浅析桥梁扩建横向连接及拼接方案

　　[摘要].本文主要简单介绍桥梁桥梁扩建横向连接及拼接方案，首先提出桥梁拓宽的要求，然后论述加宽桥与原桥之间横向连接的方式及桥梁拼接方案，最后简单介绍设计的原则。
　　[关键词]桥梁拓宽，桥梁扩建，拼接，桥梁拓宽
　　
　　一、桥梁扩建横向连接及拼接的要求
　　连接形式及特征一览表
　　连接方式 构造 受力特征 特点
　　不连接（广义连接） 利用伸缩缝或填缝连接新老构造 不传递内力，新老结构互不影响 受力明确，但容易破坏，维护量大，或造价高
　　铰接 利用假缝处钢筋连接形成铰，或仅桥面板连接，受力状态类似于铰 传递剪力，不能传递弯矩，新老结构影响较小 受力较明确，可忽略新老构造间的相互作用，桥面连续，适用性好
　　半刚接 采用深铰或加厚的桥面板连接 不仅能传递剪力，还传递部分的弯矩 受力不明确，但较好地解决不均匀沉降引起的开裂，新结构对原有构造能形成一定加固作用，桥面平顺
　　刚接 采用横梁或全断面连接 能传递剪力和弯矩 不均匀沉降影响较大，受力不明确，可以确保桥面平顺。连接的技术难度大
　　
　　1.1对于桥下净空受限的主线上跨桥，通过调整被交道纵坡或适当降低上部结构建筑高度的方案进行扩建，以使桥下净空满足规范要求。
　　1.2被阻断、破坏的既有设施(水管、过桥管线、人行道)，本次设计应根据地方需要，考虑恢复与改移。
　　1.3拼接方案选择应充分考虑施工对行车的影响，并考虑维持交通施工方案的合理。
　　1.4铺装厚度应尽可能与老桥保持一致。
　　1.5横隔板属于强连接构造，能加强横向联系，减小横向分布系数，从而分担主梁单梁荷载。但其适应变形能力底，容易造成较大应力集中而被破坏。建议新老拼接部位不宜采用横隔板，而采用边梁形式。新建结构之间可采用横隔板。
　　1.5湿接缝是新老结构拼接的重要构造，起到连接新老结构桥面板的作用，为了减小新老结构不均匀沉降，湿接缝应在新结构施工完毕后预压三个月后进行。
　　1.6湿接缝尽量采用标准构造，以便标准化设计和施工。
　　
　　图2标准湿接缝示意图
　　
　　1.7湿接缝及梁内预埋的横向连接钢筋应不小于φ16，纵向钢筋不小于φ12。
　　
　　二、桥梁拼接方案
　　
　　2.1空心板扩建方案
　　2.1.1改造边板为中板（铰缝铰接）
　　首先将现浇桥面板横向从翼缘边缘往内50cm范围凿除，扳起横向钢筋，切（凿）去翼缘，再从预制板顶面往下一定深度，从板外侧往内4～5cm范围内凿去砼，并凿毛侧面，与之相连一块新的中板。本方案的优点是拼接后桥的整体受力好，施工期不需移动边板，对交通干扰小，但改造边板需要凿除悬臂和部分梁体，施工难度较大，造价较高，凿除部分旧空心板边板时对旧桥产生一定程度的损伤；需特殊设计空心板。
　　2.1.2利用原边板（铰缝铰接）
　　拆除原边板，连同护栏（或废除护栏）横移到新加宽桥外侧，作为加宽后的边板，在加宽部分安装新的中板，浇筑铰缝，最后浇筑现浇调平层。
　　2.1.3直接拼加新板（铰缝铰接）
　　不改造旧桥边板，保留其悬臂，新桥板直接与旧桥边板连接，利用旧桥边板钢筋或植筋,与新桥边板预埋连接，并与桥面铺装共同形成新旧桥连接，达到共同受力，本方案对原桥结构扰动最小。尽可能的避免改造过程中对旧桥边板的破坏。本方案的优点是施工难度小、周期短，对交通干扰小，对旧桥板破坏小，较好的保持其承载能力，缺点是整体性差，新旧桥之间的连接较弱，容易出现纵向裂缝。
　　2.1.4直接拼加新板（铰缝刚接）
