山區(qū)橋梁拼寬設(shè)計(jì)

殷桂芳 于曉磊

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京 210019)

0 引言

隨著山區(qū)交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展， 現(xiàn)有道路已無(wú)法滿足日益增加的交通量要求， 對(duì)現(xiàn)有道路進(jìn)行提升改造已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，這也促使許多現(xiàn)狀橋梁進(jìn)行拼寬改造[1]。 拼寬改造在滿足整體要求的前提下，盡量不動(dòng)原橋結(jié)構(gòu)，對(duì)原橋兩側(cè)拼寬并對(duì)原橋梁板加固處理， 以避免管線遷移帶來(lái)的諸多問(wèn)題，這種拼寬設(shè)計(jì)可以加快工程進(jìn)度，保證交通不中斷，降低工程費(fèi)用，因此得到廣泛的應(yīng)用[2]。山區(qū)橋梁拼接技術(shù)質(zhì)量直接影響著行車安全及橋梁使用壽命，在山區(qū)橋梁的拼寬設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員必須結(jié)合山區(qū)復(fù)雜環(huán)境和現(xiàn)有橋梁的實(shí)際情況， 合理選擇拼寬橋結(jié)構(gòu)形式和新老橋拼接方法。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于云南省建個(gè)元高速與元蔓高速相交處的呼山樞紐，現(xiàn)有道路已不能滿足交通量的需求，有必要對(duì)呼山樞紐主線橋進(jìn)行拼寬設(shè)計(jì)。 原橋左右幅跨徑布置為4×29.5m+3×(3×29.5m)+4×29.5m+3×29.5m+2×29.5m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T 梁(橋型立面如圖1)，橋?qū)?×12.5m(橋型平面如圖2)，橋臺(tái)采用擴(kuò)基U 臺(tái)，橋墩采用圓柱墩、空心薄壁墩，樁基礎(chǔ)。本項(xiàng)目對(duì)原橋左幅第2～8 跨進(jìn)行拼寬設(shè)計(jì)，拼寬橋全長(zhǎng)206.5m。 左幅拼寬部分上部結(jié)構(gòu)采用7×29.5m 預(yù)應(yīng)力砼(后張)T 梁，下部結(jié)構(gòu)橋墩采用圓柱墩、樁基礎(chǔ)。

2 上部結(jié)構(gòu)拼寬

2.1 上部新老橋連接

本橋上部主要通過(guò)新老橋處濕接縫和橫隔板進(jìn)行連接，連接處混凝土采用C50 鋼纖維補(bǔ)償收縮混凝土，新梁翼緣板預(yù)留鋼筋與老梁植筋焊接， 新老橋橫隔板通過(guò)普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)精軋螺紋粗鋼筋連接。 橋梁上部拼寬方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

圖1 橋型圖立面(cm)

圖2 橋型圖平面（cm）

表1 橋梁上部拼寬方式比較表

由表1 可知，新老橋上部結(jié)構(gòu)連接的方案，可保證橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和橋梁整體安全運(yùn)營(yíng)、方便橋梁拼接施工、減少對(duì)舊橋的影響，延緩和減少拼接部位的橋面裂縫，提高行車舒適性，給道路使用者提供良好的行車環(huán)境。

2.2 上部結(jié)構(gòu)縱梁計(jì)算

主梁計(jì)算按后張法A 類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)，橋面鋪裝層C50 混凝土不參與截面組合作用[3]。 計(jì)算軟件采用橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算程序《橋梁博士》v3.5。

2.2.1 預(yù)應(yīng)力鋼絞線驗(yàn)算

按照 《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.1.4 條規(guī)定[4]，鋼絲、鋼絞線的張拉控制應(yīng)力值σcon≤0.75fpk，故允許值為0.75fpk＝0.75×1860＝1395MPa。 本橋鋼絞線張拉控制應(yīng)力為1400MPa，均能滿足要求。

2.2.2 正常使用極限狀態(tài)抗裂驗(yàn)算

(1)短期效應(yīng)組合

短期效應(yīng)組合下，新橋邊梁截面上緣最小正應(yīng)力為-0.44MPa，小于允許值-1.85MPa 的要求，下緣最小正應(yīng)力為-1.07MPa，小于允許值-1.85MPa 的要求，最小主應(yīng)力為-1.07MPa，小于允許值-1.85MPa 的要求，縱梁在短期效應(yīng)組合下的抗裂驗(yàn)算滿足要求。

(2)長(zhǎng)期效應(yīng)組合

長(zhǎng)期效應(yīng)組合下， 新橋長(zhǎng)期效應(yīng)組合正應(yīng)力如圖3所示。 由圖3 可見(jiàn)，構(gòu)件未出現(xiàn)正拉應(yīng)力，長(zhǎng)期效應(yīng)組合下的抗裂驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

2.2.3 持久狀況構(gòu)件應(yīng)力驗(yàn)算

按照 《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》第7.1 條規(guī)定，持久狀況預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件應(yīng)力計(jì)算時(shí)，應(yīng)力值取標(biāo)準(zhǔn)組合值。

圖3 長(zhǎng)期效應(yīng)組合正應(yīng)力圖

標(biāo)準(zhǔn)組合下， 新橋邊梁截面上緣最大正應(yīng)力為9.17MPa，小于允許值16.2MPa 的要求，下緣最大正應(yīng)力為13.3MPa，小于允許值16.2MPa 的要求，最大主應(yīng)力為13.3MPa，小于允許值19.4MPa 的要求，縱梁在持久狀況下混凝土的應(yīng)力滿足要求。

