公路桥梁拓宽拼接设计关键问题分析

　　摘要：随着我国经济的快速发展，公路交通流量越来越大，造成既有公路运输无法满足现有交通需求。为改善这一不利现状，公路拓宽已成为缓解交通压力的重要手段。在公路拓宽建设中，桥梁工程的拓宽拼接是其中的重点和难点。在役桥梁拓宽拼接后，新旧桥梁的力学性能将会互相影响、互相制约，给桥梁拓宽拼接设计与施工均带来了较大挑战。因此，合理的拓宽拼接方式尤其重要，不仅可以保证拓宽拼接桥梁的协同变形与受力，还能有效提升公路通行能力。

　　关键词：公路桥梁;拓宽;拼接;问题

　　引言

　　近年来，随着城市化的快速推进和经济的持续发展，城市公路桥梁也不断地向外拓展和延伸，相应地对城市公路桥梁改造的需求也在不断提高。作为城市基础设施建设的一个重要环节，公路桥梁改造可以为车辆行驶的安全性提供保障，但在同时也会对周边的环境造成比较大的影响，因此在改造设计过程中需要对目标、经济性和环境影响进行综合考虑和权衡。

　　1公路桥梁拓宽拼接的基本原则

　　(1)在对桥梁进行加宽改造的过程中，需要对现有的桥梁结构进行充分利用，避免出现不必要的费用支出;(2)在完成加宽改造后，桥梁上下部结构必须能够与旧桥保持一致，新旧桥梁的受力状态、温度变形等也应保持一致;(3)如果旧桥梁本身存在较多问题，在加宽改造过程中，应采用分离式新建桥的方式，而不能直接在现有桥梁的基础上进行拼接;(4)需要扩大基础的桥梁，在改造过程中必须对地基基础进行特殊处理，提升基础结构的稳定性和可靠性。

　　2桥梁拓宽拼接方案

　　2.1上下全部连接

　　这种加宽方式是对加宽方式和旧桥的上下结构都进行连接，加宽区域和旧桥的连接采用的是横梁植筋的方式，然后通过浇筑形成整体，可以有效避免连接区域形变的问题。主梁的连接可以通过横隔梁和翼板实现，也可以单纯地连接翼板。一般情况下，不会在侨联设置分隔带，而在拆除栏杆和人行道后，旧桥边梁承受的荷载量会增大，容易出现边梁无法承受压力的情况。对此，应做好新旧主梁的刚性连接，保证各区域之间受力的合理性，新主梁的刚度应超过旧主梁。在实际应用中，上下全部连接的加寬方式也存在一定的不足，即原桥梁基础沉降较小，附加内力大，桥梁上下方连接区域很容易出现开裂的情况，想要再次修复难度很大，而且植筋作业的施工比较繁琐，成本造价高。

　　2.2上下全不连接

　　这种加宽方式是将旧桥梁和加宽区域的上下部分全部分离，对间隙进行合理控制，通过桥面铺装实现两者的有效连接。该方案能够将新旧桥的桥面和梁分离，留出一定空间，两者的受力互不影响，桥梁上方也不会出现基础沉降以及收缩徐变的情况。考虑到桥梁承载力要求变高后，旧桥主梁可能无法达到新标准，因此该方法适用于加宽区域可以独立设置车道，同时经分隔带分离的桥梁。对于大跨径桥梁，受各种因素的影响，连接面加固的技术要求较高，可以采用上下全不连接的方式，因为其不存在技术层面的困扰，操作相对简单。但受车体活载情况的影响，加宽后的桥梁沉降比旧桥更大，新旧桥梁挠度的不同步容易在铺装区域引发开裂问题。