　　本方案与上方案比较相似，但主要区别在于新旧桥边板的连接方式，方案三主要通过埋设钢筋或植筋和整体化层部分钢筋连接新旧桥梁，而本方案采用横梁与桥面铺装共同连接，横梁宽度50cm，每2m设置一道。施工前将旧桥边缘120cm范围桥面铺装及整体层凿开，在横梁范围内旧桥边板植筋，新桥边板预埋钢筋，浇筑C40特快硬性混凝土至整体层顶面。本方案的优点是拼接后桥的整体受力好，连接较牢固，可避免纵缝，对行车影响较少，缺点是施工难度较大，造价较高，对新旧桥的结构受力影响较大。
　　2.2组合工字梁、T梁的扩建方案：
　　2.2.1原边梁改造为中梁
　　将原桥边梁外侧翼缘中宽25cm范围砼凿除，暴露原受力钢筋，并与加宽桥I字梁、T梁翼缘横向伸出钢筋对应焊接，然后浇注桥面板砼。原边梁外侧无横梁伸出，需要植筋增设横梁。在加宽桥中横隔梁处横向增设预应力精扎螺纹粗钢筋；端横隔梁横处，在梁底采取凿除原有支座上钢板，加焊钢板的方法连接，最后浇注砼，使两梁连接。
　　2.2.2利用原有边梁
　　拆除原桥边梁，连同其上护栏（或废除护栏）一起横移到加宽桥外侧，作为加宽桥的外边梁，原边梁位更换为中梁，并与加宽桥中梁连成一体。此方法优点是拼接加宽后两拼接中梁间横梁与其它中梁连接相同，不须另改、加横梁。但拆除边梁对旧桥结构整体性扰动较大，且保证边梁拆除质量有一定难度。
　　2.3箱梁桥扩建方案
　　2.3.1翼缘植筋连接方案（翼缘刚接）
　　本方案为工可推荐方案，具体做法为：拆除防撞护栏并凿除外侧翼缘板50cm范围内的混凝土，露出翼缘板钢筋，与新建箱梁翼缘伸出钢筋焊接，翼缘下侧植筋并与新建箱梁翼缘伸出钢筋焊接，而后浇注砼连接。该方案植筋时对旧桥箱梁造成一定影响，在箱梁翼缘板底部植筋施工难度较大，对翼缘造成破坏，影响使用效果，因而在此方案基础上提出取消悬臂植筋，保留腹板顶部植筋的优化措施。
　　2.3.2翼缘钢筋连接方案（翼缘铰接）
　　本方案具体做法为：拆除防撞护栏并凿除外侧翼缘板50cm范围内的混凝土，露出翼缘板钢筋，在新旧桥翼缘间绑扎“X”型钢筋与之焊接，同时加布横向连接钢筋，而后浇注混凝土连接。
　　该方案对旧桥影响较小，施工简单、方便，施工费用较低，但对铰缝施工要求高,容易出现因新旧桥位移差过大而导致桥面砼开裂，影响使用效果。
　　2.3.3翼缘钢板连接方案（翼缘刚接）
　　本方案具体做法：先凿除旧桥护拦及规定范围内桥面铺装，在旧桥指定位置植入钢筋和预埋钢板，并在新桥施工时预埋钢板，连接时将新旧桥预埋钢板用钢板焊接即可。本方案与“翼缘直接拼接方案”相似，不同之处为，新旧桥梁翼缘间的连接完全通过钢板焊接实现，不再浇筑混凝土。该方案连接强劲，受力比较明确，养护费用较低，但工艺较复杂，对钢板的焊接工艺要求较高，新桥沉降对旧桥影响较大，用钢量大，施工费用较高。
　　三、加宽桥与原桥之间横向连接的方式
　　桥梁扩建部分原则上采用与原桥相同的结构形式和跨径，从而使新旧桥梁刚度基本相同。在荷载作用下，新旧桥梁结合部产生扰度差较小，在桥面不易出现纵向裂缝；同时，新旧桥梁结合部应加强桥面铺装层钢筋网布置，以便桥梁形成较大刚度，使新旧桥梁能够共同作用。加宽桥与原桥之间横向连接方式是桥梁加宽成败与否的主要因素，桥梁扩建的横向连接有三种方式：
　　3.1上部构造与下部构造均不连接
　　此方案为桥梁加宽部分与原桥的上部构造、下部构造不连接，新老结构之间留工作缝，桥面沥青混凝土铺装层连续摊铺。加宽桥与原桥各自受力明确、互不影响，简化了施工程序，消除了连接的技术问题，但在汽车活载作用下两桥主梁产生不均衡扰度，同时由于加宽桥后期沉降大于原桥，将会造成两桥连接部位沥青铺装层破坏，从而形成纵向裂缝和横桥向错台，影响行车舒适性和桥面外观，增加后期养护维修工作。广佛高速公路扩建多数桥梁采取了此种扩建方式，运营结果表明桥面铺装层极易破坏，纵向裂缝随着沥青铺装层啃边现象的发展日益扩大。
