已建桥梁拼接加宽的合理形式分析

已建桥梁拼接加宽的合理形式分析

郑旭峰

郑旭峰

四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院四川成都610041

摘要：近年来道路加宽改造、增设互通立交工程日益增多，桥梁拼宽技术应用广泛。本文对常用普通梁式桥梁结构的拼宽形式，进行了从桥孔布置、断面设计、连接构造等几个方面的比较分析，介绍了各类加宽结构的主要构造特点和受力特性、浅析其合理使用范围。

关键词：桥梁、拼宽、变宽度桥梁

1.引言

近年来，随着交通运输的飞跃式发展，很多正在运营的重要道路面临饱和或即将饱和的问题；从而道路的扩容改造也成为了当前交通建设的重要组成部分。同时随着城市化的发展、新地块的开发利用，这也需要在原有道路上增设立交满足新的使用功能。在道路扩容和增设或改造立交的时候，在已建道路的桥梁段，不可避免的应进行拼接加宽。采用合理的桥梁拼接形式可以使结构受力明确、施工简便、对道路运营的影响小。本文仅针对已建道路上大量采用的T梁、小箱梁、空心板的拼接加宽形式进行分析，特殊桥梁应具体分析。

2.桥孔布置

原则上新建拼宽桥梁应与已建桥梁采用相同的孔跨布置和结构体系。即若原桥为结构简支桥面连续则新桥也采用简支结构，若原桥为结构连续则新桥也为结构连续，且新建桥梁分联宜与原桥完全对应。使得原有桥梁和拼宽桥梁纵向基本受力状态一致，变形协调。

3．桥梁断面设计

通常情况下，从受力均匀和变形协调出发，在拼宽桥梁断面选择时宜采用与原结构相同的断面形式。但常因为一些的原因，比如新加拼的预制梁运输和吊装困难、立交区拼宽桥梁由于拼宽段宽度变化大，预制梁的湿接缝调节量远不能满足、希望通过加宽桥较大的提高原桥承载能力等等，也可以采用与原结构不同的断面形式来满足实际的需求。

钢-砼组合梁进行桥梁拼宽（图1）

万梁高速公路河沟塘桥与牛儿河桥就是采用钢-砼组合梁进行桥梁拼宽（见图1），梁体钢结构部分在工厂制作运输到桥位处，通过汽车吊即可安装到位，再现浇桥面板与旧桥连接，从而解决了桥位处运输和吊装困难的问题。

加宽桥由于增设了新的梁体，从而使原桥的边梁转变为了中梁，相当于对原桥进行了卸载。新加梁肋结构计算时，可以采用全断面梁肋布置进行横向分配系数的计算。拼宽桥梁对原桥梁结构的承载力是有显著提高的，新加梁肋的刚度越大对原桥承载力提高越多；有关文献对大边梁加宽旧桥的情况进行了研究。随着边梁刚度增加，原梁的横向分布系数均减小。当边梁刚度为中梁的2.5～3.0倍时，原桥各梁横向分布系数趋于一致。

4.新旧桥梁的连接

进行桥梁拼宽时，新建桥梁需要与已有桥梁进行连接。常用的连接形式有，①下部结构连接在一起，上部结构连接也成为整体；②下部结构独立设置，上部结构连接成为整体；③上下部均采用独立结构，桥面设置纵向升缩缝。

一般情况下不宜采用纵向升缩缝构造，新旧主梁结构上分离，则变形无法协调，尤其是重车作用时形成较大错台，对行车不利，且行车的冲击亦对纵缝甚至梁体造成损害。

上部结构的连接根据结构形式的不同分为铰接和刚接两种。原桥若为空心板结构，由于空心板本生就是采用铰缝进行连接的，所以新旧桥梁的连接宜采用铰接（见图2）。

新老空心板连接构造（图2）

小箱梁和T梁由于都带有翼缘板，则主梁可以通过翼缘板现浇湿接缝进行连接（见图3，图4），而是否在原梁上增设横隔板与新拼接的主梁连接则需要计算确定。

新老小箱梁连接构造（图3）新老T梁连接构造（图4）

桥梁横隔板的主要作用是在活载作用下，使各梁的荷载分配根为均匀，提高桥梁的整体性。原桥的边梁外侧通常都没有横隔板构造，增设横隔板需要在原桥边梁上植筋并现浇横隔板，工艺较为繁琐。若不设横隔板，新增主梁对原桥的卸载作用明显减弱，在不均匀荷载作用下新旧梁肋间的桥面板受力增大，故桥面板验算时除了考虑局部荷载之外还应叠加横向偏载产生的内力。根据以往设计经验，小箱梁结构刚度较大，且一般采用的跨径较小，通常可以考虑不设新增横隔板；而T梁刚度较小，使用的跨度较大，当跨度大于30米时以增设横隔板为宜。

下部结构连接，需在原有盖梁、桥墩上植筋；并与新建的盖梁、系梁连接成为整体。新加宽桥梁采用独立的下部结构体系无疑可以简化施工工艺。但下部结构是否进行连接，取决于地质情况、桥墩高度、结构形式等多种因素。

