市政桥梁拼宽设计

□文/陈志福

1 工程概况

既有泉州刺桐大桥北立交桥于2008 年9月建成，设计时速40 km/h，沥青混凝土路面，最大纵坡4.85%，最小纵坡0.233%；主要有三个定向匝道。A 匝道：刺桐大桥右转至坪山路，单向2车道，宽10.4 m。B匝道：江滨北路右转至坪山路，单向单车道，宽8.5m。C 匝道：江滨北路左转上刺桐大桥，单向2 车道，宽10.4 m。匝道桥上部结构采用直腹板预应力混凝土连续梁，下部结构大多数采用透空Y型墩，双肢之间采用多道横系梁连接。

改扩建工程新增刺桐大桥—江滨北路匝道，由刺桐大桥A 匝道分流，分流段竖向设计与刺桐大桥A 匝道纵断保持一致，设计终点与江滨北路衔接，拼接段竖向标高需与江滨北路衔。见图1。

图1 新增匝道平面

新增匝道采用3×30 m+4×30 m+3×30 m+20 m预应力混凝土连续箱梁，与刺桐大桥A 匝道采用变宽拼接，拼接宽度由3.05 m 逐渐增加到7.5 m。

2 工程地质情况

根据地质调查及钻探揭露，沿线各岩土体分布复杂，分布、厚度及风化程度变化大。杂填土，沿线均有揭露，层厚2.70～5.80 m；淤泥，沿线大部分钻孔有揭露，层厚为1.10～1.40 m；中砂，沿线钻孔均有揭露，层厚为6.70～12.80 m，层厚变化较大；中砂，沿线五个钻孔有揭露，层厚为1.60～8.70 m，层厚变化较大；卵石，沿线仅一个钻孔未揭露，层厚为1.40～9.60 m，层厚变化较大；砂土状强风化花岗岩，沿线四个钻孔有揭露，层厚为1.00～1.60 m；碎块状强风化花岗岩，沿线四个钻孔有揭露，层厚为0.80～4.80 m；中风化花岗岩，沿线两个钻孔有揭露，层厚为2.30～3.00 m；微风化花岗岩，沿线钻孔均有揭露，揭露层厚为5.20～8.80 m且未揭穿。

3 桥梁拼宽方式比选

旧桥改造拼接可选择的方法见表1。

表1 连接形式及特征

本工程以尽量不增加旧桥荷载负担为原则，切除旧桥拼接位置部分悬臂并植筋将新旧桥梁连接起来，尽量减少新加车道荷载对旧桥影响，同时让新旧桥形成共同受力体系，分担新加车道荷载和沉降荷载引起的剪力和部分弯矩。

对比各种桥梁拼接形式后，本桥推荐采用半刚性连接方式与既有桥梁拼接。该拼接方式桥面平顺，抗裂性好，维修周期长。

4 桥梁拼宽技术难点及对策

4.1 拼宽桥梁基础沉降

4.1.1 产生的问题

现状桥梁经过长期营运后，基础沉降趋于稳定，新建拼宽桥梁则发生沉降，在新旧桥梁基础之间会产生沉降差，沉降差会在结构拼接部位产生额外应力。若沉降差过大，产生较大的应力，拼接部位混凝土易沿桥梁纵向产生裂缝。

4.1.2 技术对策

1）降低新拼宽桥梁基础的沉降，减小沉降差，减小新旧桥梁之间基础之间由不均匀沉降对桥梁上下部结构拼接部位产生的应力。桩基础设计时应在保证桩基承载力的基础上，选择桩长与桩径之比较低值；在边界条件允许的情况下，群桩可采用相对较大的桩间距。这些都可以有效控制桩基的沉降值。

