改扩建工程分离式立交桥拼宽设计介绍

祁军强

(浙江省交通规划设计研究院，杭州　310006)

改扩建工程分离式立交桥拼宽设计介绍

祁军强

(浙江省交通规划设计研究院，杭州310006)

摘要：以多例已经实施的工程设计为例，介绍改扩建工程中分离式立交桥的各种拼宽设计方法，提出设计过程中遇到的问题和解决方法。

关键词：分离式立交桥；拼宽设计；设计实例

高速公路改扩建工程中，绝大部分桥梁需进行拼宽处理。对一般桥梁拼宽而言，由于对桥下净空不作要求，比较容易处理。而对于分离式立交桥拼宽来说，除需满足一般桥梁的拼宽要求外，还必须满足桥下道路的净空要求，故净空要求往往是制约拼宽桥设计的关键因素。由于经济因素，原高速公路分离式立交桥桥下净空大多只能满足桥下道路的最小净空要求，一般没有富余。而随着经济的发展和桥下道路等级的提高，老桥的桥下净空已经明显不足，且更不允许因老桥拼宽而减小原有桥梁的桥下净空。尤其是跨铁路的分离式立交桥，因桥下铁路电气化改造后，对桥下净高的要求更高，故对拼宽桥的净高要求也更高。所以，对这些分离式立交桥进行拼宽设计时，首先要考虑跨路跨如何满足桥下净空要求[1-2]。且不但要满足桥下净高要求，而且还要满足桥下净宽要求，因此须根据每个拼宽桥的实际情况，采用最切实可行的拼宽设计方法。笔者经过多年来的工程设计实践，对分离式立交桥的拼宽设计积累了不少经验，本文以工程设计为例，介绍一些已经实施的拼宽分离式立交桥的典型拼宽设计方法，供类似工程设计参考。

1满足净高要求设计

分离式立交桥拼宽设计时上跨桥为了满足桥下道路的净高要求，针对不同的设计条件，可采用以下4种拼宽设计方法。

1.1下挖桥下道路

在上跨桥下净高不够，桥下道路允许开挖的情况下，优先采用下挖桥下道路的设计方法，以提高桥下净高，特别是对原有老桥桥下净高已经不够的拼宽桥设计更应优先采用。桥下道路下挖后，为防止积水，可增设自动抽水泵房。如浙江省甬台温高速公路复线温州南塘至黄华段拓宽工程中的门前墩桥设计[3]就是按照这种方法设计的。

门前墩桥老桥桥下机动车道净高只有3.5 m，该净高是在桥下机动车道下挖了0.7 m后达到的。老桥桥下道路没有排水设施，遇到大雨就积水。因此，对该桥进行拼宽设计时，为了解决桥下机动车道的净高和积水问题，采用了桥下道路下挖法，并增设了自动抽水泵房。其不但满足了桥下机动车道净高要求，而且还解决了多年来的桥下道路积水问题。门前墩桥拼宽前桥下道路照片和拼宽后桥下道路横断面设计示意分别如图1、图2所示。

图1　门前墩桥拼宽前老桥桥下道路

图2　门前墩桥拼宽后桥下道路横断面设计示意

1.2拼宽桥与老桥上部结构、跨径和梁高都相同

对拼宽桥跨路跨的拼宽宽度不大，桥面横坡引起的桥面高差不大，桥下净高要求不低于老桥净高的拼宽桥设计，可采用拼宽桥的上部结构、跨径和梁高都与老桥相同的设计方法。拼宽设计时，由桥面横坡引起的桥面高差通过桥面铺装层来调整。为使桥下净高不低于老桥，可将拼宽桥的梁板在桥横向设计成平放，使横桥向梁底保持水平。如杭州(红垦)至金华高速公路改扩建工程中的夏家公铁立交桥设计[4]就是按照这种方法设计的。