由于原桥和新桥采用相同的结构体系，基础沉降对纵桥向结构受力的影响不大，而横桥向因沉降会在固结的横联及桥面板连接处引起附加应力。连接处的横向刚度越大则横向内力越大，在支点处的横向内力最大，向跨中方向逐渐减小。我们曾经对40米T梁进行过沉降横向验算，当沉降达到8mm时，T梁的端横隔板就已经破坏了（见图5）。由此可见，当地质情况不很好，可能存在明显沉降的时候，下部结构应进行连接。

基础沉降横向计算简图（图5）

此外当桥墩高度较高，纵横向刚度较小时，为避免桥墩变形带来梁体的附加应力，下部结构应进行连接。不同的下部结构形式，在相同的地质情况下所产生的沉降量也大不相同，若下部结构不进行连接则应选用沉降量很小的基础形式，如嵌岩桩基础或支承于岩石地基上的扩大基础。同时不同的上部结构形式，和新旧桥梁的连接构造对下部结构不均匀位移的敏感性也是不一样的。如上部结构为空心板采用前文所示的连接构造（见图2），很小的位移就会导致连接缝破坏；而仅桥面板相连的小箱梁（见图3）则可以适应较大的沉降变形。

5.变宽段桥梁结构的拼宽

在既有高速公路上新增立交时，匝道出入口和分合流点附近必然出现路面变宽段，若原道路的该区段为桥梁结构，则对应的拼宽部分就会采用变宽度的桥梁结构。

当每跨宽度变化时，最简单的办法是通过变化新增梁肋间的湿接缝宽度进行调节（见图6）。以T梁为例每个湿接缝的变化量由湿接缝宽度b和梁肋间距B确定，为了湿接缝安全可靠便于施工其b值要求不小于35cm，梁肋间距B值由主梁和桥面板的承载能力计算确定，国内各版T梁标准图取值均在250cm左右，梁肋加强后可适当加大，但不宜超过300cm，当梁肋间距达到300cm时对应的b值为120cm，由此可见一个湿接缝处的调节最大量bmax（120cm）-bmin（35cm）=85cm。

接缝宽度调整示意图（图6）

路线与结构关系示意图（图7）

但当桥梁变宽幅度大于预制T梁和小箱梁的湿接缝可调范围时（见图7），即图中Bmax是湿接缝最宽时的最大结构宽度，Bmin为湿接缝最小时最T梁宽，而最大调节量ΔB不能适应路线变化时，则难以保证结构和线性的良好吻合会出现超拼区域。

当拼接桥梁宽度变化剧烈时，为了使结构尺寸与道路线性吻合良好，加宽桥可以采用现浇结构。如果加宽桥采用整体现浇，需要设置加宽桥的支架系统，并在支架上设置模板系统，工序较为繁琐，成本较高；若采用I型组合梁，梁肋为预制构件仅对桥面板进行现浇，则既可以简化工艺，又可以节约成本（见图8）。

I型组合梁拼宽示意（图8）波型钢底板布置示意（图9）

为了进一步简化施工工艺，减少空中模板的架设数量，I型组合梁的桥面板可采用波型钢底板（见图9），波型钢底板既可以作为桥面板浇筑时的底模板，又可以参与桥面板的受力增加结构承载能力。

6.拼宽湿接缝

新旧桥梁间的湿接缝是桥梁拼宽的关键部位，其受力复杂并受到多种因素的影响，是设计和施工的重点和难点。

首先，湿接缝与旧桥的龄期差异、新梁和旧梁的龄期差异都会带来较大的收缩徐变引起的内力，而这种龄期差往往都比较长，我们曾经进行过40mT梁的拼宽计算，在龄期差异为10年，运营5年后湿接缝由收缩徐变引起的最大拉应力达到4.1MPa；而这种应力不易消除，目前的主要办法是通过超筋配置和改善材料特性来适应。

其次，在运营道路上进行拼宽时，湿接缝养生过程中原则上是不允许旧桥上有车辆通行；为减小对运营道路的通行影响，可以采用环氧混凝土浇筑湿接缝，则一个夜间半幅通行施工，几小时后即可恢复通行；但大量使用环氧混凝土成本较高，也有采用普通混凝土掺入纤维和外加剂来改善材料性能的，以尽快恢复交通。目前比较缺乏关于在车辆运营情况下，震动对湿接缝影响的分析资料，但在不封闭交通情况下浇筑湿接缝失败的案例很多。当因为特殊原因不能完全封闭交通时，至少应该限载、限速，并封闭外侧车道和硬路肩区域的交通，以减小边梁的变形量；同时在新旧桥梁上设置临时横向联结装置，使原桥边梁和新梁共同变形，再进行湿接缝的浇筑。

7.小结

新旧桥梁拼宽时采用哪种构造形式更为合理，设计时应分析原桥的结构形式、现有状态、桥位处的地质情况、加宽段的道路线性、场地的施工和运输条件、道路的保通要求等等因素的影响，综合考虑、灵活选取。通过本文的分析，希望为同行在拼宽桥梁设计时提供参考。

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作者简介

郑旭峰，高级工程师，1975.10出生，1998年毕业于重庆交通学院桥梁专业本科。1998至今在四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院从事桥梁设计研究工作，目前担任桥梁分院副总工程师，2018年评为第十二批四川省学术技术带头人后备人选。