2.2.4 短暫狀況構(gòu)件應(yīng)力驗(yàn)算

按照 《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》第7.2.8 條規(guī)定，在預(yù)應(yīng)力和構(gòu)件自重等施工荷載作用下截面邊緣混凝土的法向應(yīng)力應(yīng)符合壓應(yīng)力σcct≤0.70fck′和拉應(yīng)力σctt≤0.7ftk′的要求。 由計(jì)算結(jié)果可知，施工階段混凝土上緣最大應(yīng)力為5.56MPa， 小于允許值20.412MPa 的要求，上緣最小應(yīng)力為-0.091MPa，小于允許值1.67MPa 的要求，下緣最大應(yīng)力為5.56MPa，小于允許值20.412MPa，下緣最小應(yīng)力為-0.314MPa，小于允許值1.67MPa 的要求，橋梁結(jié)構(gòu)各部位的應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2.5 承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)度驗(yàn)算

(1)正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

基本組合下新橋邊梁最大彎矩及其對(duì)應(yīng)的抗力、最小彎矩及其對(duì)應(yīng)的抗力的包絡(luò)圖如圖4 所示。

由圖4 可見(jiàn)，承載能力極限狀態(tài)下，新建T 梁正截面彎矩小于對(duì)應(yīng)抗力，抗彎強(qiáng)度滿足規(guī)范要求，由于拼寬結(jié)構(gòu)對(duì)原橋有一定的卸載作用， 拼寬后原橋T 梁正截面抗彎強(qiáng)度同樣滿足規(guī)范要求。

(2)斜截面抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算

利用橋梁博士截面設(shè)計(jì)模塊， 對(duì)斜截面抗剪能力進(jìn)行驗(yàn)算。 基本組合下最大剪力及對(duì)應(yīng)抗力和最小剪力及對(duì)應(yīng)抗力如圖5 所示。

由圖5 可見(jiàn)，承載能力極限狀態(tài)下，新建T 梁斜截面剪力小于對(duì)應(yīng)抗力，均能滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.7-5.2.10 要求， 縱梁的斜截面抗剪強(qiáng)度也能滿足要求。

本文僅給出新橋邊梁計(jì)算結(jié)果， 老橋T 梁計(jì)算同樣滿足規(guī)范要求。

3 下部結(jié)構(gòu)拼寬

3.1 新老橋蓋梁連接

新建橋梁下部為獨(dú)柱獨(dú)樁時(shí)， 采用蓋梁連接的拼接模式，新舊橋梁蓋梁之間通過(guò)采用M30 的植筋化學(xué)螺栓和型鋼進(jìn)行連接，以減少對(duì)舊橋的破壞，也避免了因不均勻沉降帶來(lái)的連接處易于開(kāi)裂的弊端。 蓋梁拼寬方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表2。

圖4 正、負(fù)彎矩包絡(luò)圖

圖5 最大剪力和最小剪力抗力圖

表2 蓋梁拼寬方式比較表

由表2 的比較情況可知， 蓋梁采用型鋼連接和蓋梁不連接方案均有各自的特點(diǎn)， 而且新舊橋梁蓋梁連接處在差異沉降和活載最不利工況下， 設(shè)計(jì)錨栓和型鋼的受力均可以滿足規(guī)范要求， 工程設(shè)計(jì)中可根據(jù)橋梁的實(shí)際情況選用。

3.2 新老橋鋼系梁連接

通過(guò)穩(wěn)定性計(jì)算， 新老橋下部墩柱連接相比新老橋下部墩柱不連接的情況，結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性相對(duì)提高，且滿足規(guī)范要求。 因此當(dāng)新橋獨(dú)柱墩墩高超過(guò)20m 時(shí)，新舊橋梁墩柱之間通過(guò)鋼抱箍和型鋼(槽鋼)系梁連接，以提高結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定， 新老橋鋼系梁連接示意圖如圖6 所示。相比植筋連接技術(shù)操作也較為簡(jiǎn)便，并能適應(yīng)一定的不均勻沉降。

圖6 新老橋鋼系梁連接示意圖

由圖6 可知，每個(gè)墩柱由兩片鋼抱箍組成，鋼抱箍之間以及抱箍與型鋼之間均通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接， 每根螺栓的預(yù)拉力不小于150kN。 鋼箍與原混凝土立柱通過(guò)粘鋼環(huán)氧膠和預(yù)埋螺栓固定，并且焊接槽鋼及加勁肋，形成橫向聯(lián)系， 加勁肋和鋼箍的焊縫均采用焊腳尺寸為10mm的雙面角焊縫，槽鋼和鋼箍都采用Q235 號(hào)鋼材，外露鋼構(gòu)件均應(yīng)涂防銹漆進(jìn)行防腐處理。 鋼箍設(shè)置在原橋墩柱系梁上方，待新橋沉降控制后，方可進(jìn)行新老橋下部系梁的連接，施工期間應(yīng)注意不得破壞原有橋梁墩柱[5]。

3.3 新老橋下部不連接的拼寬

當(dāng)橋梁拼接寬度相對(duì)較大，且拼寬橋墩為雙柱墩時(shí)，新老橋蓋梁以及新老墩柱均不連接。 該拼接模式在施工時(shí)較為方便，對(duì)老橋下部結(jié)構(gòu)基本無(wú)影響，且新老橋結(jié)構(gòu)均能達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)本橋上部結(jié)構(gòu)采用新老橋連接的模式，應(yīng)分別對(duì)新老橋上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算， 保證結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)下承載能力和正常使用狀態(tài)下應(yīng)力指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。

(2)下部結(jié)構(gòu)的拼寬，可根據(jù)橋梁拼寬寬度、墩高等情況合理選擇拼寬模式， 保證下部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和施工的便捷性。

(3)本文提出的山區(qū)橋梁拼寬方法，在實(shí)際工程應(yīng)用中具有實(shí)用意義，可供同類型項(xiàng)目參考。