高速公路改扩建工程桥梁拼宽方案研究

肖永杰

摘要 文章以G3京台高速公路蚌埠互通至路口段改扩建工程上跨武店铁路立交桥为背景，辅以有限元软件建立预应力混凝土桥梁模型进行受力分析，对高速公路改扩建工程桥梁拼宽方案进行研究。结合该项目路线方案，桥梁改造方案采用相等跨径在既有桥梁两侧分别进行加宽拼接的方式。上跨铁路桥梁既要满足总体道路设计要求，也要保证铁路运营安全。

关键词 改扩建工程；桥梁拼宽；有限元模型；上跨铁路

中图分类号 U418.8文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）06-0089-03

0 引言

随着我国交通行业的不断发展，高速公路已经四通八达，一些现有的高速公路已经无法满足持续增长的交通需求，为缓解交通压力，需要对高速公路进行改造和扩建。桥梁拼宽设计中，需要考虑多方面的因素，如结构受力、施工技术、交通组织、造价等因素。该文依托安徽省G3京台高速公路蚌埠互通至路口段改扩建工程上跨武店铁路立交桥，对桥梁拼宽方案进行研究。

1 项目背景

该项目路线起于蚌埠互通北侧顺接G3京台高速合徐北段，向南上跨水蚌铁路，下穿合蚌高铁及S17蚌淮高速，经武店镇东上跨武店铁路，之后继续向南下穿S12滁新高速进入合肥市境内，终点位于路口枢纽互通立交。根据路线走向，该项目在道路里程K918+492.61处采用分离式立交桥上跨武店铁路。

既有G3京台高速公路蚌埠互通至路口段为双向四车道标准设计，原桥梁整幅宽度27.5 m，该次改扩建方案采用双向八车道标准设计，改建后桥梁整幅宽度41.5 m。

2 桥梁拼宽设计原则

（1）桥梁拼宽方案的确定要依据结构的受力特点、施工工艺和交通组织等因素，在保证安全的情况下，综合考虑成本和老桥利用的原则。

（2）桥梁拼宽方案基于项目建设期间整个工程交通组织设计，遵循安全、耐久、适用、经济的原则进行设计。

（3）拼宽桥梁上部结构采取相等跨径进行加宽，下部结构依据地质情况选用合适的构造形式，桥墩采用双柱式墩，并采用沉降量小的桩基础作为拼宽新建桥梁的下部结构基础，以此减少新老桥不均匀沉降产生的附加内力。

3 桥梁拼宽方案比选

拼宽新建桥梁与既有桥梁之间横向拼宽模式是桥梁拼宽成败与否的主要因素，通过对相关高速公路改扩建的成功经验，经过分析，现将既有桥梁拼宽的三个方案分析如下：

3.1 上部结构与下部结构均不相连

拼宽设计中为减小新老桥梁连接的施工难度，且保证拼宽新建桥梁与现有桥梁各自受力明确，互不影响，桥梁加宽部分与既有部分的上部结构和下部结构均不相连。

此拼宽方案可使施工流程简化，同时也能有效解决新老桥梁连接的工艺问题，但拼宽桥梁的后期沉降大于既有桥梁的沉降，此差异沉降将对改建桥梁造成方方面面的问题，如翼缘板负弯矩增大、桥面纵向裂缝、降低行车舒适性等。综合考虑实际情况，该项目改建桥梁不适宜采用上部结构与下部结构均不相连的拼宽方式。

3.2 上部结构与下部结构均连接

此拼宽方案将加宽桥梁的上部结构、下部结构与既有老桥对应部位通过翼缘板植筋，连接横向钢筋、纵向分布钢筋并浇注湿接缝的方式相连起来。上部结构与下部结构相互连接可以使拼宽新建桥梁与既有桥梁形成一个整体。

方案优点是将拼宽新建桥梁与现有老桥之间连接成一个整体，不足之处是新老桥梁差异沉降造成附加内力较大，容易使结构均产生裂缝，影响桥梁安全，外观不雅，并且维修困难。除此之外，新老桥梁的连接处理使工程成本增高，工期加长。根据该项目地质情况，该项目改建桥梁不推荐上部结构与下部结构均连接的拼宽方案。

3.3 上部结构相互连接、下部结构不连接

上部結构连接对下部结构产生的内力影响较弱，且下部结构没有相互连接，使得拼宽新建桥梁对既有桥梁的下部结构也不产生内力作用，但基础差异沉降产生的次内力会增大连接部位内力。考虑上部梁板结构与下部墩台基础相比刚度较小，通过对上部结构连接部位进行合理的结构设计及配筋，可以改善附加内力产生的裂缝等病害。此方案已在国内外多个改扩建工程中使用，目前运营状态良好。

