摘要：桥梁下部加宽改建方案是改扩建工程中桥梁设计的重要组成部分。一个理论上合理、工程上可行、造价较低的设计方案是极其重要的。以潼关~西安段高速公路改扩建设计中的某桥为例，对桥梁加宽的桥墩方案进行综合分析比较，进而找出平原地区改扩建中更经济、合理、美观的加宽桥墩形式。为今后的桥梁加宽设计提供一些借鉴。
关键词：改扩建；桥梁拼接加宽；桥墩
导言
从第一条高速公路——沪嘉高速建成以来我国高速公路已有二十多年的历史。不少高速公路建成使用已有十几年，由于过去的建设经验以及对经济发展速度的认识不足，造成很多高速公路已不能满足目前及未来经济高速发展的需求，成为制约国家及区域经济和社会发展的瓶颈，因此改扩建势在必行。
1 工程简介
潼关～西安段是潼关至宝鸡高速公路中的一部分，它位于陕西省中部关中平原，该区域是省内工农业生产最发达、人口最多、村镇最密集的地区，各等级公路、地方道路和铁路多次穿越高速公路。潼关～西安段改扩建工程路线全长78.032km，既有主线共设大桥2317.58米/10座，中桥1075.22米/22座，小桥352.50米/18座，桥梁全长3731.03m，平均每公里桥长47.81m。因此该道路改扩建工程量大，影响因素众多，所以在设计中必须结合实际情况，综合各方面因素做好方案比选。荷载等级：公路-Ⅰ级；加宽后路基宽42m（原基宽26m）：0.5m（防护栏）+19.0m（行车道）+3.0m（中央分隔带）+19.0m（行车道）+0.5m（防护栏），对应桥梁两侧各加宽8m。如下图1该项目桥梁拼接加宽方式经过研究选取上部连接、下部不连接的拼接加宽方式，具体为上部湿接缝连接，下部分离新建。既有桥梁下部结构主要为钢筋混凝土盖梁，桩柱式墩，桩基础。
2 改扩建工程纵断面设计思路
桥梁改扩建方案应首先考虑纵断面的问题，桥梁纵断面方案不仅需要考虑原桥改造方案、新老桥拼接方案和地方规划要求等，还应考虑与桥后路面改造方案相匹配。另外由于原桥的施工误差以及不确定因素，在施工建设期间还会依据现场实际情况，局部进行桥梁和桥后路面的纵断面调整，而纵断面调整会带来桥梁、路基路面的诸多变更设计，故改扩建工程的纵断面设计涉及因素多，难度大，是改扩建工程设计的难点和重点。（1）须在拟合原路纵断面的基础上，在充分利用原路路面、桥梁等构造物的前提下，进行纵断面拟合设计。原路经过多年的运营和维修改造工程会出现桥梁和路基的差异沉降以及路基部分路段的不均匀沉降，实际纵断面一般与原路设计纵断面在多处差异较大。合宁高速公路大陇段中，原路未实施路面“白改黑”改造工程的路段，由于路基施工后沉降大，存在“桥高路低”的纵断面不连续现象；而在原路已实施路面“白改黑”改造工程的路段，由于原路路面加高，而桥梁难以与路面一致加高，大部分桥头两侧路面根据桥梁改建情况设置了渐变段，明显存在“桥低路高”现象。纵断面，为了满足改扩建工程的技术标准的要求，应依据原路实际纵断面进行拟合并优化，保证设计纵断面的技术标准及行车的舒适性。根据实测原有桥梁、路面特征点标高进行了纵断面拟合，核查原路的左右半幅是否需进行分幅纵断面拟合设计，确保扩建设计纵断面满足扩建工程的技术标准。（2）路面的纵断面，在原路面尽可能利用的前提下，路面一般遵循“宁填勿挖”的原则。对于原路面已改造为柔性沥青路面的路段，在进行必要的病害处理前提下利用原路面，按“零填零挖”的原则进行纵断面拟合；局部路面上面层维修路段可按“少填勿挖”的原则进行纵断面设计。对于原路为水泥混凝土路面的路段，通过扩建工程原路面改造方案研究后，确定纵断面以增加桥面铺装的方式控制纵断面拟合标高。（3）桥梁的纵断面，一般也遵循“少填勿挖”的原则，桥面高程需通过验算确定。
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3 桥梁改扩建设计原则
