高速公路桥梁拼宽方案的选择

高速公路桥梁拼宽方案的选择

1加强自身的高速公路的改造、加近年来，随着经济和社会的快速发展，交通工具业的发展蓬勃发展。一些高速公路的运营能力无法满足现有的交通量要求，交通事故频发。同时由于土地资源紧缺,开辟新的走廊带势必占用大量土地资源且对环境造成不可避免的永久破坏。所以对既有高速公路的改造、加宽势在必行。高速公路的改造、加宽主要集中在路基及桥梁路段,桥梁拼宽方案的合理确定对于保证施工顺利进行、结构安全可靠、后期运营安全、维护养护成本起着至关重要的作用。近年来我国修建的高速公路桥梁上部构造本着经济、节约、施工便利的原则,大都以板式桥梁为主,对于板式桥梁的拼宽方案主要有湿接缝连接、铰缝连接、横隔板连接、纵向桥面连续等拼接方式。本文针对板式桥梁的拼宽方式,结合施工、结构受力、运营及工程造价等影响因素,分析各种拼宽方案的优缺点,合理选择并应用于西商高速公路,以指导设计及施工。2通过对角桥设计的介绍和相应的计算方法的探讨(1)板梁拼接宽横向误差调整原桥与加宽桥间由现浇混凝土湿接缝将其连接形成整体,原有桥梁悬臂部分凿除,在空心板两端各设一道横梁,加强其整体性。为减少收缩徐变及基础沉降的影响,加宽桥架设3～5个月后,再进行湿接缝连接,对新旧板梁拼宽设计的横向误差通过现浇段调整,如图1。此类拼宽方式通过现浇湿接缝连接新老桥梁,计算时可根据实际上部板梁及湿接缝的刚度进行实体模型分析,确定实际的桥梁横向分布系数,再进行板梁的纵向计算。设计时也可采取选用铰接板法及刚接板法求得的横向分布系数的大值的简化计算方法。(2)空心板渗移机制原桥外侧边板有悬臂时,需切除悬臂,凿除原桥边板外侧腹板混凝土。架设加宽桥空心板时,与原桥间预留5～10cm距离,与加宽桥中板形成铰缝,由现浇混凝土铰缝将原桥与加宽桥连接形成整体,如图2。此类桥梁拼宽方式通过在原桥腹板外侧植筋后与新桥形成新的饺缝连接,受力明确,计算时横向分布系数按铰接板法确定。(3)横向布置规律原桥与加宽桥间现浇混凝土横隔板,其他部分桥面连续,两者连接形成整体。横隔板设置在空心板端部并根据需要间隔3～4m进行设置,如图3。此类桥梁拼宽方式主要是采用中横隔板进行新老桥梁的连接,由于横隔板在桥梁纵向布置道数较多,计算时可根据实际上部板梁及横隔板的刚度进行实体模型分析,确定实际的桥梁横向分布系数,再进行板梁的纵向计算。设计时也可采取选用铰接板法及刚性横梁法求得的横向分布系数的大值的简化计算方法。(4)弹性材料搭装原桥与加宽桥空心板间纵向桥面连续连接,加宽桥与原桥悬臂设置2cm缝,在2cm缝中填塞弹性材料(沥青玛蹄脂),见图4。此类桥梁拼宽方式主要是采用桥面现浇层连接新老桥面,铺装层内设置均布钢筋,新老结构独自受力。设计时应特别注意老桥的边梁的结构受力计算,必要时可切除原有桥梁的悬臂,减小边板的活载效应。(5)比较不同的方案拼接方案对比见表1。3桥梁截面设计的原则(1)荷载等级与结构的控制由于拼宽桥梁一般均已使用了一定时间,且大部分桥梁的设计标准执行的是《85桥梁规范》,荷载等级与结构的指标控制均与现有《04规范》存在差异。在确定拼宽方案前,首先应确定加宽设计的荷载等级及执行规范,根据确定的荷载等级及相应规范对桥梁结构进行计算分析,若不能满足确定的规范要求应对既有桥梁进行加固。(2)桥梁结构调查和分析既有桥梁的外观特征能够一定程度的反映桥梁结构的状况,如混凝土外观是否平整、表层有无脱落、梁身的裂缝、支座变形程度等,在进行拼宽设计时应首先对桥梁结构进行调查。对于典型桥梁还应结合荷载试验、超声波检测等手段确定桥梁的现有状况及结构性能。同时对桥梁结构进行计算分析,确定结构受力是否满足设计标准。根据上述手段确定桥梁结构的划分等级,并根据划分等级进行相应处理。如受力不满足设计标准则应进行加固处理或更换板梁;对于满足受力要求但外观破损的需进行养护处理等。在保证结构安全的前提下,必要时下可适当放宽结构受力指标的控制。(3)确定梁的拼接宽方案桥梁加宽时应综合考虑拼接方案是否对原有桥梁的下部构造形式造成影响、拼宽方案的施工难度、工程规模及后期养护费用等因素后合理确定桥梁的拼宽方案。桥梁的拼宽应尽量考虑新老混凝土收缩徐变及新老地基的不均匀沉降的差异,施工时应尽量在拼宽桥梁架设完毕后3个月后进行新老桥梁的连接,以消除收缩徐变等因素对桥梁结构的影响。对于结构下部的处理以不破坏、少破坏为前提,拼宽设计时对于下部应尽量使新、老结构单独受力,保证下部结构受力明确以避免基础沉降对下部构造产生影响。4桥台设计及施工西商高速在终点以商州枢纽互通顺接蓝商高速公路,存在多处桥、涵拼宽构造,主线高速K118+796.465处原有高速设1～20m简支空心板桥,桥台采用U型桥台,地表1m范围为种植土,1～10m为粗砂,其下为砂砾层。主线进行拼宽时,该桥左幅需加宽6.9m,右幅需加宽7.8m。调查得出该桥设计于2003年,2005年建成通车,采用《85规范》进行设计,桥梁混凝土外观平整,梁身无裂缝,支座变形微小。同时通过对该桥计算,桥梁在按《04规范》进行验算时由于车辆分布位置发生变化导致外侧边板承载能力不满足要求,其余梁片均满足承载能力要求。所有梁片抗裂不能满足《04规范》要求。考虑到本桥2005年通车,运营状况良好,桥梁加固工艺繁杂,工程费用较多,设计考虑桥梁承载能力须满足《04规范》要求,应力指标按《85规范》进行控制,桥梁整体设计执行规范采用《85规范》。通过计算,在切除原桥边板悬臂后,边板受力满足要求,同时由于互通范围内空心板梁仅一处,考虑到模板加工困难,采用现浇箱梁进行拼宽,拼宽方式采用纵向桥面连续方式,见图5。采用纵向桥面连续方式避免破坏原桥桥台,箱梁悬臂与既有桥梁边板不连续,保证结构独自受力,施工方便。同时考虑到新老桥梁的基础不均匀沉降,对于新加宽部分采用U型台+桩基础的形式,避免沉降过大导致桥面产生纵向裂缝。5后期运营养护费用结合西商高速公路的典型实例,通过对板式桥梁的拼宽方式、设计原则及受力特点进行探讨,得出如下结论:(1)板式桥梁拼接方案应综合考虑既有桥梁的现有情况、结构受力情况、施工难易、后期运营养护费用等综合确定。(2)桥梁拼宽前应合理确定设计标准、荷载等级,对于按《85规范》设计的桥梁尤为重要,必要情况下在满足承载能力的情况下可适当放松设计控制指标。(3)拼宽桥梁施工时应尽量考虑收缩徐变、地基不均匀沉降对结构的影响,