公路桥梁改扩建设计探讨
摘要：本文通过国内已成功实施的几条公路改扩建项目的调查研究基础上，重点探讨桥梁改扩建设计应遵循的设计原则及技术要点。
关键词：公路桥梁；改扩建；并接方式
一、概述
近年来，随着我国公路交通运输的发展，早期修建的高速公路通行能力日趋饱和，部分四车道的高速公路已不能满足交通量的增长需求，因此对其进行改扩建，由四车道加宽为六车道或八车道，提高其通行能力已成为当务之急。桥梁在现代高速公路中占有较大比重，加上桥梁加宽存在技术复杂、实施难度高、对现状交通影响大的特点，因此桥梁加宽设计成为高速公路改扩建工程的重点。本文重点探讨高速公路桥梁改扩建设计中的若干问题，分析了桥梁拼接加宽设计的几种主要方式和连接部构造处理，为类似工程提供参考。
二、桥梁改扩建的设计原则
根据现有道路构造物的特点、改扩建的整体要求及桥涵结构物加宽加固的特殊性，重点提出以下设计原则：
1．首先收集旧桥的设计、竣工资料和地质资料，对全线原有桥梁构造物进行归类分析和现场调查，进行必要的研究、论证，以选择合理可行的建设方案。
2．桥涵构造物的改扩建，本着“安全、适用、经济、美观和有利环保”的原则，因地制宜，尽量利用原有构造物，灵活运用新、旧桥梁设计规范。桥梁的拼接加宽宜采用与原桥同跨径、同结构型式，力求标准化、装配化、外观一致性。
3．对现有老桥逐一进行检测、验算、分析归类，合理确定加固利用方案，提高其承载能力。
4．在确定桥涵构造物加宽加固方案的过程中，应充分注重结构的耐久性和可靠性要求，同时考虑施工的可实施性和方便性，降低后期养护成本。
5．在研究桥梁改、扩建方案时，应将拟实施的技术方案与施工期的交通组织统筹考虑，做到技术方案与交通组织方案的协调统一，努力实现“施工过程不中断交通”的目标，将施工期对现有交通的影响程度降到最低。
6．桥梁、涵、通的改、扩建应充分考虑沿线群众对通行的净空要求，了解沿线城镇发展和交通规划情况，做好沟通协调工作，促进社会、经济的和谐发展。通过顶升、下挖、拆除重建等方式，适当提高净空标准，方便群众生活和促进地方经济发展，努力提高人民群众的满意度，降低改扩建的实施难度。
7．部分路段沿线城镇化水平较高，从减少拆迁占地、降低工程造价和可持续发展理念出发，充分做好桥梁改扩建方案的比选论证，注重提升土地和城市空间利用率。
8．强调桥梁的美学和环保要求：老桥的加宽应考虑与原桥的外观一致性；跨线桥和分离式立交在拆除重建的过程中，应注意桥梁结构型式与周围景观的协调性；距居民区较近的路段，应注意施工期和运营期的噪声影响，采取相应的降噪、隔音措施。
三、桥梁改扩建设计要点
1．荷载标准
近年来，由于新的公路技术标准和设计规范的逐步颁布执行，设计荷载由汽-超20提高到公路-Ⅰ级；新桥规对结构在正常使用状况下的各项应力要求也有较大提高。而现有桥梁大部分是按旧桥规设计的，不可能全面满足新桥规的要求。基于以上实际情况，本文认为应本着“尽量利用现有桥梁、灵活运用规范”的原则，务实采用“旧桥旧标准、新桥新标准”的方法处理；同时通过对旧桥进行验算、加固，将其承载能力极限状态提高到公路Ⅰ级的水平，正常使用极限状态仍按“旧桥规”进行验算。
2．桥梁横向拼接加宽方式
加宽桥与原桥之间的横向连接是桥梁加宽成败与否的主要因素，通过对沈大高速公路、杭甬高速公路、沪宁高速公路、福州至厦门高速公路、广佛高速公路、京港澳高速公路安阳至新乡段等改扩建项目的考察，研究其桥梁加宽方式，经过初步分析，有三种横向连接方式。
（1）上部构造与下部构造均不连接。为使新、旧桥各自受力明确、互不影响、方便施工，新、旧桥相互独立，结构紧靠在一起，之间留工作缝，连接处桥面沥青混凝土连续摊铺。该连接方案简化了施工，但在汽车活载作用下新、旧桥主梁会产生不均衡挠度，加上新、旧桥梁基础沉降、收缩徐变的不一致，将会造成连接部位沥青铺装层破坏、甚至出现横桥向错台，影响行车舒适性和桥面外观，增加后期的养护维修工作。
（2）上部构造与下部构造均连接。为使新、旧桥形成整体，共同受力，消除新、旧桥梁在各种荷载作用下产生的变形差异，减小上、下结构某些部位内力，将新、旧桥上构梁板通过植筋、浇注湿接缝横向连接起来，下部墩台帽梁及系梁也通过植筋技术连接，新、旧桥上、下构各自连为一体。该方案优点是将新、旧桥上、下构各自联系成整体，共同受力。主要缺点是新桥基础沉降大于旧桥基础沉降，由此产生的附加内力较大，将会使下部构造帽梁、系梁、桥台连接处产生裂缝；上部构造连接处也可能产生裂缝，导致使用
功能下降，维修困难，影响外观。
（3）上部构造相互连接、下部构造不连接。综合上述两个连接方式的优缺点，将新、旧桥上部构造横向连接而下部构造不连接，上部构造横向联结部将承受由于新、旧桥基础沉降、收缩徐变不一致产生的附加内力；新、旧桥梁下构不产生相互影响；上部构造连接对下部构造产生的内力影响也很小。为减小新、旧桥基础沉降差异，可通过加强新桥地基处理、增加桩长等措施来解决。针对上构自身产生的附加内力，采用增大连接部位配筋、改善构造、延期浇筑连接部混凝土等措施来解决。上部构造相互连接、下部构造不连接的方式，已用于杭甬高速公路、沪宁高速公路等多个加宽工程，目前沪宁高速公路改扩建已通车2年多，使用情况较好，未出现桥面纵向裂缝。
3．结构拼接部的构造处理
（1）空心板梁的拼接处理。空心板拟采用铰缝与桥面现浇层共同连接，在旧桥空心板边缘植入钢筋，待新桥架设3个月以后再进行横向连接。施工前先将旧桥边缘50cm范围桥面铺装及整体层凿开，连接钢筋，再在凿开的整体层内浇筑C40补偿收缩钢纤维混凝土。对行车影响较少，施工简单、方便，施工费用较低，新、旧桥形成整体后共同受力。
