高速公路改扩建工程新旧桥临时拼接方案研究

周勇，韩冬

(中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430056)

1 概述

沈海高速公路水口至白沙段是国家高速公路网G15沈阳至海口国家高速公路的一段，全长125.2 km，按速度120 km/h、路基宽度28 m、双向四车道高速公路标准设计，于2003年9月建成通车。该项目改扩建后为双向八车道，路基宽度42 m。全线大、中、小桥均采用新旧桥整体拼接的方式扩建，上部结构形式主要为8、10、13、16、20 m预制简支空心板。

2 改扩建桥梁临时拼接的意义

该项目改扩建桥梁总体上采用“上部结构连接、下部结构不连接”方式进行拼接。桥梁整体式拼接时新建桥梁宽度不仅要考虑路基标准横断面的要求，还要考虑施工期间交通组织保通的需要。目前中国高速公路改扩建项目中，新建拼接桥梁单侧宽度一般为9.0～9.5 m，以满足在新旧桥永久拼接之前单幅双向四车道通行的要求。为节约工程造价，减少征地拆迁，该项目桥梁拼接宽度仅按照扩建后路基标准宽度确定，两侧各拼宽7 m；10～20 m跨径空心板桥梁因梁板布置需要，两侧各拼宽7.5 m。

在交通组织总体方案第三阶段，右幅桥梁封闭交通施工，将交通转换至左幅桥梁双向四车道通行,限速60 km/h；此时左幅新旧桥因车辆通行梁板振动影响拼接处现浇段施工质量以及部分桥梁上构需要顶升等原因尚未拼接，而左幅新建拼接桥梁宽度仅为7 m或7.5 m，无法单独满足两车道通行，故新旧桥需临时拼接，以确保左幅双向四车道通行。

按照大中桥纵断面维持不变，小桥纵断面同路基段抬升10 cm的总体原则，左幅旧桥设计高程在改造前与左幅新建拼接桥相差较小，有利于新旧桥临时拼接方案的实施。左幅双向四车道临时通行期间，新建拼接桥梁直接利用现浇整体化层通行(不加铺沥青铺装)，如图1所示。8、10、13、16、20 m空心板临时拼接横断面示意图分别如图2、3所示。

图1 第三阶段桥梁段交通组织示意图(单位：cm)

图2 8 m空心板临时拼接横断面示意图(单位：cm)

图3 10、13、16、20 m空心板临时拼接横断面示意图(单位：cm)

3 新旧桥梁临时拼接方案

新旧桥临时拼接方案既要满足施工阶段单幅双向四车道通行的“保通”要求，也要考虑临时拼接施工及后续拆除的便利性，鉴于新旧桥梁板之间间距不大，故采用钢筋混凝土结构连接新旧桥整体化层的方式实现临时连接，即拆除原有护栏，将旧桥整体化层凿除，设置钢筋网与新旧桥竖向剪力筋连接后，再浇筑C30混凝土；并在新旧桥拼接处设置切缝，以适应新旧桥之间的扰度差变形。如图4所示。

拆除原有护栏后，在距离旧桥边缘处设置临时护栏(图4)。此时，旧桥桥宽被占用2 m，临时护栏与新桥外侧护栏之间的净宽为8.5 m或9.0 m，满足单向两车道通行的要求。被占用的旧桥宽度无法单独满足一辆车的两车轮同时作用于旧桥上，避免了旧桥边板作用活载过大，导致其承载能力无法满足要求的状况。

4 旧桥边板承载能力的验算

新旧桥临时拼接后，单幅双向四车道通行。对旧桥而言，除了旧桥上行驶的车辆外，拼接桥梁上行驶的部分车辆轮迹线也可作用于旧桥边板(图5)；如此，旧桥边板的横向分布系数相对于原设计发生了变化，故需验算旧桥边板在最不利汽车活载工况下的承载能力。与成桥阶段不同，因临时拼接处易开裂，故偏安全不考虑旧桥上汽车活载产生的弯矩和剪力横向传递至新建拼接桥上。

图4 新旧桥临时拼接方案图(单位：cm)

首先按照铰接板法计算旧桥边板的横向分布影响线，再按照最不利汽车荷载工况横向布置车辆，以计算旧桥边板的最大横向分布系数(图6)；然后根据原有设计规范JTJ 023-85《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，采用桥梁博士V3.6版计算边板的承载能力是否满足要求。

布载方案1：拆除旧桥护栏，设置临时护栏后，按对旧桥边板的最不利工况布载。旧桥横向最多可布置3辆车，新拼宽桥梁可布置2辆车，其中靠近旧桥一辆车的一个车轮作用于旧桥边板悬臂上。

按布载方案1，各跨径边板承载能力验算结果如表1所示。

图5 车辆横向布载示意图(单位：cm)(布载方案1)

至临时拼接处旧桥边板翼缘板外边缘/cm

表1 各跨径边板承载能力验算结果(布载方案1)

由表1可知：在布载方案1下，8、13、16、20 m边板承载能力不满足要求。

布载方案2：考虑到改扩建施工期间，可进行交通管制，通过锥形桶或水马等临时设施，将旧桥车辆限制在原有行车道上行驶，远离旧桥外边板，此时旧桥横向仅可布置两辆车，故按照对旧桥边板最不利汽车活载工况横向布置车辆(图7)，计算各跨径旧桥边板的横向分布系数。

布载方案2下，各跨径边板承载能力验算结果如表2所示。

由表2可知：在该车辆布载工况下，边板承载能力基本满足要求，故建议在单幅双向四车道临时通行期间，对交通进行管制，使旧桥上车辆按照原有车道行驶。

5 旧桥边板悬臂承载能力的验算

旧桥边板悬臂承载能力的验算选取悬臂根部作为控制截面进行计算，不考虑现浇层参与结构受力，按照原有设计规范进行验算。结果见表3。

从表3可知：在现浇层不参与结构受力情况下，8、10 m空心板悬臂无法满足承载能力要求，故建议临时拼接时，凿除现浇整体层后，在旧桥边板顶部增设横向钢筋，并通过竖向剪力钢筋与旧桥连接，加强悬臂抗弯承载能力。

图7 车辆横向布载示意图(单位：cm)(布载方案2)

至临时拼接处旧桥边板翼缘板外边缘距离/cm

表2 各跨径边板承载能力验算结果(布载方案2)

表3 各跨径边板悬臂承载能力验算

6 结语

该项目桥梁拼接宽度仅按照扩建后路基标准宽度要求，单侧拼接7 m或7.5 m，无法满足施工期间单幅双向四车道通行的保通要求，故需对新旧桥进行临时拼接。通过采取限制旧桥上行车道位置等交通管制措施，使车辆远离外边板，减小其横向分布系数，使旧桥边板及悬臂结构基本满足施工保通承载能力要求。

成桥阶段，按照梁板极限承载能力满足现行标准要求、正常使用极限状态满足原设计标准要求的原则对旧桥梁板进行结构验算，并结合桥梁检测结论，8、10 m跨径空心板需进行换板处理；13、16、20 m跨径梁板无需加固可直接利用，其中外边板作为成桥阶段的中板使用。新旧桥临时拼接方案既解决了交通转换期间保通的问题，也可以避免桥梁超宽设计，从而节约工程造价，减少征地拆迁。新旧桥临时拼接方案适用于改扩建前后路线平纵面变化不大的情况，当平纵面有较大变化时，新拼接桥宽需要综合考虑交通组织保通需要确定。