高速公路桥梁拓宽工程设计研究

谢文能

云南皓泰公路勘察设计有限公司云南省昆明市650217

摘要：随着现代公路运输量的不断增加，我国现有高速公路已经逐渐无法满足运输量的实际需求，这种情况下进行高速公路拓宽设计就十分必要了。本文谨就高速公路桥梁拓宽工程设计进行研究与探讨，首先，阐述既有工程的技术检测与综合评定工作，进而介绍高速公路桥梁拓宽工程设计要点与设计方法。

关键词：高速公路桥梁；拓宽工程设计；结构拼接

前言

在我国高速公路网建设之初，通常都设计为四车道，但随着我国社会机动车保有量的高速增加、程式化建设、区域经济交流等情况的不断发展，四车道的高速公路逐渐无法满足运输量的实际需求，为此就需要对高速公路进行拓宽与扩建施工，提高高速公路运输能力。

一、既有桥梁的技术检测与评定工作

高速公路桥梁的拓宽工作，是以既有桥梁公路为基础的，通常来说，旧桥是已经建成并通车多年，目前面临运输量不断提升带来的压力，而公路桥梁的拓宽设计，就需要在前期阶段对既有路桥的现状、运输量及拓宽需求进行全面了解，做好桥梁检测、荷载试验与分析计算工作，了解桥梁的承载能力及稳定性。

在这一过程中，如果确定路桥存在质量问题或安全隐患，则应就其采取必要的加固与改造措施。经过技术检测与综合评定，如果确定工程综合评定等级过低，路桥工程质量无法达到规定的拓宽设计与施工要求，不得不进行拆除与重建的，要求立即进行拆除重建，减少工程安全隐患问题。高速公路桥梁工程的拓宽设计，是将路桥进行新旧工程的横向拼接，使其成为一个整体，满足运输量不断增加的实际需求，同时也能够满足工程承载与使用的极限要求。需要注意的是，工程为拼接工程，一部分为原结构，一部分为新建结构，因此在实际的设计与计算时，应采用不同的技术标准。技术标准不同，其在车辆荷载布载模式方面也就有所不同，在桥梁荷载、耐久性与结构构造等方面的要求不同，在拓宽工程设计时，应就旧桥采用旧的技术标准，就新桥采用新的技术标准。

二、高速公路桥梁拓宽设计要点

2.1优化旧桥受力状态

既有桥梁工程如果经过技术检测与综合评定，确认需要进行加固处理，则在实际拓宽设计时，设计人员应综合考量其拓宽设计与加固设计，将新旧桥梁作为一个整体，可将其视为多梁式桥梁，采用合理的设计方法，有效减少旧桥在承担车辆运输过程中所承受的荷载，改善并优化旧桥的受力状态。

例如，某高速桥梁为连续箱梁桥，对该桥梁进行拓宽设计，则应通过对新桥梁截面形式的优化设计以调整新旧箱梁之间的运输荷载横向分布情况。如果新旧桥箱梁之间的连接板刚度固定，则其刚度之比与旧桥箱梁分摊荷载呈反比。但当新旧箱梁刚度比值低于2，则会对新旧桥梁箱梁荷载横向分布会产生较大的影响；当新旧箱梁刚度比值超过4，则会对新旧桥梁箱梁荷载横向分布会产生较小的影响。如果旧桥箱梁的截面尺寸确定，需就新桥箱梁截面形式进行合理设计，从而减少旧桥箱梁对于车辆荷载的分担。

2.2上部结构拼接设计

新旧桥梁上部结构的拼接工程，是保证桥梁宽度合理、满足桥梁通车需求的有效方法，为此在高速公路桥梁拓宽工程设计时，应为上部结构拼接施工的顺利开展提供保障。新旧桥梁上部结构平面位置与桥梁高程会影响拼接施工，新桥通常会保证预应力的充足，考虑到混凝土结构的徐变现象，在上部结构拼接施工之前，由于时间的关系可能会出现混凝土逐渐拱起，如果拱起幅度过大，则可能会导致新桥纵向线形难以与旧桥桥梁主体结构相互匹配，从而对拼接施工造成影响[1]。

