新旧桥涵不均匀沉降分析及处理措施

姚 庆，孙海霞

(陕西省交通规划设计研究院)

近年来，随着我国交通量的急剧增加，上世纪八九十年代修建的一批高速公路迫切需要扩宽改造，原有桥涵构造物需要进行拼接加宽，由于原有的桥涵在建成使用几十年以后，基础的沉降已经基本趋于稳定，而新建桥涵由于建成时间短，沉降尚未稳定，因此则会出现新旧桥涵之间出现不均匀沉降的问题，这些不均匀澄江会在壳体内部产生额外的附加应力，导致桥梁结构荷载不利，甚至会造成桥梁结构裂缝的出现。本文针对新旧桥涵的不均匀称将问题，首先分析了不均匀沉降产生的主要原因，并提出了新旧桥涵沉降差异控制指标以及控制沉降差异的具体实施策略。

1 不均匀沉降成因分析

(1)天然基础:不均匀沉降主要包含了先架设桥梁的沉降、新建桥梁的沉降以及新建桥梁沉降对地层扰动造成的旧桥的沉降。

(2)桩基础，不均匀沉降的影响因素主要有以下几方面:

①桩基长度:如果新旧桥梁的基础形式均为桩基，而且新桥的桩基长度足够，新桥如果沉降量能够得到有效的控制，那么新桥沉降对旧桥影响很小，反之已然;

②施工过程:在桩基础施工时，往往需要抽水，抽地下水会相应地增加桥梁的桩基荷载，会引起基础沉降量加大，流砂、流土也会降低基础承载力和稳定性;

③新建桥梁基础侧向移动引起旧桥不均匀沉降。

2 不均匀沉降控制指标确定

某项目改扩建项目，桥梁拼接原则为:在旧桥的两侧使用同跨径与同结构型式的梁体惊醒上部结构的加宽，下部结构保持独立不连接。由于旧桥建成时间相对较长，因此沉降已经基本趋于稳定，新拼接桥梁刚刚开始，新旧桥梁之间的沉降差会不断的扩大，这样就会对旧桥上部结构产生横向的附加应力，有可能造成混凝土桥梁结构出现裂缝，影响桥梁结构的耐久性能。因此，新、老桥梁基础间的沉降差对装配式空心板、小箱梁等结构型式桥梁的加宽拼接方案决定的作用。

(1)新、旧桥涵构造物基础差异沉降容许值

综合分析新旧桥涵之间的沉降差、桥梁混凝土结构的收缩徐变以及交通荷载作用，通过分析计算旧桥上部结构以及拼接部位，发现旧桥的上部结构刚度较高、配筋率较高，这些因素所产生的附加应力对于旧桥上部结构的影响很小，但是由于横接板的截面尺寸较小，刚度相对也较小，这些因素所产生的附加内力影响是非常大的。如果过仍按照正常的截面尺寸或者是配筋，将无法确保横接板能够承受这些因素的综合作用，必须参照对应一个新、旧桥涵基础的沉降差值，即沉降差容许值[△]。

(2)确定方法与建议值

在本文中针对新旧桥涵沉降差异采用如下假设:假设旧桥已经完全澄江，在新桥与旧桥拼接之后并不会再产生新的沉降。发生沉降的只有新桥基础，新旧桥涵之间的沉降差就是新桥基础的沉降值。由于新桥涵造成的上部结构各片主梁出现的沉降差，应该选择使用各片梁式上部结构沉降取线性变化的计算模式，主要是考虑新桥基础的沉降并不会引起上部结构各主梁的一致刚性位移。由于假定旧桥沉降为零，则其对邻近的拼宽主梁约束较大，而对远处的拼宽主梁约束较小，拼宽部分外边梁的沉降较大，可能达到△值，而、内梁的沉降值可能较小，为简化计算取线性变化。同时，已建同类项目的改扩建后典型桥梁的长期沉降跟踪观测，也表明新、旧桥之间的沉降差符合线性变化的规律。

图1为16m简支空心板的差异沉降简图，1～12号梁为旧桥主梁，13～20号梁为新加宽桥的主梁;旧桥原边梁(12号梁)沉降值为零，△值在新拓宽的外边梁(20号梁)处，则12～20号梁之间的主梁沉降值按直线变化。

图2为3×40m简支变连续小箱梁的差异沉降简图，编号为1～4号梁为旧桥主梁、5～号梁为新加宽桥的主梁;旧桥原边梁(4号梁)沉降值为零，△值在新拓宽的外边梁(7号梁)处，则4～7号梁之间的主梁沉降值按直线变化。

通过对差异沉降△在5～10mm范围内的多次试算，新、旧桥梁之间的差异沉降控制在△≤5mm内，采用正常截面尺寸及配筋的横接板能够满足受力要求，且有一定的安全储备，因此，对采用桩基础的桥梁差异沉降按5mm控制。

根据路基差异沉降研究成果，新、旧路基不均匀沉降控制在3.8cm以内。涵洞、通道做为路基的一部分应与其保持一致，因此确定新建涵洞及除板式通道以外的其他通道差异沉降以3.8cm(工后沉降)控制。

图1 简支空心板差异沉降简图

图2 简支变连续小箱梁差异沉降简图

3 不均匀沉降处理方法

对原有桥涵构造物进行沉降量计算，结果表明，原有桥梁在设计时，桩基础的承载能力比较富裕，充分考虑对沉降的控制。根据不均匀沉降控制指标的要求，从设计和施工上提出一些措施对不均匀沉降进行控制。

(1)新建桥梁基础

①新建桥梁全部采用桩基础。在地质条件相同的情况下，新建桥梁宽度小于旧桥，与旧桥采用相同的基础型式，则桩顶荷载均小于旧桥，因此新建桥梁的工后沉降比原有桥梁要小，因此新建桥梁设计时参考旧桥的桩基进行设计，控制工后沉降小于5mm。具体桩基设计可参考以下指导意见，按照《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)第4.3.2条进行桩长设计，选用与旧桥同样的桩径，桩的容许承载力[P]与桩顶反力P比值按照以下几种情况取值。

表1 桩基础长度设计指导参数

根据上面的原则设计桩长，当桩底2m以内有粗、中砂、漂石层时，可将桩长加长，使持力层位于粗、中砂、漂石层;桩底持力层为亚粘土时，[P]/P值按最大值取。

②施工时先架设加宽侧桥梁3～6个月并预压后再和原桥拼接，使加宽侧桥梁先完成部分沉降，尽量减少新、旧桥梁基础之间的不均匀沉降。

(2)通道、涵洞基础

除板式通道以外的通道、涵洞，根据不同的地基采取处理措施，控制不均匀沉降在3.8cm以内，具体措施见表2。

表2 涵洞、通道基础处理措施表

4 小结

新老结构的不均匀沉降问题是旧桥加宽拼接难题之一，连霍高速潼关-西安段旧路建成运营时间已有十多年，基础沉降已基本完成。由于拼宽部分将发生的沉降量尚不能完全定量分析，本文根据影响沉降量的因素从设计、施工两方面提出措施对拼宽新建桥涵的沉降量进行控制，同时尽量在大部分沉降完成后再进行上部结构的刚性连接。

[1] 中华人民共和国行业标准.建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)[S].北京:中国建筑工业出版社，2004.

[2] 凌治平，易经武.基础工程[M].人民交通出版社，1996.

[3] 中华人民共和国行业标准.公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024-85)[S].北京:人民交通出版社，1985.