（1）扩建桥梁拼接前，对原桥梁的现状进行全面评价，对原有桥梁拼接的可行性进行技术论证，在对原有桥梁充分利用的原则下，原有桥梁经维修、改造、加固后需满足使用功能、承载能力等相关的技术要求，方可进行拼接。（2）主线桥梁采取上部构造相互连接、下部构造不连接的方式进行拼接。（3）拼接桥梁一般情况下采取同跨径、同结构在原桥左右半幅外侧分别进行加宽拼接，新老结构在平、纵、横上顺适拼接。（4）各桥梁根据实际情况选用适宜的下构形式，基础形式采用桩基础，新建的桥梁墩台尽可能与原桥桥墩台在一个横断面上。（5）拼接桥梁的搭板、伸缩缝设置原则可与原构造物一致，或依据原设计的弊病进行改进设计，新老搭板、伸缩缝须横向连接。（6）施工期间主线桥梁分幅限时分隔封闭交通，上跨主线桥梁施工时采用限高限速、封闭主线部分交通等实施方案。
4 拼宽桥墩单、双柱墩方案比较
该段改扩建工程主线标准段桥梁两侧拼宽8.0m，下部桥墩采用单、双柱均可。现选取有被交线下穿的主线桥桥墩进行方案比选，从结构受力、材料用量、施工难易程度、外观等各方面进行综合比较。具体选取30m箱梁桥墩三种方案进行对比分析。对于结构受力：盖梁计算分析中考虑拼宽部分独立运营和全桥拼接完成后运营两种情况的布载分析；桥墩从基本组合和偶然组合（地震荷载）两方面进行比较分析。以某桥30m箱梁桥墩为例进行比较。桥墩盖梁计算分析中考虑拼宽部分独立运营和全桥拼接完成后运营两种情况的布载分析，结果显示拼宽部分独立运营时桥墩盖梁受力更为不利，以此控制设计。各盖梁在常规配筋下均能满足基本组合承载能力极限状态和正常使用极限状态的规范要求。材料用量参见各桥墩方案比较表，其中预应力混凝土盖梁采用5束8φs 15.2钢绞线。对30m箱梁典型结构进行地震时程反应分析，进行计算，结果显示截面尺寸和配筋由地震荷载组合控制设计。抗震设计思路：未来百年中震作用下，桥墩塑性铰（墩底）处于弹性和塑性的界限区域，小震作用下处于弹性状态，并通过加强截面箍筋配置等构造措施保证大震作用下桥墩延性性能的发挥，使塑性铰部位的破坏程度限制在保护层混凝土开裂而核心混凝土保持弹性的范围之内。结果：推荐方案桥墩适当加大配筋用量后（配筋率约为0.96%）方可满足抗震需求；比较方案因墩顶上部恒载较大，导致地震惯性力大，需取较大截面尺寸并大幅提高配筋量（配筋率约1.15%），方可达到抗震要求。经研究分析和综合比较，推荐拼宽桥梁下部采用双柱墩-钢筋混凝土盖梁。在整个设计工作中同时也对20m箱梁和16m空心板下部各个方案进行了分析比较，其结果与30m箱梁下部结果一致。最终整个路段的拼宽桥梁下部采用双柱墩-钢筋混凝土盖梁作为推荐方案。
结束语
由上分析可知，平原区的高速公路改扩建中，若既有桥梁下部为钢筋混凝土盖梁、桩柱式墩、桩基础。对于新的桥梁拼接加宽下部推荐采用双柱墩-钢筋混凝土盖梁，此方案不管是从结构受力、材料用量、工程造价，还是施工难易程度、桥梁整体外观都有比较好的优点，是切合实际、合理的方案。改扩建是这些年比较新的项目形式，工作人员大都没有过去积累的经验，因此会造成具体工作中的盲目和不便，但只要我们遵循桥梁工程的安全、适用、经济、美观原则，对改扩建中加宽、加固和新建这三个组成部分作详尽的分析比较，定能选取合理的方案。
参考文献：
[1]中交第二公路勘察设计研究院.合宁高速公路大蜀山至陇西立交段扩建工程两阶段初步设计[Z]，2016.
[2]中交第二公路勘察设计研究院.合宁高速公路大蜀山至陇西立交段扩建工程两阶段施工图设计[Z]，2016.
[3]JTG D60-2015，公路桥涵设计通用规范[S].
[4]JTG D20-2016，公路路线设计规范[S].
论文作者:鲁超,孔佑畅
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/10
标签：纵断面论文; 桥梁论文; 桥墩论文; 路面论文; 方案论文; 改扩建论文; 高速公路论文; 《基层建设》2017年第36期论文;