安阳至新乡高速公路改扩建工程桥梁加宽方案比选

摘要：结合安阳至新乡高速公路改扩建工程实际，对高速公路桥梁的拼接加宽方案进行了分析。介绍了目前高速公路桥梁拼接加宽的几种方式，从桥梁结构性能、结构耐久性、安全性，施工便利性以及工程造价等指标综合评定分析比较，提出了采用上部构造连接、下部构造不连接的拼接加宽方法。另外针对老桥存在的一些病害的具体情况，提出了维修加固方案。

关键词：桥梁工程　加宽方案　比选　空心板　高速公路

中图分类号：TU74　文献标识码：A　文章编号：1007-3973(2011)004-001-04

1　前言

京珠国道主干线安阳至新乡段高速公路是国家高速公路网规划及河南省公路网主骨架的重要组成部分。京珠国道主干线在河南省境段全长约529公里，是中原地区南北交通的主要运输干线，自建成通车以来，交通量以较快的速度增加，交通压力日益凸显。特别是安阳至新乡段，交通量总体规模保持在较高的水平，公路服务水平逐渐下降，已不能满足发展的需要。对安阳至新乡的加宽改扩建的需求日益迫切。

2　加宽标准拟定

2.1加宽宽度

根据本项目工程可行性研究报告中预测安阳至新乡段高速公路年平均昼夜交通量：2010年为48594辆／日，2020年为78484辆／日，2027年为99515辆／日。按照《公路工程技术标准》规定：“高速公路一般适应平均昼夜交通量为25000辆／日(折算为小客车)以上”，项目在设计年限内形成的交通规模达到八车道高速公路的要求，同时考虑到本项目京珠国道主干线作为河南省高速公路网的基本构架，具有十分重要的政治、经济意义以及在河南省交通运输及经济发展中显现的更为突出的主动脉作用，所以本项目等级确定为八车道高速公路。

安新高速公路原桥梁桥面宽2×12.0米，两幅中间间隔2米。本次加宽工可报告采用在两侧各加宽7，75米的形式，加宽后形成桥面宽度2×19.75米，中间间隔2米的断面形式，两侧防撞护栏宽度均为0.5米。在分析了工可报告后设计标准采用了在两侧各加宽8米，加宽后形成桥面宽度2×20.00米，中间间隔2米的断面形式，两侧防撞护栏宽度均为0.5米。

2.2改扩建设计荷载对原桥涵进行结构验算的主要结论

本项目老桥涵设计荷载标准为汽，超20级、挂车120，根据运营状况和老桥涵初步检测结论显示，主体结构尚能满足85设计规范的要求，但需对由于各种原因造成的局部病害加以处置，防止病害进一步发展影响桥涵整体健康状况。

单纯从结构计算考虑，按照全宽20米进行活载横向分配，大部分老桥涵基本可以满足公路-I级标准的使用要求，但在安全等级和耐久性方面有所欠缺。因此本次改扩建首先要加强新、老桥之间的横向联系，保证二者变形接近，共同受力；其次运营阶段根据运行车速划分要求，大型车辆行驶到内侧车道的机率相对偏低；再通过加强日常养护：以达到新、老桥使用寿命接近的目的。

3　桥梁加宽方案比选与论证

该项目已建成桥梁上部结构采用跨径16m、20m的预应力混凝土空心板，下部构造采用桩柱式桥墩，桩柱式或肋板式桥台，钻孔灌注桩基础，桥面简易连续。由于加宽项目的局限性，采用与原桥相同的桥跨布置与建筑高度相同，外型尺寸类似桥型结构，不再进行桥型比较。

桥面铺装：新建加宽部分采用4CM中粒式沥青混凝土+6CM粗粒式沥青混凝土9CMC60防水混凝土。老桥直接加铺4CM中粒式沥青混凝土。

3.1加宽改建原则

(1)尽量利用原有结构，控制工程规模

主干线公路加宽改建桥涵的加宽方案要充分利用原有结构物，用安全、经济、实用的方式，实施最有效的工程方案。

(2)维持原有构造物功能，尽量减少对原有交通的影响

原有公路一般已建成一段时间，沿线公路的通道、河流己基本稳定，在没有特殊要求的情况下，加宽方案及指标上应维持与原有桥涵一致，同时施工时应尽量将拓宽改建施工面放在现有公路路肩外侧，以减少对现有交通的干扰。