夏家公铁立交桥全长901.54 m，老桥宽34.5 m，两侧需各拼宽3.5 m，拼宽后桥宽41.5 m。老桥上部结构主跨(22、23、24跨)采用简支预应力混凝土空心板，跨径30 m，梁高120 cm，桥面连续；边跨采用先简支后连续的预应力混凝土空心板，跨径20 m，梁高90 cm。主跨23跨跨越萧甬铁路，下部结构采用柱式墩台。拼宽设计时，拼宽桥的上部结构、跨径和梁高都与老桥一致。拼宽桥跨铁路跨(23跨)拼宽宽度不大(3.5 m)，由桥面横坡引起的高差也不大，为使该跨拼宽后桥下净高不低于老桥，设计时在桥横向把跨铁路跨(23跨)的梁板设计成平放，使横桥向梁底保持水平，桥面横坡通过桥面铺装层来调整。夏家公铁立交桥跨铁路跨空心板拼空心板拼接横断面示意如图3所示。

图3　夏家公铁立交桥跨铁路跨新老桥拼接横断面示意

另外，跨铁路的新老桥纵向湿接缝必须进行特殊设计。新老桥纵向湿接缝施工浇筑时最理想的状况是老桥封道，但这种理想的施工条件在多数实际工程实践中很难达到，一般只能实行交通管制，慢速通行。为此，通常对拼宽桥纵向湿接缝施工设计都提出了施工要求，即为了保证湿接缝的混凝土浇筑质量，在浇筑纵向湿接缝混凝土前，新老桥梁板上下必须用型钢把梁板夹紧，进行临时固结，以保证浇筑混凝土期间新老桥梁板变形一致。而跨铁路的梁下是不容许放置型钢的，故为了保证新老桥纵向湿接缝的混凝土浇筑质量，对梁的纵向湿接缝进行了特殊设计[5]。虽然增加了费用，但解决了拼宽桥难题，保证了纵向湿接缝的混凝土浇筑质量。夏家公铁立交桥的空心板拼空心板湿接缝刚性连接示意如图4所示。

1.3拼宽桥与老桥的上部结构、跨径相同，但梁高不同

对拼宽桥跨路跨的拼宽宽度较大，桥面横坡引起的桥面高差也较大，桥下净高要求大于老桥净高的拼宽桥设计，可采用拼宽桥的上部结构和跨径与老桥相同，但梁高不同的设计方法。拼宽设计时，由桥面横坡引起的桥面高差一部分通过桥面铺装层来调整，另一部分通过调缓桥面横坡来调整。为使拼宽桥桥下净高高于老桥桥下净高，除了将拼宽桥的梁板在桥横向设计成平放，使横桥向梁底保持水平外，还要适当降低梁高(与老桥梁高相比)，对梁板进行特殊设计。如嘉兴至绍兴跨江公路通道北岸接线工程嘉兴1号枢纽7号桥设计[6]就是按照这种方法设计的。

图4　夏家公铁立交桥跨铁路桥跨新老桥空心板湿接缝刚性连接示意

嘉兴1号枢纽7号桥位于1号枢纽的A匝道上。匝道一端与新建的主线(嘉兴至绍兴跨江公路)相连接，另一端与已运营的乍嘉苏高速公路相连接。设计时因受条件限制，A匝道与乍嘉苏高速公路的连接处位于乍嘉苏高速公路沪昆公铁立交桥右幅桥上，故需对已在运营的沪昆公铁立交桥右幅桥进行拼宽。拼宽后的沪昆公铁立交桥在嘉兴至绍兴跨江公路通道北岸接线工程中称作嘉兴1号枢纽7号桥。拼宽方案是在老桥右幅的右侧作全桥不等宽拼宽处理。老桥全桥宽28 m，双向4车道，全长843.48 m。其上部结构为简支预应力混凝土空心板，桥面连续；边跨跨径20 m；主跨(第15跨)跨径30 m，跨越沪昆铁路；桥下净高6.8 m。下部结构为柱式墩台，钻孔灌注桩基础。拼宽桥的上下部结构与老桥一致，拼宽宽度为7.25 m。老桥修建后，桥下铁路进行了电器化改造，现有的桥下净高已经不能满足铁路部门的要求，故有关部门提出拼宽桥的桥下净高要高于老桥净高5 cm。为此，拼宽桥跨铁路跨设计时采取了以下措施：一是对30 m的预应力混凝土空心板梁进行了特殊设计，梁高采用115 cm，比老桥梁高减少了5 cm(老桥梁高120 cm)，设计计算结果能满足规范要求[2、7-8]；二是将拼宽桥的梁板在桥横向设计成平放，使横桥向梁底保持水平；三是桥面横坡由桥面铺装层来调整。因考虑到调整后的桥面铺装层最小厚度不能太小，故对跨铁路桥跨的拼宽部分的桥面横坡进行了适当调缓，由2%调至1.5%(老桥为2%)，把相邻前后2跨桥面横坡作为过渡跨，由2%过渡到1.5%，其余跨不变。另外，还对跨铁路的桥跨新老桥纵向湿接缝进行了特殊设计[5]。嘉兴1号枢纽7号桥跨铁路桥跨空心板拼空心板拼接横断面示意如图5所示。

