旧桥拓宽加固设计方法研究

2014-05-09赵红艳

交通科技 2014年1期

赵红艳

（唐山市交通勘察设计院有限公司唐山 063000）

随着我国国民经济的飞速发展，全国公路运输事业迅猛发展，对道路的等级要求也越来越高，但许多旧桥设计荷载较低，大多数桥面宽度过小，无法满足目前交通量的需求，而重建桥梁不仅费用高，而且要采用中断交通的形式，给出行带来很大的不便，造成严重的社会经济损失。因此迫切需要对其进行改造，桥梁加宽则成为旧桥改造常用的方法。

1 拓宽桥梁使用性能评价及拓宽加固的形式

1.1 桥梁拓宽的性能评价

旧桥在运营多年以后，由于车辆荷载和环境因素对其影响很大，在拓宽之前需要对旧桥外观、强度、刚度、稳定性、耐久性进行评价，在能够满足使用性能的前提下才可以拓宽，若不能满足继续使用性能，则需要对旧桥加固处理后拓宽。原有桥梁使用性能的评价一般包括桥梁外观检测和桥梁荷载试验2个方面。

（1）桥梁外观检测。为了客观地评价桥梁的技术状况，全面了解桥梁的使用性能，必须对桥梁技术状况及其缺陷进行全面而细致的现场检查，并及时维修养护，使其处于完好的技术状态，保证或延长桥梁的使用年限。桥梁的现场检查包括外观、材料的性能、桥梁的运营状态等方面，特别是桥梁存在的缺陷和病害应进行长期现场观测。

（2）桥梁荷载试验。桥梁荷载试验包括桥梁静荷载试验和动荷载试验。

1.2 桥梁拓宽加固的选取原则及几种形式［1］1.2.1 旧桥加固方法的选取原则

（1）经济适用性。加固方案应考虑耗费少、功效快、不中断交通、技术上可行、有较好耐久性等方面的要求。

（2）安全美观性。补强加固是通过加大或修复桥梁构件来提高局部或整座桥梁承载能力的措施。

1.2.2 桥梁拓宽加固的几种形式

（1）新旧桥梁上下部连接结构均不连接。

（2）新旧桥梁上下部结构均连接。

（3）新旧桥梁的上部连接，而下部分离。

2 工程概况

沙河大桥跨径25 m，旧桥横向由4片后张法部分预应力混凝土小箱梁组成，桥宽10.65 m，拓宽方式采用单边拓宽，并且采用与原桥相同的结构形式，拓宽后全桥21.25 m，全桥基本构造见图1、图2。

图1 旧桥横断面布置（单位：c m）

图2 加宽后全桥横断面布置（单位：c m）

3 车辆荷载

（1）旧桥按《公路桥涵设计通用规范》JTJ021－85规范设计，新桥按《公路桥涵设计通用规范》JTGD60－2004规范设计，根据“老桥老标准，新桥新标准”的原则，拓宽前老桥作用荷载时，荷载采用汽车-20级，2车道布置。拓宽后全桥作用荷载时，荷载采用公路I级，4车道布置。

（2）对加宽前后各主梁荷载横向分布系数进行计算。本项工程采用刚接梁法施工，选用刚接梁法来计算加宽前后全桥各主梁的荷载横向分布系数，见表1。

表1 横向分布系数计算参数表

通过加宽前旧桥各主梁位置影响计算和新旧桥铰接时各主梁位置横向线计算及新旧桥刚接时各主梁位置影响线计算，得出结果见表2。

表2 全桥各主梁荷载横向分布系数计算结果

由计算结果可知，拓宽后桥梁各主梁的汽车荷载横向分布系数均变小，人群荷载横向分布系数均变小，这说明对桥梁进行扩建加宽能够增加桥梁承载力。拓宽后，各主梁的汽车荷载横向分布系数从新旧桥连接缝处向外缘逐渐减小，这说明连接缝处的梁体受荷载最不利。

4 拓宽桥梁混凝土的收缩徐变

（1）桥梁拓宽后，旧桥的混凝土收缩徐变基本结束，其混凝土收缩徐变刚刚开始，其混凝土收缩徐变会在新旧桥及其连接面上产生附加内力，由此可能使新旧主梁的连接处产生裂缝，甚至使现有主梁产生破坏，从而影响加宽后桥梁的安全性。因此，在桥梁拓宽设计时，需要计算分析混凝土的收缩徐变对新旧桥梁的影响［2］。

（2）混凝土收缩徐变作用下新旧桥主梁的内力计算对比分析。因旧桥拓宽后，新桥混凝土收缩徐变受到旧桥约束，使得旧桥拼接缝处的边梁受力最为不利，即模型中的1号梁。现以旧桥1号梁为研究对象，计算分析新旧桥拼接后10，30，90，270，360 d时，1号梁体在新建桥梁混凝土收缩徐变作用下所产生的内力的变化规律。见图3～图6。

图3 1号梁桥徐变剪力图对比

图4 1号梁桥收缩剪力图对比

图5 1号梁桥徐变弯矩图对比

图6 1号梁桥收缩弯距图对比

由图3～图6可知，随着时间的增长，收缩徐变所产生的内力值呈上升趋势。其中，剪力值在梁的两端变化幅度较大，中间梁段剪力变化幅度较小，弯矩值在梁的跨中截面变化幅度较大，两端截面变化幅度较小。内力值在30～180 d期间变化速度最大（其中徐变附加剪力值在90 d内变化速度较快，）随着时间的增长速度变缓，内力值趋于平稳。

由上分析可知，桥梁拓宽后，为减少收缩徐变效应对梁体的影响，新桥可在建立90 d后与旧桥形成整体。

5 旧桥加宽加固施工顺序及注意事项

（1）拆除原防撞护栏及沥青混凝土铺装层，凿除新旧桥横向连接处旧桥边梁悬臂的部分桥面板及旧桥连续段处的桥面板，凿毛其余部分桥面板顶面。施工时注意采用合理的手段，以避免影响旧桥梁板及下部结构的稳定性。凿除连续段桥面板时还需注意保留原桥面板内的部分钢筋，以便新旧结构的连接［3］。

（2）旧桥连续端处I型梁肋用钢板连接，施工时须先在梁肋的对应孔位处穿孔，穿孔时注意切勿破环预应力钢束及锚具，钻孔过程中一旦发现异物应立即停止，查明后再继续或移动孔位。梁肋穿孔后在其对应孔位处给钢板成孔，螺栓试装钢板后卸下，再在钢板及梁肋表面涂AB组分胶将钢板粘结就位，穿入螺栓，螺栓孔内灌胶，最后用螺母紧固。

（3）旧桥连续端端横隔梁处按设计要求进行钻孔，用较粗钢筋穿入横隔梁两侧垫钢板后再用螺栓锚固，然后依次绑扎固紧，浇注混凝土，最后用环氧砂浆封锚。

（4）伸缩端须局部加厚桥面板，从而满足更换伸缩缝的需要。施工时先凿除伸缩端桥面板至端横梁，注意保留原桥面板的钢筋，然后在横隔梁内植入加厚部分桥面板钢筋，最后重新浇注混凝土。

新加宽桥梁与旧桥间留1 c m沉降缝，缝间填1 c m软木条或者橡胶木条后用低模量高位移硅酮密封胶填缝，沥青混凝土桥面铺装整体浇筑，并设切缝。加宽桥台盖梁与旧桥盖梁间留1 c m沉降缝，施工放样，如旧桥桥台盖梁影响新桥桥台盖梁就位时，应将旧桥台盖梁凿除部分混凝土，并修补严整，使其2桥台盖梁间形成1 c m缝隙。