張四國(guó)

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津300051）

1 工程簡(jiǎn)介

唐津高速公路既是連接我國(guó)東北地區(qū)與華東、華南地區(qū)的快速通道，也是天津市東部地區(qū)和天津港對(duì)外的高速公路通道。為解決迅速增長(zhǎng)的交通量給高速公路帶來(lái)的壓力,唐津高速公路改擴(kuò)建工程于2011年正式開(kāi)工建設(shè),改擴(kuò)建工程采用的是“邊運(yùn)營(yíng)、邊施工”的施工組織方案,以對(duì)交通正常運(yùn)營(yíng)的影響減到最小程度。

唐津高速公路改擴(kuò)建工程全長(zhǎng)126.6 km,路基寬度由原26 m（雙向4車(chē)道)拓寬為34.5 m（雙向6車(chē)道),左右兩側(cè)各拓寬4.25 m。唐津高速公路全線(xiàn)涉及加寬的大小橋梁79座，跨徑形式多種多樣,上部結(jié)構(gòu)多為標(biāo)準(zhǔn)跨徑預(yù)制的空心梁板和T梁,簡(jiǎn)支梁連續(xù)橋面，各橋均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ),墩臺(tái)多為柱式墩臺(tái)。

2 唐津高速公路新舊橋梁拼接加寬方式

目前我國(guó)高速公路橋梁橫向拓寬新舊橋梁之間的拼接方式主要有以下三種：

（1）上下均不連，獨(dú)立結(jié)構(gòu)形式，新舊橋互不相關(guān)。對(duì)于新舊橋梁差異沉降過(guò)大的情況,一般采用在新舊橋梁間設(shè)置縱向伸縮縫的形式,新舊橋梁相互獨(dú)立承載。由于差異撓度的存在,這種橋梁加寬方式較適用于中小跨徑的橋梁。這種完全分離式的橋梁拓寬改造,對(duì)行車(chē)舒適性有一定影響。

（2）上下均連，即新拓寬上部結(jié)構(gòu)與舊橋?qū)?yīng)的上部結(jié)構(gòu)橫向連接起來(lái)，同時(shí)新拓寬下部結(jié)構(gòu)(墩臺(tái))的蓋梁及承臺(tái)也通過(guò)植筋、布設(shè)鋼筋骨架，澆筑混凝土連接件與舊橋下部結(jié)構(gòu)形成整體；上下均連方式整體性較好,新老橋連接剛度大。施工時(shí)需拆除部分蓋梁、背墻、外側(cè)擋塊等,然后新老蓋梁銜接,實(shí)施起來(lái)有較大難度，對(duì)蓋梁受力體系將有改變，容易產(chǎn)生后期裂縫，增加了養(yǎng)護(hù)工作量。

（3）上連下不連，即加寬橋與原橋上部形成整體,有利于上部結(jié)構(gòu)受力。下部結(jié)構(gòu)不連接,新老橋下部各自受力,內(nèi)力相互不影響,可避免對(duì)蓋梁產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞,從而保證橋梁安全,但上部連接縫可能會(huì)有裂縫產(chǎn)生。

通過(guò)對(duì)三種拼接方式各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)的比較，以及對(duì)國(guó)內(nèi)相近工程的借鑒，唐津高速公路改擴(kuò)建工程采用“同結(jié)構(gòu)、同跨徑、上連下不連”的連接方式，既可以保證橋面接縫處平整，又可以共同受力，同時(shí)避免了下部結(jié)構(gòu)剛性連接對(duì)下部結(jié)構(gòu)受力的不利因素。

但是，要注意:（1）保證現(xiàn)澆混凝土接縫在養(yǎng)護(hù)和使用過(guò)程中不出現(xiàn)過(guò)大的變形和開(kāi)裂，這是新舊橋面是否真正連接的關(guān)鍵；對(duì)于結(jié)合部位的構(gòu)造及施工的關(guān)鍵問(wèn)題可以通過(guò)采用合適的連接剛度(減少剛度差異)、適當(dāng)加強(qiáng)連接部位的構(gòu)造處理、延遲新舊結(jié)構(gòu)的拼接時(shí)間 (使其先期發(fā)生大部分收縮、徐變，一般時(shí)間為3個(gè)月～ 5個(gè)月，以減小新舊結(jié)構(gòu)齡期差引起的收縮、徐變效應(yīng))等措施予以解決。（2）控制新、舊橋之間的沉降差。對(duì)于其新舊結(jié)構(gòu)的沉降差的關(guān)鍵問(wèn)題可以通過(guò)適當(dāng)增加樁長(zhǎng)、采用樁底注漿、預(yù)壓等方式予以解決。