(3)体现技术先进、方案可靠的原则

在桥梁加宽方案中要充分反映当前的设计水平，重视采用科研新成果、新材料、新工艺来提高加宽改建工程的技术水平，同时要兼顾加宽桥梁与原有结构的一致性和协调性。

3.2空心板桥梁拼接方案

本项目桥梁拼接采用同跨径、同结构形式桥两侧分别进行拼接的方式，已建桥梁左、右半幅分别加宽8.0m.经过分析论证，提出了以下三种空心板桥桥梁连接方式进行比选：

(1)“上部构造、下部构造均不连接”的方式

优点：加宽桥与原桥各自受力明确、互不影响，简化了施工程序，减小连接的施工难度，基本不影响原有公路交通。

缺点：在汽车活载作用下新旧桥主梁产生不均衡挠度以及加宽桥大于原桥的后期变形，将会造成连接部位沥青铺装层的破坏，从而形成纵向裂缝和横桥向错台，影响行车舒适及安全和路容美观，增加后期的养护维修工作，大大增加了维修费用。

采用上述连接方式，运营结果表明桥面铺装层极易损坏，纵向裂缝随着沥青铺装层啃边现象的发展而日益扩大，严重影响了行车安全和路容美观。可以实施桥面连续工程来解决这一问题。

(2)“上部构造、下部构造均连接”的方式

“上连下也连”拼接方式为下部新、老盖梁端部断面刚性连接。将已建桥梁盖梁端部凿除30cm，拆除挡块，在老盖粱上钢筋与新建桥幅盖粱钢筋焊接，然后浇注新接盖梁；盖梁衔接处设置假缝。

优点：本方案结构整体性较好，横向受力明确，新老桥连接刚度大。加宽桥与原桥形成完整的一体，减少各种荷载(包括基础不均匀沉降、汽车活载、温度荷载等)作用下新老桥连续处的不均衡变形。

缺点：新桥与原桥的上部混凝土梁变形(如混凝土收缩、徐变等)不一致，加宽桥基础沉降大于原桥基础沉降，由此产生的附加内力较大，易造成下部构造的盖梁、墩台连接处产生裂缝，影响行车及桥面美观性增加维护工作量。而且，下部结构采用植筋技术工程成本高，对于悬臂较短的上部结构，植筋时需拆除原桥边梁，对原有公路交通影响较大，施工也十分繁琐。如果是在软土地区，采用此方法，出现问题的机会将更高。

采用此方法连接，在全封闭的情况下进行改扩建，不存在对原有公路交通的干扰问题，对于大多数公路改扩建，基本不可能对原有公路封闭，且其运营效果也有待检验。

(3)“上部构造连接、下部构造不连接”的方式

优点：新桥与原桥上部连接，形成整体，有利于上部结构受力、行车舒适及路容美观：下部结构不连接，下部各自受力，内力相互不影响，可以减少由于新桥与原桥的上部材料的变形不一致、新旧桥基础不均匀沉降而产生的附加内力。

缺点：新桥与原桥的上部材料的变形(如混凝土收缩、徐变等)不一致，新旧桥基础不均匀沉降，由此产生的附加内力不可能完全被克服，还是对结构有一定的影响，施工时对施工工艺、施工组织的要求较高，通车也有一定的影响。