　　3混凝土收缩徐变

　　事实上，混凝土的收缩与徐变是完全不同的2个概念。收缩是指在混凝土凝结初期或者硬化过程中出现的一种体积缩小的现象;而徐变是指混凝土在长期荷载作用下所产生的变形。据相关研究，混凝土收缩徐变的影响因素主要有混凝土的龄期、构件厚度、水灰比、空气湿度、环境温度等。收缩徐变过程除了会导致预应力损失，还会影响梁体结构的线形。混凝土收缩徐变对新旧桥梁结构的影响主要是新旧桥梁的龄期差造成的。根据我国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，桥梁需要考虑10a的混凝土收缩徐变的影响。对于拓宽拼接桥梁，旧桥相对于新桥龄期较长，大多数情况下超过了10a，因此，新旧桥梁混凝土收缩徐变并不同步，可以近似认为旧桥相对于新桥不发生收缩徐变，这将会导致拓宽拼接后的新旧桥梁在结构受力与变形方面产生差异，进而导致结构质量问题，严重情况下会威胁行车安全。在开展桥梁拓宽拼接设计时，应充分考虑新旧桥梁混凝土收缩徐变差异对结构附加内力的影响，并采取一定的技术措施来保证旧桥结构的承载力与刚度，从而保证桥梁安全。实际上，混凝土的收缩徐变是随着时间逐渐发展的，分析混凝土收缩徐变对结构内力的影响是一项非常复杂的任务，要对其作用过程进行分析，提高评价精度。通常分析新桥收缩徐变对旧桥结构的影响可分3步：首先，假定新旧桥梁结构之间不存在连接，计算某一个时段内新桥混凝土收缩徐变大小;其次，考虑新旧桥梁连接的影响，根据新旧桥梁变形协调条件，建立方程，进而获得连接面上收缩徐变产生的内力;最后，根据求得的连接面内力，进一步求解节点位移，并将节点位移代入单元刚度方程，求得各节点的内力。

　　4新旧桥梁基础沉降差

　　对于桥梁拓宽拼接而言，新旧桥梁基础沉降差也是不可避免的一个关键问题。在桥梁拓宽拼接完成后，新桥的基础沉降开始发展，而旧桥基础的沉降则接近完成状态，此时，如果新桥基础地基条件不好，可能过早出现沉降过大的情况，将会影响桥梁结构。新旧桥梁基础的沉降差对桥梁结构的影响主要体现在变形上，具体为新桥主梁、拼接缝、旧桥主梁在竖向上的变形，由于混凝土的抗拉强度远低于抗压强度，沉降差引起的横向拉应力成为控制因素，当沉降差达到混凝土抗拉强度极限时，可能会引起新旧桥连接部位产生顺桥向的裂缝、主梁混凝土开裂及支座脱空。在服役过程中，雨水可能会渗入裂缝，影响桥梁结构的耐久性。事实上，桥梁基础的沉降是一个漫长的发展过程，而影响因素较多。在分析新旧桥梁基础沉降差对桥梁结构影响时，应首先明确基础的沉降规律，然后，根据相关公式计算桩基沉降值。当前，桩基沉降值的计算大体可分为2部分：基础的最终沉降量和基础沉降随时间的变化过程。主要计算方法有理论公式法(如分层综合法)和数值方法(如有限元法)。为减轻或避免基础沉降差对新旧桥梁结构的影响，在拓宽设计过程中，可以考虑采取以下2种方法：(1)进行拓宽拼接时，将上部结构做成分离式;(2)对新桥基础进行处理，进而确保其沉降值控制在一定的许可范围内。事实上，将上部结构做成分离式是存在一定弊端的，如结构整体性削弱、会产生明显的挠度差、影响结构美观等。

　　结束语

　　当前，既有公路网络已无法满足现代交通运输的需求，开展公路改扩建是解决这一问题的重要手段，而桥梁拓宽拼接是公路改扩建的重中之重。为此，本文对上述3个关键问题进行了分析，并提出了相应的技术策略，即在拼接方案方面推荐采用上下全部连接、上下全不连接的方法。进行混凝土收缩徐变分析时，应提前预估新桥收缩徐变对桥梁结构的影响。进行基础沉降差控制时，应通过技术措施将新桥沉降控制在一定范围内的参考和指导。

　　参考文献

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