2）合理的选择拼宽桥上下部结构拼宽部位、拼接的施工工序以及施工措施。

本桥拼接段下部结构形式为2 根1.2 m 桩基础接承台、桩底嵌入微风化花岗岩岩层2.5倍桩径以上，满足基础承载力要求的同时，尽可能减少新建桥梁基础的沉降。新拼宽桥在成桥后施加二期恒载+0.3倍活载预压3 个月再进行接缝的连接，较少新旧桥在运营阶段的沉降差。

4.2 新拼宽预应力混凝土梁施工期间的上拱

拼宽桥梁上部结构采用预制PC 梁，预加力会使PC 梁体发生形变、跨中上拱，造成新旧桥梁梁体之间存在一定高差，无法拼接平顺。

由于预应力混凝土梁的钢束配置及预加力的控制值是按照成桥使用阶段来设计的，而在拓宽拼接施工阶段，只有预加力和梁自重作用，因而预应力混凝土梁的上拱值是较大的，随着后期恒载和车辆荷载作用以及混凝土收缩、徐变作用，上拱值才会减小，为保证新旧桥梁拼接时平顺，对架设至桥墩上的新拓宽梁施加压重，使新旧梁拼接部位在拼接前的标高接近，使拼接部位平顺。

4.3 新旧桥收缩徐变差导致的自应力

新旧桥建设时间相差4 a，新旧桥之间收缩徐变不一致。新桥建成后应尽可能晚施工湿接缝，本桥新拼宽桥梁施工完毕后预压3月，可有效改善新旧桥收缩徐变不一致的影响。

5 拼宽桥梁设计

5.1 拼宽前原有桥梁结构状态

原有刺桐大桥A匝道桥为主梁为PC连续箱梁，断面为单箱双室箱，经过现场调查及查阅相关资料可知，使用状态比较良好，不存在病害或缺陷。

5.2 主梁结构

主梁采用PC 连续箱梁，断面为单箱单室，梁高1.60 m，桥面横坡（超高）通过顶、底板斜置形成。箱梁顶宽7.5 m，底宽4.0 m，悬臂长度1.75 m；箱梁顶板厚0.25 m，底板厚0.22 m；跨中段腹板厚0.5 m，支点区域加厚到0.7 m；中横梁宽2.0 m，端横梁宽1.5 m，横隔板厚0.5 m，每跨跨中设置1道横隔板。

5.3 下部结构

全桥桥墩除1#墩采用实体墩，其余桥墩均采用透空Y型墩，双肢之间采用多道横系梁联结，以提高墩柱横向稳定性。顶端横系梁采用精轧螺纹粗钢筋预应力结构，精轧螺纹粗钢筋标准强度930 MPa，张拉控制应力770 MPa。墩柱截面尺寸0.75 m（横）×1.5 m（纵），外侧设置半径为15 cm 的圆角，分联墩墩顶扩大为2.0 m，以满足支座布置需要。桥墩基础承台厚度2.0 m，桩径1.2 m，桩基按嵌岩桩设计，桩尖完整进入微风化花岗岩深度≮3.0 m。承台顶面多在设计地面以下0.5 m。桥台为U型台，承台厚度2.0 m。

5.4 箱梁拼宽工艺

本桥拼宽采用湿接缝拼接形式，见图2和图3。

图2 湿接缝一般构造

图3 湿接缝钢筋构造

施工工艺：

1）拆除旧桥拼接端的护栏并切除切割悬臂0.5～1.0 m，施工新桥；

2）新桥成桥后施加二期恒载+0.3倍活载等值的压重，预压3月；

3）老桥植入连接筋、施工湿接缝连接段；

4）施工新桥桥面系及栏杆。

6 结语

随着我国经济建设和城市道路桥梁事业的发展，旧桥拼宽建设项目越来越多，旧桥拼宽改造在工程建设中已不可避免。如何使新旧桥形成共同受力体系，尽量减少对旧桥的影响，确保桥面平顺、行车舒适是桥梁拼宽设计中的关键所在。本文所述刺桐大桥—江滨北路匝道已通车多年，整体运营良好，可为同类型的桥梁拼宽设计提供参考。