采用此方法连接，使用情况较好，未出现桥面纵向裂缝。经比选，本次方案采取“上连下不连”的拼接方式。

4　具体拼接方式比选

本段加宽桥新老空心板间通过钢板和连接钢筋相连。具体的拼接方式进行了三种方案的比选。

4.1方案一

实施步骤：

(1)老桥外侧边板及防撞护栏整体废除，更换新板。

(2)预制5块1.33m梁板和2块1.0m梁板。

(3)新桥架设完毕后，给予3个月沉降期，并实施等设计荷载堆载预压，促使其工后沉降尽快完成。

(4)与拼宽桥衔接部分采用新预制1m宽边板连接，新边板之间现浇31x20cm湿接缝，实现新、老桥上部结构湿接。

优点；最大限度地保证了新、老桥之间的横向连接，避免了植筋的困难。

缺点：对施工期间的通行干扰大，更换老板造成扩大工程量。但可以考虑将废弃老板经检测合格后用于低等级道路。

4.2方案二

实施步骤：

(1)整体切除老桥外侧护栏。

(2)老桥外侧边板植入钢筋φ12@10。

(3)新桥预制6块1.275m粱板。

(4)新桥架设完毕后，给予3个月沉降期，并实施等设计荷载堆载预压，促使其工后沉降尽快完成。

(5)新桥内边板伸出钢筋与老桥植入钢筋搭接，现浇31cm宽混凝土，实现新、老桥上部结构湿接。

优点：没有废弃边板，工程造价低，保通压力小。

缺点：老桥空心板壁厚较薄，植筋效果难以保证；况且在切除老桥护栏的过程中，对老桥边板存在不可避免的损伤因此其疲劳性和耐久性存在不确定因素，本方案实施效果难以保证。

4.3方案三

实施步骤：

(1)整体去除老桥外侧边板及防撞护栏，移至拼宽桥外侧利用。

(2)顸制4块1.415m梁板和2块1.0m梁板。

(3)新桥架没完毕后，给予3个月沉降期，并实施等设计荷载堆载顸压，促使其工后沉降尽快完成。

(4)与拼宽桥衔接部分采用2块新顸制1m宽边板连接，新边板之间现浇31x20cm湿接缝，实现新、老桥上部结构湿接。

优点：利用了老边板及其护栏，同样最大限度地保证了新、老桥之间的横向连接，避免了植筋的困难，工程量小。

缺点：老桥空心板采用汽车一超20级，挂车－120设计标准，新桥空心板采用公路-1级标准，设计标准不一致，老空心板、老护栏均无法满足新规范的要求。

4.4比选结果

三种拼宽方案在经济性方面并不存在明显差异，但从桥梁结构性能、结构耐久性、安全性，施工便利性以及工程造价等指标综合评定后，将方案一作为实施方案。

5　桥台拼接方案

本项目老桥采用了部分肋板式桥台，为减少对老桥锥坡的开挖、减轻对老桥台的影响，除锥坡按正常的路基搭接方式挖台阶外，不再开挖，直接填土压实至老桥台盖梁下部。再按群桩基础的型式施工4根桩基础，浇筑承台。承台顶与老桥台盖梁顶衔接，其上直接放置空心板、耳背墙，相应取消肋板和盖粱。

柱式桥台同样采取了提高桩头，减短立柱的设计方案，以减轻对老桥台后填土稳定性的影响。

6　原有桥梁维修加固方案比选与论证

通过对老桥进行检测，其承载能力均可满足设计要求(汽车一超20级，挂车一120)。但老桥因为建设年代的局限性，现存在以下几个问题：重要部件材料有较多中度缺损，铰缝脱落渗水现象较为普遍；个别桥梁空心板出现横向或纵向裂缝；个别盖梁在跨中和墩台顶部负弯矩处出现竖向裂缝，裂缝发展缓慢，尚能维持正常使用，部分支座老化开裂，支座与板间存在缝隙。对现已存在的这些问题，经过研究，依次采取如下处治方案：

6.1蜂窝、麻面等混凝土缺陷处理

对于空心板底存在的蜂窝、麻面、混凝土剥落、掉块、缺损、凹陷等缺陷，首先对缺陷部位的外露钢筋除锈，再利用环氧混凝土对缺陷部位进行修补。

6.2粱间铰缝处理

本项目现有道路上的桥涵构造物大都为预制拼装的铰接空心板桥，企口缝较小，横向连接钢筋不强，缝内用细石混凝土填实。企口缝连接相对薄弱、桥面铺装层厚度较薄，再加上支座错位、压缩剪切变形、支座脱空等因素造成部分空心板结构均存在板间铰缝脱落、渗水、板间错台、板间距过大等问题，严重时可能造成单板受力的最不利工作状态。处理方案：修复铰缝、加固铺装；换板处理法。

6.3桥面铺装破坏

本路段建成通车年限不长，老桥行车舒适度使用效果良好，直接加铺上面层。

本路段建成通车年限不长，老桥行车舒适度使用效果良好，直接加铺4厘米沥青混凝土，达到新、老桥面外观一致的效果。

6.4伸缩装置损坏

已建桥梁的伸缩装置，存在锈蚀、断裂、破损等情况，部分中、小桥没有没置伸缩装置。本次改扩建，老桥需加厚铺装，因此设计重新计算伸缩量，对全线所有桥梁的伸缩装置统一进行更换、安装。

6.5支座更换

本路段桥梁大量支座存在老化、变形、丢失或位置不正等现象，本次设计将已建桥梁发生损毁的支座进行更换，初步考虑更换率为30％，对墩台支座垫石进行修复改造，使支座完全参与受力并处于水平受力状态。

6.6老桥内侧护栏处置方案

老桥内侧护栏已不符合现行规范要求，但考虑到全线更换将严重干扰保通，对内边板的损伤较大，新护栏锚固的可靠性也存在不确定因素，且费用较高。因此本次改扩建的处置方案为：原则上不动老桥内侧护栏，通过在其上增加钢护栏，将其改造为组合护栏，达到满足或基本现行规范和使用要求的目的。

7　结论

安阳至新乡高速公路改扩建工程已于2008年4月28日开工建设。随着我国经济的快速增长，早期建成的高速公路交通流量日趋饱和。随着全国范围内高速公路加宽项目如火如荼的展开，桥梁加宽工程中也出现了许多新课题，需要不断的理论结合实际，深入研究，进一步完善解决。

参考文献：

[1]于凤明，张永明，宋金华，道路改扩建工程设计与施工技术[M].人民交通出版社,2004.

[2]JTGD62-2004，公路钢筋混凝土桥梁及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

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