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【摘 要】目前我国高速公路桥梁在拓宽方案、横向拼接结构设计、结构变形和沉降控制方法等领域还有待进一步深入研究。在具体扩建工程中，应根据扩建总体技术要求、已有桥梁的技术状况、施工可行性及综合比较各种连接方式的优缺点，来决定桥梁拓宽总体方案。
【关键词】高速公路桥梁 拓宽工程 设计
前言
高速公路拓宽的特点是:场地狭小、每座桥梁的拼接工程量不是太大，甚至要分左右半幅施工、交叉施工频繁、交通组织工作量大、技术含量高。前期规划、设计、施工及计划经济时期代遗留问题较多，加上业主、设计单位、监理单位当初均无高速公路拓宽经验，同时由于环境、地理因素的特殊性，拓宽的难度是其它新建项目无法比拟的。
1 设计注意事项
1.1应尽可能改善旧桥受力状态
对于那些经过检测评定认为需要加固的旧桥，设计人员应把拓宽设计与加固设计结合起来考虑。事实上，拓宽后的整体结构某种意义上可以看作多梁式桥梁，通过合理的设计，能够减少旧桥承受车辆荷载的大小，使旧桥受力状态得以改善。以连续箱梁桥为例，新旧箱梁之间的荷载横向分布可通过合理设计新箱梁的截面形式来调整。温庆杰认为:当新旧箱梁之间的连接板与旧箱梁的刚度为定值时，新旧箱梁的刚度比值越大，分配到旧梁上的荷载越小;新旧箱梁的刚度比值小于2 时对两者之间的荷载横向分布影响较大，而刚度比值大于4 后影响则较小。因此在旧箱梁截面尺寸为确定值的情况下，通过设计新箱梁合理的截面形式，可以减少旧箱梁承受车辆荷载的大小。以T 梁桥为例，除了调整新旧T 梁刚度比外，徐志强认为:对旧T 梁桥采用两侧拓宽方式(相对于单侧拓宽方式)、增设新旧T 梁横隔板，减少新旧桥边梁的间距等措施有利于减少旧桥承受车辆荷载的大小。
1.2应保证上部结构拼接施工顺利
拼接施工受两桥上部结构平面位置与高程的影响。新桥主梁往往使用充足预应力，由于混凝土的徐变作用，拼接前会出现随着时间延长逐渐增大的上拱。如果上拱过大，势必导致其纵向线形和旧桥主梁无法匹配，影响拼接施工。图1 是某高速公路上一座20 +25 +20 m 的预应力混凝土箱梁桥边跨跨中截面从预应力张拉至拼接时机期间不断变化的上拱计算值。数据表明:拼接前90 d 内主梁此处截面的上拱值增加了1 .2 mm 。
一般而言，徐变上拱度在预应力张拉后的2 ～ 3 年内随时间的进展而增长，在2 ～ 3 年后基本趋于稳定;初期增长很快，后期逐渐减慢。新旧上部结构的拼接时机往往处于初期阶段，因此，为了防止上拱过大，新桥主梁设计时可以采取调整预应力水平和钢筋布置的措施。实际施工中一旦出现上拱过大，宜及早进行部分桥面铺装层的施工，或采取压重措施，压重对主梁最大上拱截面产生的弯矩可控制在设计上二期恒载产生的弯矩值附近。
1.3拼接后两桥受力变形的相互影响
新旧桥拼接时，旧桥主梁混凝土收缩徐变和基础沉降已基本发生，而新桥的还在发展之中，这种随时间变化的差异会改变整体结构的力学行为，设计时需分析研究两桥共同受力后的相互影响。
1 .3 .1主梁混凝土收缩差异的影响
拼接后，由于混凝土收缩导致的新梁纵向缩短变形受到旧梁的约束，整体结构会发生平面弯曲变形。这种平面变形会导致旧桥支座横桥向位移过大,发生剪切破坏,。以箱梁桥为例，在此变形情况下，拼接部位处旧梁翼缘受纵向压力，新梁翼缘受纵向拉力，要防止此处混凝土开裂。
1 .3 .2主梁混凝土徐变差异的影响
拼接后，如果新桥预应力产生的主梁纵向弯矩不能抵消结构自重产生的，混凝土徐变将使新桥下挠，反之则是上拱。由于混凝土徐变导致的新梁竖向变形受
到旧梁约束，整体结构会发生横向扭转。在此变形情况下，拼接部位会产生一个较大的横向弯矩，如果过大，也会导致混凝土的开裂，降低拓宽后桥梁的耐久性和适用性。
1 .4应重视拼接部位的受力分析