1.4拼宽桥与老桥跨径相同，但上部结构和梁高都不同

对拼宽桥跨路跨的拼宽宽度大，桥面横坡引起的桥面高差也大，桥下净高要求不小于老桥净高的拼宽桥设计，可采用拼宽桥的跨径与老桥相同，但上部结构和梁高都不同的设计方法。因拼宽宽度大，引起的桥面高差也大，靠通过桥面铺装层调整、梁板在桥横向设计成平放和适当降低梁高(与老桥梁高相比)的方法已经不能满足桥下净高要求，故可采用与老桥不同的上部结构，比较多地降低梁高，满足桥下净高要求。如甬台温高速公路复线温州南塘至黄华段拓宽工程中的乐清高架桥设计[3]就是按照这种方法设计的。

图5　嘉兴1号枢纽7号桥跨铁路桥跨新老桥拼接横断面示意

乐清高架桥位于乐清市，横跨乐清市区，桥下道路众多。老桥全长8 777.06 m，宽24.5 m，双向4车道。拼宽桥设计时，采用对老桥左右两侧各拼宽8 m处理。老桥上部结构形式大多数为简支20 m预应力混凝土小箱梁结构，梁高1.0 m，一般6跨1联，桥面连续。拼宽桥宽8 m，桥面横坡2%，在左幅桥258～260跨(右幅桥257～259跨)、左幅桥282～283跨(右幅桥281～282跨)和左幅桥335～338跨(右幅桥334～337跨)处跨越现有地方道路。因桥下道路不允许下挖，且拼宽桥的桥下净高又不能降低，故只能从拼宽桥的梁高来解决。考虑到拼宽8 m后由桥面横坡引起的高差是0.16 m，拼宽桥梁高只能取0.8 m，小箱梁结构已经不适用，所以对跨越地方道路的所在联采用了梁高0.8 m的简支预应力混凝土空心板梁，桥面连续，1联跨数与老桥同。因空心板和小箱梁的刚度有较大差异，故为加强拼宽桥与老桥的横向联系和变形协调，对空心板梁进行了特殊设计，对顶板、腹板都进行了加厚，梁板之间采用桥面板刚性连接，如图6、图7所示。经过计算，在各种荷载组合下，拼宽桥空心板的抗弯、斜截面抗剪承载能力、应力、刚度均满足全预应力构件要求[2、7-8]。

图6　乐清高架桥新老桥空心板拼小箱梁横断面示意

图7　乐清高架桥新老桥空心板拼小箱梁湿接缝刚性连接示意

2满足净宽要求设计

对拼宽桥跨路桥跨的桥下净高不作要求，但桥下净宽不能小于老桥桥下净宽的拼宽桥设计，可采用拼宽桥与老桥的上部结构相同，但跨径和梁高都不同的设计方法。这种方法主要用在老桥与桥下道路是斜交，而桥墩又是正交布置的拼宽桥设计。如果采用拼宽桥的跨径与老桥相同，就无法顺利跨越桥下道路，桥墩会落在桥下道路上，减小桥下道路净宽。另外，为使拼宽桥的伸缩缝与老桥伸缩缝在同一条直线上，新老桥跨路部分的上部结构1联长度应相同。如甬台温高速公路复线温州南塘至黄华段拓宽工程中的乐清高架桥设计[3]就是按照这种方法设计的。

