张四国

（天津市市政工程设计研究院，天津300051）

1 工程简介

唐津高速公路既是连接我国东北地区与华东、华南地区的快速通道，也是天津市东部地区和天津港对外的高速公路通道。为解决迅速增长的交通量给高速公路带来的压力,唐津高速公路改扩建工程于2011年正式开工建设,改扩建工程采用的是“边运营、边施工”的施工组织方案,以对交通正常运营的影响减到最小程度。

唐津高速公路改扩建工程全长126.6 km,路基宽度由原26 m（双向4车道)拓宽为34.5 m（双向6车道),左右两侧各拓宽4.25 m。唐津高速公路全线涉及加宽的大小桥梁79座，跨径形式多种多样,上部结构多为标准跨径预制的空心梁板和T梁,简支梁连续桥面，各桥均采用钻孔灌注桩基础,墩台多为柱式墩台。

2 唐津高速公路新旧桥梁拼接加宽方式

目前我国高速公路桥梁横向拓宽新旧桥梁之间的拼接方式主要有以下三种：

（1）上下均不连，独立结构形式，新旧桥互不相关。对于新旧桥梁差异沉降过大的情况,一般采用在新旧桥梁间设置纵向伸缩缝的形式,新旧桥梁相互独立承载。由于差异挠度的存在,这种桥梁加宽方式较适用于中小跨径的桥梁。这种完全分离式的桥梁拓宽改造,对行车舒适性有一定影响。

（2）上下均连，即新拓宽上部结构与旧桥对应的上部结构横向连接起来，同时新拓宽下部结构(墩台)的盖梁及承台也通过植筋、布设钢筋骨架，浇筑混凝土连接件与旧桥下部结构形成整体；上下均连方式整体性较好,新老桥连接刚度大。施工时需拆除部分盖梁、背墙、外侧挡块等,然后新老盖梁衔接,实施起来有较大难度，对盖梁受力体系将有改变，容易产生后期裂缝，增加了养护工作量。

（3）上连下不连，即加宽桥与原桥上部形成整体,有利于上部结构受力。下部结构不连接,新老桥下部各自受力,内力相互不影响,可避免对盖梁产生结构性破坏,从而保证桥梁安全,但上部连接缝可能会有裂缝产生。

通过对三种拼接方式各自优缺点的比较，以及对国内相近工程的借鉴，唐津高速公路改扩建工程采用“同结构、同跨径、上连下不连”的连接方式，既可以保证桥面接缝处平整，又可以共同受力，同时避免了下部结构刚性连接对下部结构受力的不利因素。

但是，要注意:（1）保证现浇混凝土接缝在养护和使用过程中不出现过大的变形和开裂，这是新旧桥面是否真正连接的关键；对于结合部位的构造及施工的关键问题可以通过采用合适的连接刚度(减少刚度差异)、适当加强连接部位的构造处理、延迟新旧结构的拼接时间 (使其先期发生大部分收缩、徐变，一般时间为3个月～ 5个月，以减小新旧结构龄期差引起的收缩、徐变效应)等措施予以解决。（2）控制新、旧桥之间的沉降差。对于其新旧结构的沉降差的关键问题可以通过适当增加桩长、采用桩底注浆、预压等方式予以解决。

3 唐津高速公路桥梁上部结构的连接方式

在唐津高速公路改扩建工程桥梁拓宽与原桥孔径相同或相近的总体原则和采用上部结构拼接、下部结构分离的方案确定后，进一步研究的是新拓宽桥梁结构型式与原桥结构型式的关系。研究唐津高速公路桥梁结构的特点后，提出桥梁的拓宽形式为：

（1）唐津高速公路桥梁拓宽上部结构型式应与旧桥上部结构型式相同或相近，这样可以保持上部结构受力的一致性。

（2）下部结构型式也应与旧桥下部结构型式协调一致。基本采用桩柱式桥墩；新旧桥台也基本采用匹配一致的桥台型式。

（3）新拓宽桥梁基础均采用桩基础型式。

唐津高速公路拓宽工程桥梁拼接的关键在于上部结构的连接，即采用刚性连接还是铰接连接两种连接的构造。刚性连接和铰接连接是新旧桥梁上部结构拼接的两种连接。从桥梁设计理论上讲，刚性连接为一种既能传递弯矩又能传剪力的一种连接，又称为强连接；铰接连接为主要传递剪力的一种连接，也称弱连接。

在新旧桥梁上部结构拼接处采用哪一种连接，最重要的问题是在全部作用效应组合下，连接部位混凝土不得开裂，从作用的类型上讲，新旧桥梁基础之间的沉降差为主要受力影响因素。因此根据上部结构梁板形式的不同，采用的拼接方式也不尽相同。

3.1 空心板梁之间的连接

唐津高速公路旧桥的空心板跨度分别为8 m、10 m、13 m、16 m、20 m，横向通过现浇湿接头形成连接，这是一种弱刚性的连接方式。在旧桥梁板的拼接位置需种植钢筋或埋设钢板，与新梁板的预埋钢筋进行连接，并将一定范围内的水泥混凝土铺装层进行加强。空心板桥横向拼接形式见图1所示。

