均不连接。

加宽部分与原桥的上、下部构造不连接,新老结构之间留工作缝。优点:加宽的新桥与旧桥互不影响,独自受力,可以简化施工程序,减小连接的施工难度,施工期间基本上不影响原路的正常使用。缺点:在汽车活荷载作用下,两桥主梁产生不均衡挠度,再加上新旧桥基础之间的不均匀沉降,将会造成连接部位沥青铺装层的破坏,容易形成纵向裂缝和横桥向错台。

(2)上下均连接。

上部构造先凿去部分现浇桥面,在新老桥接缝处设置加强钢筋,再和新桥的桥面现浇层一起浇筑;老桥下部构造的桥墩、桥台盖梁及系梁通过植筋技术将钢筋和加宽部分新桥相应部位钢筋连接,然后浇筑混凝土,相互连为一体。优点:加宽桥与原桥形成完整的一体,减少各种荷载作用下新老桥连接处的不均衡变形。缺点:新旧桥上部结构混凝土梁的形变不一致,新桥的基础沉降大于旧桥的基础沉降,容易在下部结构的盖梁、系梁、墩台连接处产生裂缝;而且下部结构采用植筋技术成本高,施工繁琐。并且还要考虑在不封闭交通的情况下,如何保证新旧桥间混凝土接缝的浇筑质量。

(3)上部构造连接,下部构造不连接。

将桥梁外侧护栏拆除,凿除边缘1 m左右范围内的桥面现浇板,在新老桥接缝处设置加强钢筋,再和新桥的桥面现浇层一起浇筑,而下部结构不连接。优点:有利于上部结构受力,下部结构不连接,下部各自受力,内力互不影响,并且便于施工,降低了造价,又保证了新老桥之间连为整体,能较好地控制桥面纵向裂缝的产生。缺点:新旧桥基础不均匀沉降导致上部结构连接处易出现裂缝,影响原路交通,并且在新旧桥上部结构连接时,是通过现浇一定宽度的混凝土接缝来实现的,因此能否保证现浇混凝土接缝在养护及随后的使用过程中不出现过大的变形和开裂是施工的关键。

第三种连接方式相对第一种和第二种来说运用较为广泛,其下部结构相互独立,而上部结构的主梁通过各种方式进行比较强的连接,使其既能适应比较大的新旧桥不均匀沉降,又具有比较好的耐久能力。但是,在加宽桥梁时尽可能采用桩基,并通过加强地基处理、增加桩长等措施尽可能减小基础沉降,而针对上部结构自身产生的附加内力,可通过连接部位增大配筋,改善构造来解决。

目前,高速公路的上部结构多为空心板梁、预应力混凝土简支T梁和连续箱梁。对于空心板梁,将旧桥面外侧墙式护拦和墩台挡块拆除并凿除部分混凝土,在新老空心板的边缘分别植入钢筋,植筋过程满足锚固安装要求,植筋即相当于预埋钢筋,下部通过钢板连接,如图1所示。

图1预应力空心板新旧板拼接方式

对于T梁桥加宽多采用刚性连接,在新旧T梁间设置隔板,通常有两种设置方式:一种是凿除旧桥边梁悬臂部分混凝土,将露出的钢筋与加宽T梁悬臂部分的钢筋绑扎在一起,同时通过植筋和加预应力筋的方法在新旧桥两边梁之间新做横隔板,如图2所示;

图2预应力混凝土简支T梁植筋连续示意

另一种是采用角钢及高强螺栓将新桥预留横隔板与旧桥进行连接,新旧结构翼缘板分离,连接处桥面重做。箱梁的连接没有统一的连接方式,不同的公路桥梁加宽的过程中采用的连接方式也有差异。有的高速公路加宽工程中箱梁翼缘连接采用的是“铰接”的拼宽式;也有高速公路采用的是“半刚性连接”,该方法是凿除旧桥部分翼缘,新旧桥翼缘通过搭接钢筋连接,浇筑连接带混凝土后,在其底缘人工割缝,填塞橡胶止水带;还有一种“刚性连接”,连接部位不留缝。

1·3下部结构加宽

1·3·1盖梁

盖梁的主要作用是支撑、分布和传递上部结构的荷载,将荷载传递给基础,盖梁的连接方式不同,将改变新老盖梁的受力体系。对于盖梁的连接方式,有连接和不连接两种。

(1)不连接时新旧盖梁单独进行施工,旧桥盖梁不改变受力形式,受力简单明确,不必改变旧桥盖梁内钢筋布置,若新桥发生沉降,可以相应调整上部梁板,以满足新旧桥桥面顺接要求。

(2)连接时可分为角钢连接和植筋连接两种。角钢连接施工较为简单,施工时新旧盖梁打入两根角钢,角钢与盖梁接触面间用环氧砂浆黏结,然后通过固定在盖梁上的螺栓连接,施工完毕后要进行必要的防护措施;而植筋连接则可以使新桥和旧桥形成一个完整的整体,减少各种荷载作用下新旧桥连接处产生过大的变形。

1·3·2基桩

旧桥加宽比较难解决的问题就是新桥结构的不均匀沉降问题。由于拼宽新建部分的桥梁将发生的沉降量尚不能给出定量分析,在设计施工时一般参考旧桥桩长,对于新建拼宽部分桥梁的下部基桩进行了适当增长及桩径适当的加粗。同时要求施工时进行必要的堆载预压程序,即在加宽桥梁的上部梁板安装到位后,新、旧板间暂不连接,对新建桥梁进行堆载预压2~3个月,待完成大部分沉降后再进行上部结构的刚性连接。

2加宽实例分析

如图1所示的空心板连接,在湖南某高速公路扩宽改造一期试验段中被采用。需要说明的是,图1中的植筋已经施作,但考虑到A1钢板粘贴不容易,因而施工中没有执行该设计。在加宽桥梁完成后,运营6个月左右,现场勘查发现新旧桥连接铰缝处出现严重渗漏,旧桥各空心板间的铰缝均出现了不同程度的渗漏,以新旧桥交接处的渗漏最为严重。路面新旧板交接处损伤严重,而且修补后会反复出现破损,出现了单板受力的特征。采用桥梁动测系统,对其振动进行了测试,结果如图3所示,新旧桥交接处新板(图3(a)),旧桥第一块板(图3(b))和旧桥第二块板(图3(c))的最大动位移分别是0·08 mm,1·67 mm和0·09 mm。

图3处理前新旧交接处振动测试结果

显然,各板位移差异较大,需要采取刚度递变措施,方可使得新旧板变形协调。根据专项研究成果,对一期桥梁进行横向粘钢加固处理,处理后同样进行动测,结果如图4所示,新旧交接处新板(图4(a)),旧桥第一块板(图4(b))和旧桥第二块板(图4(c))的最大动位移分别是0·28 mm,0·41 mm和0·34 mm。显然,各板位移差异较小,各板协同工作,横向粘钢效果良好。

图4处理后新旧交接处振动测试结果

3结语

本文对国内桥梁加宽常用方式及其应用进行了总结,并对一工程实例进行了分析。目前我国的高速公路桥梁在加宽方案、拼接技术等方面有了一定的研究成果,但仍需进一步研究。在具体的施工过程中,应结合实际情况和要求,制定出切实可行的施工方案,这样才能达到预期的效果。

参考文献:

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。