3 唐津高速公路橋梁上部結(jié)構(gòu)的連接方式

在唐津高速公路改擴(kuò)建工程橋梁拓寬與原橋孔徑相同或相近的總體原則和采用上部結(jié)構(gòu)拼接、下部結(jié)構(gòu)分離的方案確定后，進(jìn)一步研究的是新拓寬橋梁結(jié)構(gòu)型式與原橋結(jié)構(gòu)型式的關(guān)系。研究唐津高速公路橋梁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)后，提出橋梁的拓寬形式為：

（1）唐津高速公路橋梁拓寬上部結(jié)構(gòu)型式應(yīng)與舊橋上部結(jié)構(gòu)型式相同或相近，這樣可以保持上部結(jié)構(gòu)受力的一致性。

（2）下部結(jié)構(gòu)型式也應(yīng)與舊橋下部結(jié)構(gòu)型式協(xié)調(diào)一致?；静捎脴吨綐蚨眨恍屡f橋臺(tái)也基本采用匹配一致的橋臺(tái)型式。

（3）新拓寬橋梁基礎(chǔ)均采用樁基礎(chǔ)型式。

唐津高速公路拓寬工程橋梁拼接的關(guān)鍵在于上部結(jié)構(gòu)的連接，即采用剛性連接還是鉸接連接兩種連接的構(gòu)造。剛性連接和鉸接連接是新舊橋梁上部結(jié)構(gòu)拼接的兩種連接。從橋梁設(shè)計(jì)理論上講，剛性連接為一種既能傳遞彎矩又能傳剪力的一種連接，又稱(chēng)為強(qiáng)連接；鉸接連接為主要傳遞剪力的一種連接，也稱(chēng)弱連接。

在新舊橋梁上部結(jié)構(gòu)拼接處采用哪一種連接，最重要的問(wèn)題是在全部作用效應(yīng)組合下，連接部位混凝土不得開(kāi)裂，從作用的類(lèi)型上講，新舊橋梁基礎(chǔ)之間的沉降差為主要受力影響因素。因此根據(jù)上部結(jié)構(gòu)梁板形式的不同，采用的拼接方式也不盡相同。

3.1 空心板梁之間的連接

唐津高速公路舊橋的空心板跨度分別為8 m、10 m、13 m、16 m、20 m，橫向通過(guò)現(xiàn)澆濕接頭形成連接，這是一種弱剛性的連接方式。在舊橋梁板的拼接位置需種植鋼筋或埋設(shè)鋼板，與新梁板的預(yù)埋鋼筋進(jìn)行連接，并將一定范圍內(nèi)的水泥混凝土鋪裝層進(jìn)行加強(qiáng)?？招陌鍢驒M向拼接形式見(jiàn)圖1所示。

圖1 空心板橋橫向拼接示意圖（單位：cm）

對(duì)以上結(jié)論進(jìn)行計(jì)算復(fù)核，設(shè)計(jì)荷載采用公路I級(jí)。考慮支座沉降，新橋沉降5 mm，舊橋不沉降。驗(yàn)算截面為舊邊梁及新加寬部分邊梁的支座處和跨中處橋面板的橫向彎矩和剪力。計(jì)算分析中采用的荷載內(nèi)力組合為：恒載+汽車(chē)+沉降。分別對(duì)新舊板梁之間采用鉸接、弱剛接及剛接建立模型三種模型，然后對(duì)比計(jì)算結(jié)果。

對(duì)于模型1，由于跨中部位采用鉸接，結(jié)構(gòu)內(nèi)均為負(fù)彎矩。缺少跨中正彎矩的卸載作用，因此在空心板懸臂根部的負(fù)彎矩較大。

對(duì)于模型2，接縫部位的橫向抗彎剛度遠(yuǎn)小于縱向主梁的剛度，因此可視為固結(jié)于縱梁。接縫位置正負(fù)彎矩的分布較為均勻，最大正彎矩值與最大負(fù)彎矩相近。

對(duì)于模型3，由于接縫部位的橫向抗彎剛度較大，橫梁的撓度導(dǎo)致主梁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，引起接縫部位的橫向彎矩增大?？缰凶畲笳龔澗貫檩^大。

比較三種模型在活載作用下的受力情況，模型2的彎矩絕對(duì)值最小，且正負(fù)彎矩相近，受力最為合理。但需同時(shí)考慮截面內(nèi)力與截面抗力的對(duì)應(yīng)關(guān)系，選擇合理的截面剛度。同時(shí)注意到，活載作用于接縫范圍之內(nèi)的作用效應(yīng)最為顯著，因此在劃分車(chē)道時(shí)，最好避免此處作用車(chē)輪荷載。