图1 空心板桥横向拼接示意图（单位：cm）

对以上结论进行计算复核，设计荷载采用公路I级。考虑支座沉降，新桥沉降5 mm，旧桥不沉降。验算截面为旧边梁及新加宽部分边梁的支座处和跨中处桥面板的横向弯矩和剪力。计算分析中采用的荷载内力组合为：恒载+汽车+沉降。分别对新旧板梁之间采用铰接、弱刚接及刚接建立模型三种模型，然后对比计算结果。

对于模型1，由于跨中部位采用铰接，结构内均为负弯矩。缺少跨中正弯矩的卸载作用，因此在空心板悬臂根部的负弯矩较大。

对于模型2，接缝部位的横向抗弯刚度远小于纵向主梁的刚度，因此可视为固结于纵梁。接缝位置正负弯矩的分布较为均匀，最大正弯矩值与最大负弯矩相近。

对于模型3，由于接缝部位的横向抗弯刚度较大，横梁的挠度导致主梁产生扭转，引起接缝部位的横向弯矩增大。跨中最大正弯矩为较大。

比较三种模型在活载作用下的受力情况，模型2的弯矩绝对值最小，且正负弯矩相近，受力最为合理。但需同时考虑截面内力与截面抗力的对应关系，选择合理的截面刚度。同时注意到，活载作用于接缝范围之内的作用效应最为显著，因此在划分车道时，最好避免此处作用车轮荷载。

3.2 T梁之间的连接

T梁桥的拓宽采用与原结构对应拼接的方式，在翼缘板横向刚接的同时，梁桥横向需增加横隔梁以加强联系，尤其对于斜梁桥，增设横隔梁能够加强斜桥的整体性，减少斜梁的横向爬移。在原梁板种植钢筋，浇筑单侧横隔梁，新浇横隔梁与预制横隔梁之间预留空隙并通过钢板进行连接。

同样，也对以上结论进行计算复核，计算条件同板梁。分别对新旧T梁之间采用弱刚接及刚接建立模型，然后对比计算结果。

在新旧桥收缩徐变差异的影响下，弱刚性连接时在各梁中产生的附加内力较刚性连接小，但总体减小幅度有限，约占刚性连接附加内力值的25%。由于新旧桥沉降差的影响小，弱刚性连接的附加内力值远小于刚性连接的内力值，大约是刚性连接时内力的1/3。从附加内力上来看，弱刚性连接无疑是好的连接方式。

但是，在汽车活载的作用下，弱刚性连接由于整体性较差，拓宽的新梁不能有效地分担原旧桥边梁所承担的活载，导致连接处的新旧主梁成为全桥中跨中弯矩最大的主梁。这对已经使用多年且更容易受到恶劣环境侵蚀的原边梁来说，是非常不利的。刚性连接则能很好地解决这个问题。

综上所述，考虑新旧桥收缩徐变效应差异、沉降差，以及汽车活载的的作用下，建议T梁间连接形式采用刚性连接。

由于新旧T梁之间采用刚性连接，旧边梁需要植筋及改造，这一部分牵扯费用较高，且对原结构有一定损伤，施工较难操作，因此该项加宽改造工程统一采用更换原边梁为新的中梁的方式，与加宽侧新增中梁刚接。

3.3 箱梁之间的连接

唐津高速公路的预应力混凝土连续箱梁和钢筋混凝土连续箱梁桥新旧箱梁拼接采用铰接连接，而除原桥设有横向预应力钢束的箱梁，则采用纵向设置伸缩缝的方式。其横向拼接形成见图2所示。

图2 箱梁横向拼接示意图（单位：cm）

根据对唐津高速公路典型桥梁结构分析，与刚性连接相比，由于新旧箱梁采用悬臂板的弱刚性连接，新建箱梁桥基础沉降在计算的容许值内时，拼接之后对新旧箱梁拼接部位的不利影响较小。

应当指出的是：以上横向拼接连接不同选择要有一个重要的前提，就是拼接后的新旧桥基础沉降差控制在计算值5 mm以内，对此需采取适当的施工控制方法，确保新桥沉降限制在要求以内。

4 结语

在唐津高速公路扩建工程的技术标准和总体建设方案框架内，研究的基本结论是：

（1）唐津高速公路考虑施工简便，受力明确等因素，桥梁横向拓宽总体方案应采用上部结构相互连接、下部结构分离的拓宽方案。

（2）新拓宽桥梁的上部结构形式应与原桥上部结构形式相同或相近，保证新、旧桥梁上部结构的受力和温度作用变形协调。

（3）唐津高速公路桥梁上部结构的拼接依上部结构类型可分为：上部结构为装配式板，拼接连接采用刚性连接；上部结构为T梁，拼接连接采用刚性连接；混凝土箱梁拼接采用弱刚性连接。

上述介绍望能对类似工程的设计与建设有所借鉴。

[1]JTG D62—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[2]JTJ 041—2000，公路桥涵施工技术规范[S].

[3]王韶海.浅谈沪杭甬高速公路拓宽工程新老桥梁纵缝拼接施工[J].公路，2006，（3）.

[4]李群,叶建龙,余茂峰.沪杭甬高速公路拓宽工程通车状态下新老桥梁的拼接工艺[J].公路交通技术,2011，（4）.

[5]何玉宝,谢斌,李焱.高速公路桥梁改扩建的设计研究[J].山西建筑,2011，（11）.