广东省高速公路有限公司 510630
摘要：随着我国经济的快速发展，高速公路的功能作用日益强化，交通量迅速增长，局部路段已趋于饱和，而目前我国大部分高速公路仅为双向四车道，路网中车道数不平衡将导致交通瓶颈路段的形成。在此条件下，越来越多的高速公路需要进行改扩建，在高速公路改扩建过程中，桥梁主要采取单（双）侧拼宽或拆除重建的方式进行改扩建。相比于新建工程，桥梁改扩建工程往往还有维持交通同行的需求，大大增大了桥梁设计难度，好的设计方案往往可以降低桥梁的施工难度以及交通组织难度。鉴于此，本文主要对高速公路改扩建过程中桥梁设计要点进行分析。
关键词：高速公路；改扩建；桥梁设计
引言
在现代化建设和发展中，社会主义基础设施不断完善，高速公路工程规模不断扩大，为人类社会发展营造了良好的发展空间。但是，大部分早期修建的高速公路已难以满足日益增长的交通量需求，交通堵塞情况时常发生，不能满足人民在新时代的新需求，高速公路改扩建工程逐年增多。在高速公路改扩建过程中，桥梁设计出现了一系列问题，如：新旧桥梁设计标准不一致、旧桥承载能力不满足新规范要求、新旧桥梁接缝处理困难、交通组织压力大、纵断面调整大、旧桥拆除施工作业面小等问题，严重影响到桥梁改扩建的施工进度以及施工质量。因此，本文以沈阳至海口国家高速公路某段扩建工程作为依托工程，对高速公路改扩建项目桥梁设计要点进行分析，以为高速公路桥梁改扩建设计提供参考。
1工程概况
沈阳至海口国家高速公路某段扩建工程路线总长72.029km。现状旧路的主线共设置桥梁5248.0m/99 座，其中特大桥1692.5m/1 座，大桥1129.6m/5 座，中桥937.3m/13 座，小桥1487.7m/80 座，桥梁占路线总长的比例为7.28%。扩建后，桥梁共10464.3m/135 座，其中特大桥4175.9m/2 座，大桥2289.8m/12 座，中桥1295.4m/19 座，小桥2702.2/102 座，桥梁占路线总长的比例为14.53%。设计桥面部分为双向8车道，最高设计时速为120km/h，横断面尺寸设计为42m。
2原有桥涵结构验算原则
1、拼宽桥涵的新建部分与既有桥涵结构连接时，应进行整体验算和评价。既有桥涵极限承载能力应满足或采取加固措施后满足现行标准的要求；正常使用极限状态应满足原设计标准的要求，并应在设计中提出有针对性的运营管理和维护措施。
2、桥涵荷载等级的选用应符合下列规定：
（1）既有桥涵的检测评价应采用原设计荷载等级。
（2）对拼宽部分与既有部分结构连接进行整体验算，评价正常使用极限状态时应采用原设计荷载等级，评价承载能力极限状态时应采用现行荷载等级。
（3）分离新增桥涵、拼宽桥涵的新建部分设计，应采用现行荷载等级。
（4）分离增建时，既有桥涵可维持原设计荷载等级。
3桥梁改扩建设计要点
3.1既有桥涵的利用原则
原有桥梁须进行全面普查和专项检测（试验）、评价。经评价合格及经维修加固后合格的桥梁方可进行拼接加宽设计。
1、上、下部结构均不满足要求时，应全部拆除重建。
2、仅上部结构不满足要求时，宜仅拆除上部结构。
3、仅下部结构不满足要求时，宜按全部拆除重建处理。
3.2扩建设计原则与设计思路
3.2.1设计原则
1、桥涵扩建设计严格遵守“安全、实用、经济、美观、环保”的原则。
2、改扩建工程中的新建桥涵（含拼接新建部分）按照现行技术标准修建。
3、既有桥涵的新建部分与既有桥涵结构连接时，应进行整体验算和评价。既有桥涵极限承载能力应满足或采取加固措施后应满足现行标准的要求；正常使用极限状态应满足原设计标准的要求。
4、整体式拼接桥梁的桥下净空，不小于原设计标准。
5、对一般病害桥梁，应采取加固措施，保证桥梁结构的安全性、耐久性及行车的舒适性；对严重病害桥，加固后难以达到新设计荷载标准使用要求的梁板采取置换或拆除重建或线位分离建新桥的扩建方案。
6、尽量不增加或少增加结构自重，不对主要承重构件造成大的损伤。
7、施工简便、快捷，扩建、加固施工过程对交通影响程度最小。
8、加固后桥梁耐久性增强、养护方便。
9、由于通航规范及通航等级的调整，对不满足通航要求的桥梁通航孔根据通航拼接结论进行改造或重建；
10、沿线上跨主线的分离式立交（天桥）桥孔径均不满足四车道改八车道需要，全部拆除重建，并结合地方意见调整分离式立交（天桥）孔径和桥面宽度；
11、桥梁拆除重建、拼接方案及拼接宽度应考虑施工期间保通及施工车辆进出要求，同时还应考虑与路基施工保通方案的工期衔接因素，进行多方案比选后结合造价分析合理确定。
3.2.2加宽桥与原桥之间的横向连接
桥梁扩建部分原则上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，使桥面不易出现纵向裂缝；同时，新旧桥梁结合部位加强桥面铺装层钢筋网布置，以便桥梁形成较大刚度，是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：