3.4 桥梁总体拼宽方案选择

综合以上三种方案优缺点，推荐该项目桥梁采用“上连下不连”的拼宽模式，主要推荐理由如下：

（1）“上连下不连”的拼宽方案既可以满足加宽后的桥梁结构性能要求，又能使桥面混凝土铺装整体化施工，减少工期，保证改扩建后高速公路安全畅通的行驶需求。

（2）此拼宽方案可使桥梁下部结构墩台基础直至上部结构梁板均独立施工，有利于现场施工安排，保证高速公路改扩建施工进度。

（3）加宽桥梁与既有桥梁上部结构拼接部位的受力虽然受到新老桥梁基础之间不均匀沉降差的影响，但沉降差问题可以采用相应的技术方案解决，如拼宽新建桥梁墩台基础均采用桩基础，并且在施工中严格控制桩基沉渣厚度，减少桩基的沉降，并通过增加桩长、桩底注浆等措施尽可能减小新建桥梁的基础沉降。

4 上部结构连接方案

既有桥梁与拼宽桥梁间上部结构由现浇混凝土湿接缝将其连接形成一个整体，在对应既有梁板横隔板处设置一道横梁，加强其整体性。拼宽桥上部结构架设2个月后，再进行湿接缝浇筑连接，减少收缩徐变及基础差异沉降的影响。对新旧梁板拼宽设计的横向误差通过现浇段调整。

5 既有武店铁路分离立交桥拼宽方案

既有G3京台高速上跨武店铁路分离立交桥老桥为36 m×16 m空心板，柱式墩接扩大基础，桥台为U形桥台，基础为扩大基础。根据《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21—2011）[1]，全桥结构技术状况综合评分Dr=79.53/79.13，评定该桥为3类桥。

5.1 既有老桥上部结构验算

根据《高速公路改扩建设计细则》（JTG/T L11—2014）[2]

第3.0.8条及3.0.9条规定，既有桥涵极限承载能力应满足或采取加固措施后满足现行标准的要求，评价承载能力极限状态时应采用现行荷载标准。根据《铁路桥涵设计规范》（TB 10002—2017）[3]第3.7.3条规定：上跨铁路的公路桥“汽车设计荷载采用相应标准设计荷载的1.3倍”。计算考虑的情况如下：

原结构利用新规范根据检测结果折减0.8倍，并加上1.3倍活载计算。简称“原结构+新规+折减+1.3活载”。

5.1.1 正截面抗弯承载能力验算

正截面抗弯承载力荷载组合按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）[4]第4.1.6条规定执行，验算结果应符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）[5]第5.2.2条相关规定。主桥正截面承载能力极限状态强度验算结果如图1所示。

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）[5]第5.1.2-1条γ0S≤R验算，由图2可知，正截面弯矩荷载效应值在节点3～17的位置均大于抗弯承载力值，不满足规范要求。

5.1.2 正截面抗裂性能验算

根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）[5]第6.3.1条的规定，对A类预应力混凝土构件，在作用短期效应组合下计算结果如图2所示。

A类预应力混凝土构件，在作用（荷载）短期效应组合下，应符合下列条件：

σst?σpc≤0.7ftk （1）

由图2知：σst?σpc=11.32 MPa（拉应力）>2.4×0.8=

1.92 MPa（拉应力），不滿足规范要求。

通过计算，既有桥梁上部结构空心板正截面抗弯承载力和正截面抗裂性能检算均不能满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）[5]的要求。

5.2 既有老桥拼宽方案

G3京台高速公路蚌埠互通至路口枢纽段改扩建上跨武店铁路立交桥工程设计采用双幅桥梁上跨武店铁路，由于老桥建设年代久远，设计标准较低，并根据上述计算结论，结合桥梁检测结果为3类桥、运营期多次对该桥进行维修加固，且老桥不满足铁路净高要求，故该桥跨铁路联拆除重建，其余联上部结构空心板更换为矮T梁，下部结构利用（拆除原有盖梁，接长桥墩，新建桥墩盖梁），两侧新建拼宽桥墩，新建桥墩为桩柱式桥墩以减少桥梁差异沉降，新老桥墩不连接，U形桥台拆除，新建肋板式桥台。既有老桥拼宽方案如图3、图4所示。

6 结语

随着我国交通行业的快速发展，为缓解交通压力，高速公路改扩建工程也越来越多，桥梁拼宽方案也需要得到广泛应用。该文从工程实际出发，对高速公路改扩建工程桥梁拼宽方案进行研究。桥梁加宽必须建立在对老桥检测评定、加固维修与结构检算的基础上，综合考虑结构受力、施工技术、交通组织、造价等因素选择合适的拼宽方案。

参考文献

[1]公路桥梁技术状况评定标准： JTG/T H21—2011[S]. 北京：人民交通出版社， 2011.

[2]高速公路改扩建设计细则： JTG/T L11—2014[S]. 北京：人民交通出版社， 2014.

[3]铁路桥涵设计规范： TB 10002—2017[S]. 北京：中国铁道出版社，2017.

[4]公路桥涵设计通用规范： JTG D60—2015[S]. 北京：人民交通出版社， 2015.

[5]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范： JTG 3362—2018[S]. 北京：人民交通出版社， 2018.