　　3.2上部构造与下部构造均连接
　　将加宽桥梁的上部构造与原桥的对应部位横桥向通过植筋、浇筑湿接缝方式连接起来，原桥下部构造的桥墩、桥台盖梁及系梁也通过植筋等技术措施将钢筋和加宽新桥相应部位钢筋连接，然后浇注混凝土，使新老桥梁连成整体。
　　此方案使加宽桥与原桥形成完整的一体，减小各种荷载（包括基础不均匀沉降、汽车活载、温度荷载等）作用下新老桥连接处的不均衡变形，减小上、下部结构的附加内力。主要缺点为新老桥的上部混凝土梁变形（如混凝土收缩、徐变等）不一致，加宽桥基础沉降大于原桥基础沉降，由此产生的附加内力较大，易造成下部构造的盖梁、系梁、墩台连接处产生裂缝；同时上部构造连接处也可能出现裂缝，影响行车、桥面美观性，增加维护工作量。此外，下部构造采用植筋连接技术，工程成本较高。
　　3.3上部构造相互连接、下部构造不连接
　　本方案综合了上述两种方案的优缺点，采用加宽桥与原桥上部构造横向相互连接而下部构造不连接。下部结构不连接，加宽桥与原桥的下部结构内力相互不产生影响；虽然上部结构连接后，由于新老桥材料特性（混凝土的收缩、徐变等）的差异和基础的不均匀沉降等原因产生的附加内力使得连接部位内力增大，但可以通过增加桩长、预压新建结构、延迟接缝浇筑时间、增大连接部位配筋等改善构造来解决。确保了行车的舒适性和桥面美观。该拼接方式已在国内多个扩建工程中采用，使用情况较好，如海南东线高速公路、浦珠路、沪宁高速公路等已通车多年，未出现桥面纵向裂缝。目前“上部构造相互连接、下部构造不连接”的扩建方式得到国内专家、同行的肯定。
　　四、设计的原则
　　4.1横向组合后的桥梁应满足整体使用要求。
　　4.2组合桥梁的各组合部分应采用同一荷载等级。新建结构连接原有结构的桥梁应对原有结构部分进行验算，应与新建结构满足相同的荷载标准。
　　4.3桥梁各横向组合部分宜采用相同的结构形式和跨径。为最大限度地发挥结构抗力，应尽量加强横向联系。
　　4.4当横向各组合部分为不同的结构形式或跨径时，存在横向刚度差，为避免应力集中，应采用铰接或不连接等弱连接形式，弱化横向联系，同时加强纵向刚度，以确保结构的受力安全。
　　4.5宽拼接桥（拼接部分＞5m）的拼接方式：拼接部分基本为独立受力模式，原则上采用上部构造弱连接，下部构造不连接方式。窄拼接桥（拼接部分≤3m）的拼接方式：拼接部分难以独立受力或独立受力性能不佳，需要与原结构共同受力，原则上采用上部构造强连接、下部构造连接方式。介于二者之间的情况可根据具体情况采用合适的拼接方式。
　　4.6拼接桥梁应注意桥路配合，当桥梁位于平曲线上时，左右加宽桥须按相应曲率布置。位于纵坡处，加宽桥应与原桥纵坡拟合一致。
　　4.7拼接桥的基础形式考虑到减小对老桥基础的影响，原则上采用桩基础；当地基条件较好时，也可采用与原桥相同的基础形式，但应注意考虑减小结构沉降的措施。
　　4.8当拼接桥新老结构均为摩擦桩时，拼宽部分新桥桩长应比原有老桥桩长长。
　　
　　结束语
　　随着我国改革开放和经济建设的飞速发展，公路和城市道路的现代化建设也在加快进程。大量早期建成投入运营的公路桥梁，服务水平已明显降低，难以满足日益增长的交通要求，存在严重的问题，如交通拥挤、行车速度减慢、交通组织困难、日常养护工作也难以正常展开，严重制约了快速通道的作用发挥，已成为公路运输线上的“瓶颈”，不利于沿线经济的长期可持续发展。.
　　参考文献
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