3.2 T梁之間的連接

T梁橋的拓寬采用與原結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)拼接的方式，在翼緣板橫向剛接的同時(shí)，梁橋橫向需增加橫隔梁以加強(qiáng)聯(lián)系，尤其對(duì)于斜梁橋，增設(shè)橫隔梁能夠加強(qiáng)斜橋的整體性，減少斜梁的橫向爬移。在原梁板種植鋼筋，澆筑單側(cè)橫隔梁，新澆橫隔梁與預(yù)制橫隔梁之間預(yù)留空隙并通過(guò)鋼板進(jìn)行連接。

同樣，也對(duì)以上結(jié)論進(jìn)行計(jì)算復(fù)核，計(jì)算條件同板梁。分別對(duì)新舊T梁之間采用弱剛接及剛接建立模型，然后對(duì)比計(jì)算結(jié)果。

在新舊橋收縮徐變差異的影響下，弱剛性連接時(shí)在各梁中產(chǎn)生的附加內(nèi)力較剛性連接小，但總體減小幅度有限，約占剛性連接附加內(nèi)力值的25%。由于新舊橋沉降差的影響小，弱剛性連接的附加內(nèi)力值遠(yuǎn)小于剛性連接的內(nèi)力值，大約是剛性連接時(shí)內(nèi)力的1/3。從附加內(nèi)力上來(lái)看，弱剛性連接無(wú)疑是好的連接方式。

但是，在汽車(chē)活載的作用下，弱剛性連接由于整體性較差，拓寬的新梁不能有效地分擔(dān)原舊橋邊梁所承擔(dān)的活載，導(dǎo)致連接處的新舊主梁成為全橋中跨中彎矩最大的主梁。這對(duì)已經(jīng)使用多年且更容易受到惡劣環(huán)境侵蝕的原邊梁來(lái)說(shuō)，是非常不利的。剛性連接則能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。

綜上所述，考慮新舊橋收縮徐變效應(yīng)差異、沉降差，以及汽車(chē)活載的的作用下，建議T梁間連接形式采用剛性連接。

由于新舊T梁之間采用剛性連接，舊邊梁需要植筋及改造，這一部分牽扯費(fèi)用較高，且對(duì)原結(jié)構(gòu)有一定損傷，施工較難操作，因此該項(xiàng)加寬改造工程統(tǒng)一采用更換原邊梁為新的中梁的方式，與加寬側(cè)新增中梁剛接。

3.3 箱梁之間的連接

唐津高速公路的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁和鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋新舊箱梁拼接采用鉸接連接，而除原橋設(shè)有橫向預(yù)應(yīng)力鋼束的箱梁，則采用縱向設(shè)置伸縮縫的方式。其橫向拼接形成見(jiàn)圖2所示。

圖2 箱梁橫向拼接示意圖（單位：cm）

根據(jù)對(duì)唐津高速公路典型橋梁結(jié)構(gòu)分析，與剛性連接相比，由于新舊箱梁采用懸臂板的弱剛性連接，新建箱梁橋基礎(chǔ)沉降在計(jì)算的容許值內(nèi)時(shí)，拼接之后對(duì)新舊箱梁拼接部位的不利影響較小。

應(yīng)當(dāng)指出的是：以上橫向拼接連接不同選擇要有一個(gè)重要的前提，就是拼接后的新舊橋基礎(chǔ)沉降差控制在計(jì)算值5 mm以?xún)?nèi)，對(duì)此需采取適當(dāng)?shù)氖┕た刂品椒ǎ_保新橋沉降限制在要求以?xún)?nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

在唐津高速公路擴(kuò)建工程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和總體建設(shè)方案框架內(nèi)，研究的基本結(jié)論是：

（1）唐津高速公路考慮施工簡(jiǎn)便，受力明確等因素，橋梁橫向拓寬總體方案應(yīng)采用上部結(jié)構(gòu)相互連接、下部結(jié)構(gòu)分離的拓寬方案。

（2）新拓寬橋梁的上部結(jié)構(gòu)形式應(yīng)與原橋上部結(jié)構(gòu)形式相同或相近，保證新、舊橋梁上部結(jié)構(gòu)的受力和溫度作用變形協(xié)調(diào)。

（3）唐津高速公路橋梁上部結(jié)構(gòu)的拼接依上部結(jié)構(gòu)類(lèi)型可分為：上部結(jié)構(gòu)為裝配式板，拼接連接采用剛性連接；上部結(jié)構(gòu)為T(mén)梁，拼接連接采用剛性連接；混凝土箱梁拼接采用弱剛性連接。

上述介紹望能對(duì)類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)與建設(shè)有所借鑒。

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[2]JTJ 041—2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

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