公路橋梁拓寬拼接設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題分析

聞龍

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路交通流量越來越大，造成既有公路運(yùn)輸無法滿足現(xiàn)有交通需求。為改善這一不利現(xiàn)狀，公路拓寬已成為緩解交通壓力的重要手段。在公路拓寬建設(shè)中，橋梁工程的拓寬拼接是其中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在役橋梁拓寬拼接后，新舊橋梁的力學(xué)性能將會(huì)互相影響、互相制約，給橋梁拓寬拼接設(shè)計(jì)與施工均帶來了較大挑戰(zhàn)。因此，合理的拓寬拼接方式尤其重要，不僅可以保證拓寬拼接橋梁的協(xié)同變形與受力，還能有效提升公路通行能力。

關(guān)鍵詞：公路橋梁;拓寬;拼接;問題

引言

近年來，隨著城市化的快速推進(jìn)和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，城市公路橋梁也不斷地向外拓展和延伸，相應(yīng)地對(duì)城市公路橋梁改造的需求也在不斷提高。作為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，公路橋梁改造可以為車輛行駛的安全性提供保障，但在同時(shí)也會(huì)對(duì)周邊的環(huán)境造成比較大的影響，因此在改造設(shè)計(jì)過程中需要對(duì)目標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境影響進(jìn)行綜合考慮和權(quán)衡。

1公路橋梁拓寬拼接的基本原則

（1）在對(duì)橋梁進(jìn)行加寬改造的過程中，需要對(duì)現(xiàn)有的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分利用，避免出現(xiàn)不必要的費(fèi)用支出;（2）在完成加寬改造后，橋梁上下部結(jié)構(gòu)必須能夠與舊橋保持一致，新舊橋梁的受力狀態(tài)、溫度變形等也應(yīng)保持一致;（3）如果舊橋梁本身存在較多問題，在加寬改造過程中，應(yīng)采用分離式新建橋的方式，而不能直接在現(xiàn)有橋梁的基礎(chǔ)上進(jìn)行拼接;（4）需要擴(kuò)大基礎(chǔ)的橋梁，在改造過程中必須對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行特殊處理，提升基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。

2橋梁拓寬拼接方案

2.1上下全部連接

這種加寬方式是對(duì)加寬方式和舊橋的上下結(jié)構(gòu)都進(jìn)行連接，加寬區(qū)域和舊橋的連接采用的是橫梁植筋的方式，然后通過澆筑形成整體，可以有效避免連接區(qū)域形變的問題。主梁的連接可以通過橫隔梁和翼板實(shí)現(xiàn)，也可以單純地連接翼板。一般情況下，不會(huì)在僑聯(lián)設(shè)置分隔帶，而在拆除欄桿和人行道后，舊橋邊梁承受的荷載量會(huì)增大，容易出現(xiàn)邊梁無法承受壓力的情況。對(duì)此，應(yīng)做好新舊主梁的剛性連接，保證各區(qū)域之間受力的合理性，新主梁的剛度應(yīng)超過舊主梁。在實(shí)際應(yīng)用中，上下全部連接的加寬方式也存在一定的不足，即原橋梁基礎(chǔ)沉降較小，附加內(nèi)力大，橋梁上下方連接區(qū)域很容易出現(xiàn)開裂的情況，想要再次修復(fù)難度很大，而且植筋作業(yè)的施工比較繁瑣，成本造價(jià)高。

2.2上下全不連接

這種加寬方式是將舊橋梁和加寬區(qū)域的上下部分全部分離，對(duì)間隙進(jìn)行合理控制，通過橋面鋪裝實(shí)現(xiàn)兩者的有效連接。該方案能夠?qū)⑿屡f橋的橋面和梁分離，留出一定空間，兩者的受力互不影響，橋梁上方也不會(huì)出現(xiàn)基礎(chǔ)沉降以及收縮徐變的情況?？紤]到橋梁承載力要求變高后，舊橋主梁可能無法達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)，因此該方法適用于加寬區(qū)域可以獨(dú)立設(shè)置車道，同時(shí)經(jīng)分隔帶分離的橋梁。對(duì)于大跨徑橋梁，受各種因素的影響，連接面加固的技術(shù)要求較高，可以采用上下全不連接的方式，因?yàn)槠洳淮嬖诩夹g(shù)層面的困擾，操作相對(duì)簡(jiǎn)單。但受車體活載情況的影響，加寬后的橋梁沉降比舊橋更大，新舊橋梁撓度的不同步容易在鋪裝區(qū)域引發(fā)開裂問題。

