高速公路改擴(kuò)建橋梁設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究

劉 洋

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081)

0 引 言

在交通運輸系統(tǒng)中高速公路有著舉足輕重的地位，具有運輸成本低、行車速度快、通行能力強(qiáng)的特點，為社會帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，為人們的生活提供了便利。社會的快速發(fā)展讓交通量不斷的增加，這就給之前建造的高速公路帶來了巨大的運輸壓力。到目前為止，之前建成的大多數(shù)高速公路已經(jīng)不能滿足現(xiàn)如今的交通需求，一些高速公路也正在超負(fù)荷運營，長此以往也會限制社會的發(fā)展。因此，要根據(jù)實際的情況，對過去建設(shè)的一些高速公路進(jìn)行適當(dāng)?shù)母臄U(kuò)建，這樣不僅可以緩解交通壓力，還能提高高速公路的安全性和穩(wěn)定性。起初對于高速公路的改擴(kuò)建僅限于對路面的加鋪，但是隨著擴(kuò)建項目的逐步發(fā)展，對于橋梁的擴(kuò)建也日漸增多。橋梁作為高速公路中重要的一部分，其在建設(shè)時就有一定的復(fù)雜性，所以在改造的過程中，更應(yīng)該將其作為重中之重。

1 橋梁構(gòu)造物改擴(kuò)建現(xiàn)存的問題

對于橋梁構(gòu)造物的改擴(kuò)建存在著較多的問題，以下列舉了幾項主要的問題如圖1所示。

圖1 橋梁構(gòu)造物改擴(kuò)建現(xiàn)存的問題

1.1 新舊構(gòu)造物之間沉降差

對于加寬的橋梁來講，新舊基礎(chǔ)的沉降差是一個比較嚴(yán)重的問題，原有的基礎(chǔ)沉降已經(jīng)基本穩(wěn)定，然而新擴(kuò)建的橋梁基礎(chǔ)沉降才剛剛進(jìn)行。因此，新老結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之間勢必會存在著沉降差，應(yīng)當(dāng)將沉降差控制在一定的范圍之內(nèi)，避免新結(jié)構(gòu)對老結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生過大的附加力，在設(shè)計的過程中應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際的情況，對沉降差的容許值進(jìn)行全面的分析。

1.2 新舊上部結(jié)構(gòu)之間的縱向接縫處理

在方案制定時，不僅要在橋的兩側(cè)采用同樣跨徑和結(jié)構(gòu)的橋梁進(jìn)行拼接加寬，而且在整個加寬拼接的縫隙還應(yīng)當(dāng)控制在加寬后的結(jié)構(gòu)車道內(nèi)。所以，基于這樣的背景，要結(jié)合公路橋梁的實際需要，使得拼寬橋梁在運營的過程中有足夠的耐久性以及平順性，在設(shè)計的工程中要盡可能的減少縱向的拼寬接縫。

1.3 凈空不足的橋梁處理

早期建成的部分高速橋梁，其凈空的高度不足，已經(jīng)嚴(yán)重的限制了出行以及交通的發(fā)展，尤其是一些通道不滿足消防車輛通過的要求，這也是橋梁改擴(kuò)建的重要問題。

1.4 降低對原有構(gòu)造物的破壞

在橋梁改擴(kuò)建的過程中，為了可以更好的連接新舊結(jié)構(gòu)，施工人員會不可避免的將原有的結(jié)構(gòu)配筋鑿出。但是在開鑿的過程中，一定要盡可能的降低對原有結(jié)構(gòu)的破壞。盡可能少改變原有構(gòu)造物的結(jié)構(gòu)，充分的利用原有的構(gòu)造，發(fā)揮整體作用，避免采用隨意拆除的行為。

2 高速公路橋梁改擴(kuò)建的設(shè)計原則

對于高速公路的改擴(kuò)建設(shè)計一定要做到因地制宜、對癥下藥。每段高速公路都有其獨特之處，不能生搬硬套其他地的改建方案，橋梁的施工本身就具有一定的復(fù)雜性及難度，因此一定要結(jié)合實際情況，采取有效的措施，保證改擴(kuò)建方案的合理性以及科學(xué)性。所以對于高速公路橋梁的改擴(kuò)建設(shè)計有以下幾個基本原則。

(1)在設(shè)計工作開展之前，首要的任務(wù)就是對現(xiàn)場的詳細(xì)勘察以及對資料的收集。主要包括對現(xiàn)場的地質(zhì)地層情況，確定地基是否需要處理，對原有橋梁的整體結(jié)構(gòu)性進(jìn)行檢測，確定薄弱的區(qū)域，對需要加固的區(qū)域進(jìn)行重點的標(biāo)記。收集該段高速公路的相關(guān)資料，也包括公路橋梁的原有施工圖、原有橋梁的性能、使用年限等各方面的實際情況。設(shè)計人員在設(shè)計進(jìn)行之前務(wù)必將原有構(gòu)造物的相關(guān)情況掌握清楚，避免在設(shè)計的過程中忽略某些因素而出現(xiàn)較大的偏差。

(2)設(shè)計人員在設(shè)計改擴(kuò)建方案的時候，一定要綜合考慮新結(jié)構(gòu)橋梁的下部結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)的設(shè)置，同時要結(jié)合施工方的需要以及施工方的方案，對改擴(kuò)建的方案進(jìn)行精準(zhǔn)的設(shè)計，要在最大程度上將新舊結(jié)構(gòu)的變形差降到最低。

(3)與原有的橋梁盡可能的相同，對于新建的橋梁，不管是在橋的長度、結(jié)構(gòu)形式還是跨徑的布置方面，原則上都要與原有的橋梁相同。這樣做的目的也是為了讓新舊橋梁盡可能變形協(xié)調(diào)，減少新老橋梁之間的不均勻沉降。