1、上部构造与下部构造均不连接
此方案为桥面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，严重时还可能影响行车安全。
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，原桥下部构造的墩台盖梁、系梁也通过植筋等技术措施将钢筋和加宽桥相应部位钢筋连接，然后浇筑混凝土，是新老桥梁连成整体。
此方案是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、温度活载等）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下部混凝土梁变形（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，工作成本较高。
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相互连接而下部构造不连接。
下部构造不连接，加宽桥与原桥的下部构造内力相互不产生影响；虽然上部结构连接后，由于新老材料特性（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、控制桩底沉渣厚度、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措施来改善。可保证行车的舒适性和桥面美观。该拼接方式已在国内外多个扩建工程中应用，使用情况较好，如沪宁高速公路、佛开高速公路、广清扩建工程等。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外专家、同行的肯定。
3.3桥梁宽度
沈阳至海口国家高速公路某段扩建工程原桥面宽24.5m，采用在旧路两侧或单侧拼接加宽的扩建方案，一部分旧桥上部维修加固后与新桥上部拼接，一部分旧桥上部进行更换，下部分离新建。根据不同的上下部结构形式，总体交通组织方案，考虑拼宽桥在施工阶段需保证单向双车道通行，最终根据不同跨径和上部结构形式确定桥宽。
3.3.1两侧拼接加宽主线桥
为保证工程规模及保通需要，拼接桥梁宽度按9.5m（0.5护栏+0.5m侧向余宽+2×2.75双车道+0.5m侧向余宽+0.5m护栏）。
3.3.2单侧拼接加宽主线桥
考虑保通需要，单侧加宽桥梁横断面宽度为18.5m。
3.3.3分离增建桥梁
1、整体式路基：桥梁外侧护栏外边缘较路基边缘内收25cm，按上、下行分离的两幅桥设计，单幅桥宽20.25m，两幅桥净距1.0m。
2、分离式路基：桥梁内、外侧护栏外边缘较路基边缘均内收25cm。
3.4桥梁拼接设计
3.4.1板桥拼接方式
沈阳至海口国家高速公路某段扩建工程既有桥梁板梁桥有钢筋砼实（空）心板、预应力砼空心板两种，经分析研究，加宽桥仍按原结构形式对应拼接，提出了以下处理方案：
为减小切除工程量，而且切除可能对边板造成不利影响，可采用切除原边板的翼缘，与之相连的新拼接桥采用普通设计边板。原板相连的新拼接桥的内侧边板的翼缘不预制，翼缘钢筋预留出来，与原板在切除部分植入的钢筋焊接，新建桥梁板与既有桥梁板之间翼缘采用现浇方式，也达到上构连接的目的，见图1。
图1：空心板整体拼接：断面图
3.4.2 T梁桥拼接方式
T梁桥考虑拼宽桥按原结构对应拼接。根据既有桥梁边梁的使用情况及应力储备，提出了以下设计方案：
采用刚性连接方式-翼缘、横梁均拼接，新建桥梁内边梁横隔梁高度范围内增设预埋钢筋及两排预应力高强精轧粗钢筋。施工时先拧紧螺母，再立模浇筑横隔板混凝土及其余连接部位混凝土。此连接方法施工有一定难度，但通过采取一定措施，可保证连接质量的落实，见图2。
图3：现浇箱梁整体拼接断面图
结语
综上所述，在社会经济持续增长下，高速公路改扩建桥梁工程规模不断扩大。
桥梁改扩建设计要在旧桥结构验算的基础上，结合检测结果，确定设计原则以及旧桥利用方案，根据项目特点、旧桥结构形式以及交通组织要求确定桥梁拼接宽度以及拼接方式，不断优化设计方案，以提高设计方案的可实施性。
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论文作者:黄永和
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/22
标签：桥梁论文; 桥涵论文; 高速公路论文; 改扩建论文; 结构论文; 桥面论文; 荷载论文; 《防护工程》2018年第32期论文;