3混凝土收縮徐變

事實(shí)上，混凝土的收縮與徐變是完全不同的2個(gè)概念。收縮是指在混凝土凝結(jié)初期或者硬化過程中出現(xiàn)的一種體積縮小的現(xiàn)象;而徐變是指混凝土在長(zhǎng)期荷載作用下所產(chǎn)生的變形。據(jù)相關(guān)研究，混凝土收縮徐變的影響因素主要有混凝土的齡期、構(gòu)件厚度、水灰比、空氣濕度、環(huán)境溫度等。收縮徐變過程除了會(huì)導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失，還會(huì)影響梁體結(jié)構(gòu)的線形?；炷潦湛s徐變對(duì)新舊橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要是新舊橋梁的齡期差造成的。根據(jù)我國《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》，橋梁需要考慮10a的混凝土收縮徐變的影響。對(duì)于拓寬拼接橋梁，舊橋相對(duì)于新橋齡期較長(zhǎng)，大多數(shù)情況下超過了10a，因此，新舊橋梁混凝土收縮徐變并不同步，可以近似認(rèn)為舊橋相對(duì)于新橋不發(fā)生收縮徐變，這將會(huì)導(dǎo)致拓寬拼接后的新舊橋梁在結(jié)構(gòu)受力與變形方面產(chǎn)生差異，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題，嚴(yán)重情況下會(huì)威脅行車安全。在開展橋梁拓寬拼接設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮新舊橋梁混凝土收縮徐變差異對(duì)結(jié)構(gòu)附加內(nèi)力的影響，并采取一定的技術(shù)措施來保證舊橋結(jié)構(gòu)的承載力與剛度，從而保證橋梁安全。實(shí)際上，混凝土的收縮徐變是隨著時(shí)間逐漸發(fā)展的，分析混凝土收縮徐變對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響是一項(xiàng)非常復(fù)雜的任務(wù)，要對(duì)其作用過程進(jìn)行分析，提高評(píng)價(jià)精度。通常分析新橋收縮徐變對(duì)舊橋結(jié)構(gòu)的影響可分3步：首先，假定新舊橋梁結(jié)構(gòu)之間不存在連接，計(jì)算某一個(gè)時(shí)段內(nèi)新橋混凝土收縮徐變大小;其次，考慮新舊橋梁連接的影響，根據(jù)新舊橋梁變形協(xié)調(diào)條件，建立方程，進(jìn)而獲得連接面上收縮徐變產(chǎn)生的內(nèi)力;最后，根據(jù)求得的連接面內(nèi)力，進(jìn)一步求解節(jié)點(diǎn)位移，并將節(jié)點(diǎn)位移代入單元?jiǎng)偠确匠?，求得各?jié)點(diǎn)的內(nèi)力。

4新舊橋梁基礎(chǔ)沉降差

對(duì)于橋梁拓寬拼接而言，新舊橋梁基礎(chǔ)沉降差也是不可避免的一個(gè)關(guān)鍵問題。在橋梁拓寬拼接完成后，新橋的基礎(chǔ)沉降開始發(fā)展，而舊橋基礎(chǔ)的沉降則接近完成狀態(tài)，此時(shí)，如果新橋基礎(chǔ)地基條件不好，可能過早出現(xiàn)沉降過大的情況，將會(huì)影響橋梁結(jié)構(gòu)。新舊橋梁基礎(chǔ)的沉降差對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要體現(xiàn)在變形上，具體為新橋主梁、拼接縫、舊橋主梁在豎向上的變形，由于混凝土的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度，沉降差引起的橫向拉應(yīng)力成為控制因素，當(dāng)沉降差達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，可能會(huì)引起新舊橋連接部位產(chǎn)生順橋向的裂縫、主梁混凝土開裂及支座脫空。在服役過程中，雨水可能會(huì)滲入裂縫，影響橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。事實(shí)上，橋梁基礎(chǔ)的沉降是一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展過程，而影響因素較多。在分析新舊橋梁基礎(chǔ)沉降差對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)影響時(shí)，應(yīng)首先明確基礎(chǔ)的沉降規(guī)律，然后，根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算樁基沉降值。當(dāng)前，樁基沉降值的計(jì)算大體可分為2部分：基礎(chǔ)的最終沉降量和基礎(chǔ)沉降隨時(shí)間的變化過程。主要計(jì)算方法有理論公式法（如分層綜合法）和數(shù)值方法（如有限元法）。為減輕或避免基礎(chǔ)沉降差對(duì)新舊橋梁結(jié)構(gòu)的影響，在拓寬設(shè)計(jì)過程中，可以考慮采取以下2種方法：（1）進(jìn)行拓寬拼接時(shí)，將上部結(jié)構(gòu)做成分離式;（2）對(duì)新橋基礎(chǔ)進(jìn)行處理，進(jìn)而確保其沉降值控制在一定的許可范圍內(nèi)。事實(shí)上，將上部結(jié)構(gòu)做成分離式是存在一定弊端的，如結(jié)構(gòu)整體性削弱、會(huì)產(chǎn)生明顯的撓度差、影響結(jié)構(gòu)美觀等。

結(jié)束語

當(dāng)前，既有公路網(wǎng)絡(luò)已無法滿足現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)男枨螅_展公路改擴(kuò)建是解決這一問題的重要手段，而橋梁拓寬拼接是公路改擴(kuò)建的重中之重。為此，本文對(duì)上述3個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的技術(shù)策略，即在拼接方案方面推薦采用上下全部連接、上下全不連接的方法。進(jìn)行混凝土收縮徐變分析時(shí)，應(yīng)提前預(yù)估新橋收縮徐變對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響。進(jìn)行基礎(chǔ)沉降差控制時(shí)，應(yīng)通過技術(shù)措施將新橋沉降控制在一定范圍內(nèi)的參考和指導(dǎo)。

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