(4)對老橋梁來講，要盡可能的做到少破壞，將原有的結(jié)構(gòu)損傷降到最低。在達(dá)到目標(biāo)的基礎(chǔ)上要做到能小改不大改，對于薄弱的區(qū)域可以進(jìn)行一定的修復(fù)和養(yǎng)護(hù)措施，對原來的橋梁進(jìn)行加固等處理。原有的結(jié)構(gòu)經(jīng)過多年的使用，基本上已經(jīng)達(dá)到了穩(wěn)定的階段，對結(jié)構(gòu)某一區(qū)域的破壞可能會影響整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，要格外注意對原橋的后期養(yǎng)護(hù)處理。

(5)在施工的過程中不會影響橋梁的正常運行，同時還必須要做好施工的成本以及工期的控制。設(shè)計方案要與當(dāng)前的施工原則相符合，在改擴(kuò)建的過程中要遵循經(jīng)濟(jì)環(huán)保的理念，保證工程施工的安全、經(jīng)濟(jì)與環(huán)保。要盡量的根據(jù)原橋的結(jié)構(gòu)特點來進(jìn)行改建，提高對土地的利用率，同時做出多種方案進(jìn)行對比，這樣不僅環(huán)保還可以降低工程造價。

3 高速公路橋梁改擴(kuò)建的關(guān)鍵設(shè)計要點

3.1 橋梁拼接加寬

圖2 新舊橋上、下部結(jié)構(gòu)均不相連

新舊橋梁的拼接方式主要有三種，其一為上、下部結(jié)構(gòu)均不相連的方式如圖2所示，這種方式主要適用于較大的交通量但不中斷交通的情況。這種方式的優(yōu)點就是可以邊加寬邊施工。原有的橋梁和加寬新建的橋梁之間是相互獨立的，它們之間相互是不影響的，受力比較明確，施工的難度相對來說比較小，施工的工序也也比較簡化，對原有公路的正常運行沒有影響。但是這種方法也有其不利的地方，在施工的過程中會受到來往車輛的影響，新建的橋梁要比原橋梁產(chǎn)生更大的變形，在新舊兩橋連接的位置，瀝青鋪裝層會產(chǎn)生更大的破壞，甚至產(chǎn)生縱向裂縫，影響行車的舒適感以及安全性，造成了路面的不美觀，同時也增加了橋面后期的養(yǎng)護(hù)成本。

其二為上下結(jié)構(gòu)均相連如圖3所示，這種方式會讓新舊結(jié)構(gòu)更好地結(jié)合在一起，這會很大程度的減少由于溫度荷載、汽車荷載等引起的過大變形。但是新舊兩橋的混凝土變形存在著較大的差異，會導(dǎo)致加寬橋梁產(chǎn)生更大的附加應(yīng)力，會在墩臺、蓋梁連接處產(chǎn)生裂縫。而且這種方式在施工的過程中需要封閉交通，對車輛的通行會產(chǎn)生一定的影響。

圖3 新舊橋上下結(jié)構(gòu)均相連

其三為上部連接下部不連接的結(jié)構(gòu)，這種方式也可以邊加寬邊通車，對車輛的通行影響較小。這種方式是結(jié)合了以上兩種方法的優(yōu)缺點。這樣新舊結(jié)構(gòu)之間的影響就很小，而且上部結(jié)構(gòu)對下部結(jié)構(gòu)造成的內(nèi)力影響也更小。充分的考慮了新舊橋梁拼接部位兩側(cè)主梁在變形和剛度可以協(xié)調(diào)一致，同時也避免了出現(xiàn)縱向的接縫。

3.2 荷載標(biāo)準(zhǔn)

隨著公路新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的出臺和更新，公路的設(shè)計荷載最初為汽-超20，現(xiàn)變?yōu)楣稩級。對于早期修建的橋梁，依據(jù)老規(guī)范進(jìn)行的設(shè)計施工，而現(xiàn)在已經(jīng)無法滿足新規(guī)范的要求。針對這種情況，在進(jìn)行設(shè)計的過程中就要區(qū)別對待新舊橋梁，對于舊橋梁采用舊標(biāo)準(zhǔn)，而對于新橋梁采用新標(biāo)準(zhǔn)。拼寬前需要對舊橋梁進(jìn)行檢測驗算，倘若舊橋梁不符合要求，需要對舊橋梁采取加固措施，盡可能的使得舊橋的承載力在加固之后也能達(dá)到要求，滿足交通運輸?shù)男枨?，提高改建后橋梁的安全性能?/p>

4 結(jié)束語

社會的不斷發(fā)展， 交通行業(yè)的不斷進(jìn)步，導(dǎo)致原有的高速公路已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)如今的交通需求，對高速公路橋梁的改擴(kuò)建工作已然成為了目前交通行業(yè)發(fā)展的重中之重。因此，本文通過對該問題進(jìn)行分析，從新舊構(gòu)造物之間沉降差、新舊上部結(jié)構(gòu)之間的縱向接縫處理、凈空不足等方面分析了橋梁構(gòu)造物改擴(kuò)建現(xiàn)存的問題。并針對這些問題，提出了在改擴(kuò)建設(shè)計工作中應(yīng)當(dāng)遵循的原則。最后從橋梁拼接加寬方式以及荷載標(biāo)準(zhǔn)兩個方面來系統(tǒng)的闡述了高速公路橋梁改擴(kuò)建中所需要注意的關(guān)鍵設(shè)計要點，對高速公路橋梁拼寬工作具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。