乐清高架桥老桥在左幅桥第10跨(右幅桥第13跨)处跨越现有地方道路。老桥桥下净高有富余，净宽无富余，老桥与桥下道路斜交53度。跨路部分老桥上部结构采用16 m+20 m+16 m三跨1联现浇钢筋混凝土连续箱梁(左幅桥第10～12跨3跨1联，右幅桥第11～13跨3跨1联)，下部结构左幅桥10、11号墩和右幅桥11、12号墩采用独柱墩，其余采用双柱墩。乐清高架桥左幅桥第10跨(右幅桥第13跨)拼宽前桥下道路如图8所示。

拼宽桥设计时，为了顺利跨越桥下道路，并使新老桥的伸缩缝在同一条直线上顺利对接，跨路部分这一联上部结构采用与老桥相同的结构(现浇钢筋混凝土连续箱梁)，1联跨数和长度也相同(左幅桥第10～12跨3跨1联，右幅桥第11～13跨3跨1联)，但跨径不同。拼宽桥跨径调整为19.5 m+16.5 m+16 m三跨1联，下部结构左幅桥10号墩和右幅桥12号墩采用独柱墩，其余采用双柱墩。这样拼宽桥的桥墩可避开原有桥下道路的行车道，满足桥下道路的净宽要求。乐清高架桥9～13跨桥跨布置平面示意如图9所示。

图8　乐清高架桥左幅桥第10跨(右幅桥第13跨)拼宽前桥下道路

考虑到新老桥上部结构跨径不一致，故在上部结构设计时，对连续箱梁的拼接设计进行了详细的有限元模拟计算[2.7.8]。验算表明，各种荷载组合下，湿接缝的抗弯、斜截面抗剪承载能力和裂缝宽度均满足规范要求。乐清高架桥现浇箱梁拼现浇箱梁横断面示意和湿接缝刚性连接示意分别如图10、图11所示。

图9　乐清高架桥9～13跨桥跨布置平面示意

图10　乐清高架桥新老桥现浇箱梁拼现浇箱梁横断面示意

图11　乐清高架桥新老桥现浇箱梁拼现浇箱梁湿接缝刚性连接示意

3结束语

本文介绍的几种拼宽桥设计方法都是针对分离式立交桥拼宽设计提出的，基本上包含了目前分离式立交桥拼宽设计中经常采用的设计方法。多年来的工程实践表明，这些设计方法切实可行，安全可靠，可在分离式立交桥拼宽设计中推广应用。

参 考 文 献

[1]交通运输部公路局、中交第一公路勘察设计研究院有限公司.JTG B01—2014公路工程技术标准[S].北京：人民交通出版社，2014.

[2]中交公路规划设计院.JTG D60—2004公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3]浙江省交通规划设计研究院.浙江省甬台温高速公路复线温州南塘至黄华段工程两阶段施工图设计文件[Z].杭州：浙江省交通规划设计研究院，2013.

[4]浙江省交通规划设计研究院.浙江省杭州(红垦)至金华高速公路改扩建两阶段施工图设计文件[Z].杭州：浙江省交通规划设计研究院，2013.

[5]祁军强.跨铁路拼宽桥拼接方案设计研究[J].公路交通技术，2014(1)：68-70.

[6]浙江省交通规划设计研究院.嘉兴至绍兴跨江公路通道北岸接线两阶段施工图设计文件[Z].杭州：浙江省交通规划设计研究院，2009.

[7]中交公路规划设计院.JTG D62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[8]路桥集团第一公路工程局.JTG/T F50—2011公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2011.

Introduction of Widening Design of Separated Overpasses in Reconstruction and Expansion Project

QI Junqiang

Abstract:With multiple project designs that have been implemented as examples, this paper introduces various widening design methods for separated overpasses in reconstruction and expansion projects, and presents the problems encountered during design and the corresponding solutions.

Keywords:separated overpass; widening design; design example

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.03.019

收稿日期：2016-02-15

作者简介：祁军强(1959-)，男，浙江省绍兴市人，本科，高工。

文章编号：1009-6477(2016)03-0084-06中图分类号：U442.5

文献标识码：A