拼接部位是整体结构中最脆弱的部位，开裂后还会造成其上桥面铺装的反射裂缝，影响行车效果;同时，其作为新、旧桥梁之间的重要连接传力构件，为使其能够安全可靠地工作，需要对其进行承载能力极限状态和正常使用极限状态结构验算。除了上文提到的新旧桥混凝土收缩徐变和基础沉降差异作用外，拼接部位还承受局部轮载作用。以刚性连接的拼接方式为例，在局部轮载的作用下，会产生较大的横向弯曲应力。
2 相应设计措施
拓宽工程设计应注意的地方实质上也是工程中面临的技术难题。上文所述的4 个方面之间既有区别,又有联系，某些具有共性的难题可以采用一种措施，而对于同一个难题又可以采用多种措施。除去上文提到的合理设计新桥主梁截面形式外，还有以下5 条措施供设计人员参考。
2.1优化新梁预应力程度及钢筋布置
设计上可通过调整新梁预应力程度及钢筋布置的方法来控制新桥主梁徐变竖向变形方向及大小。随着设计计算水平的增强，不管是悬臂浇注的连续箱梁还是预制的简支空心板梁，都能通过理论计算来调整成桥后的梁体线形。因此，在保证结构安全的基础上，如能反复调整新梁预应力程度及钢筋布置，可达到新桥线形满足拼接施工与改善整体结构受力的目的。
2.2选用合适的混凝土材料
设计时对主梁和拼接部位采用低收缩徐变的混凝土可以减小新旧主梁收缩徐变差异带来的不利影响。石雪飞等人通过建立实桥有限元模型，对比分析得到:相同拼接时间下，采用低收缩徐变混凝土的新桥结构在恒载作用下关键部位的弯矩值比普通混凝土的小20 %～ 40 %。
2.3合理设计桩基础
高速公路梁桥大量使用桩基础，合理设计桩基础能有效控制新旧桥基础沉降差异。刘丹对钻孔灌注桩基础沉降变形及控制进行过研究，提出了以下设计建议:桩基础设计时应在保证桩基承载力的基础上,桩长与桩径之比宜选择为较低值，对于较长的桩，增加桩径比增加桩长对控制沉降更为有效;在边界条件许可的情况下，群桩宜采用较大的桩间距;采用变截面桩、扩底桩等异型桩可降低桩基沉降。
2.4选择合适的拼接时机
延长拼接时间会减少新旧桥混凝土收缩徐变和基础沉降差异，但是对于使用充足预应力的新梁，如果过度地延长拼接时间，会造成新梁上拱过大，影响拼接施工;再者，延长拼接时间也会给高速公路交通组织造成困难，影响沿线经济发展。因此，只有通过准确计算,把各个因素的影响值量化出来，充分权衡，才能确定合理的拼接时机。中国高速公路新旧桥梁拼接时机选在新桥完成后的3 ～ 6 个月，在工程允许的情况下，尽可能选择在6 个月以后进行新旧桥梁的连接。
2.5选择合适的拼接方式
从桥梁设计理论上讲，刚性连接是一种既能传递弯矩又能传递剪力的连接方式，又称为强连接;铰接连接是一种只传递剪力的连接，也称弱连接;半刚性连接方式介于上述两种连接之间，不仅能传递剪力，还能够传递部分弯矩。合适的拼接方式能够较好地解决收缩徐变、基础沉降差异引起的整体结构包括拼接部位本身的附加内力和变形问题，又能确保运营中拼接部位上桥面铺装的平顺完整。对于具体桥梁，往往结合桥梁所处地质条件、桥面铺装类型和计算确定。桥涵承载力计算公式如下：
M=Pac/L
(M：弯矩，P集中力，a集中力距支座距离，c集中力距另一支座距离，L跨度，L=a+c)
W=b*h*h*h/12
(仅用于矩形截面) f=M/W≤材料的许用应力（弹性抗拉强度/安全系数）。
结束语
总之，新旧桥拼接前，面临着能否顺利拼接的问题，设计时需采取措施尽量保证新旧桥纵向线形的一致;拼接后，由于车辆荷载、主梁混凝土收缩徐变差异、基础沉降差异的作用，设计时需研究两桥受力变形的相互影响，以达到改善旧桥、拼接部位及整体结构受力的目的。
参考文献
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[3] 王学军,杜进生,吴沛林. 高速公路桥梁拓宽中几个问题的讨论[J]. 公路. 2008(07)
[4] 张世平,廖朝华. 高速公路桥涵构造物扩建的拼接设计思路[J]. 中外公路. 2006(02)
论文作者:童建胜,赵文强
论文发表刊物:《低碳地产》2016年10月第20期
论文发表时间:2016/11/25
标签：新旧论文; 混凝土论文; 桥梁论文; 弯矩论文; 预应力论文; 结构论文; 截面论文; 《低碳地产》2016年10月第20期论文;