以A高速公路桥梁拓宽工程为例，该桥梁为预应力混凝土箱梁桥，其边跨跨中截面在实际的拼接施工之前，随着时间节点的变化而产生上拱值的变化。经过测量与计算，可以确定在正式的拼接施工前90天内，该桥梁主梁在该截面位置出现了1.2mm的上拱形变。

通常来说，桥梁混凝土结构的徐变现象所产生的上拱情况，会在预应力张拉后的一段时间内逐渐增长，在2年至3年后，这种上拱速度会逐步下降，并趋于稳定。通常来说，高速公路桥梁拓宽工程的新旧桥梁上部结构拼接施工通常在初期阶段进行，出于避免混凝土徐变上拱值过高的考量，新桥工程主梁结构设计，可对钢筋布置及预应力情况进行调整。如果在施工中出现混凝土徐变上拱值过高，则可提前对桥面铺装层进行施工作业，或适当压重，控制主梁截面上拱最大值弯矩。

三、高速公路桥梁拓宽工程设计方法

拓宽设计时，通常旧桥已经使用3年以上，其混凝土结构的收缩徐变与基础沉降已经基本稳定，但在拼接施工时，新桥的混凝土徐变刚刚发生，因而就要求在设计阶段对这种新旧桥梁受力变形情况进行充分考量，对二者共同受力后的相互影响进行全面分析。从桥梁主体结构混凝土收缩差异、混凝土徐变差异、基础容许沉降差异等影响因素入手进行考量，优化设计。公路桥梁拓宽设计需使新旧桥形成整体结构，而这一过程中，新旧结构的力学性能不同于独立的桥梁工程，因此在实际设计时应着重考量以下方面：

图1桥梁边跨跨中截面至拼接施工节点上拱值的变化情况

3.1预应力与钢筋布置

在桥梁拓宽设计时，需要对主梁混凝土徐变现象造成的结构形变方向与形变程度进行控制，可通过对新梁预应力程度与钢筋布置情况进行调整加以实现。在拓宽设计计算水平提升的同时，无论采用连续箱梁还是简支空心板梁，都可采取理论计算的方式进行对桥梁成型之后的梁体现行进行调整，对桥梁结构安全加以保障，对新梁预应力情况及钢筋布置情况进行反复调整，直到新桥结构线性能够满足桥梁拼接施工与桥梁结构受力优化的实际需求。

3.2公路桥梁施工材料

拓宽设计过程中，需要探索能够降低混凝土徐变及桥梁结构形变对新旧桥梁拼接负面影响的有效措施，可通过有限元模型的建立，以实现对比分析，确定拼接时间相同的情况下，如果新桥混凝土结构采用的混凝土材料为低收缩徐变材料，则相较于普通混凝土材料，其关键位置的结构弯矩值要大大下降，为此可采用更加科学合理的施工材料更好地保证新旧桥梁的结构拼接。

3.3桩基础的合理设计

高速公路桥梁无论新旧，都需要采用大量的桩基础作为支撑，为此在对桥梁进行拓宽设计时，应保证桩基础设计的科学性与合理性，以减少由于新旧桥梁在桩基础沉降方面存在差异而导致桥梁沉降不同影响新旧桥梁拼接。基于此，拓宽设计时，应充分保证桩基承载力，选择较为合理的桩长与桩径比，如果桩长较长，则可适当增加桩径，以更好地实现桥梁沉降的有效控制。如果边界条件允许，群桩设计时，应对桩间距进行适当扩大，或采用异型桩以缓解桩基础沉降情况[2]。

3.4纵向应力与拼接剪力合理设计

高速公路桥梁拓宽工程中，新建拓宽桥梁工程在拉应力不断增加的同时，会产生水平方向的裂缝，而裂缝的产生受到桥梁配筋率的直接影响，若配筋率过大，则桥梁混凝土结构受压区域会遭受破坏，导致混凝土受压区域被压缩，在纵向钢筋为屈服，尚未充分发挥钢筋抗拉性能以前，高速桥梁就会发生脆性破坏；若配筋率过小，则在混凝土尚未压碎时，钢筋会出于屈服状态，不利于对桥梁稳定性加以保障。另外，新旧桥梁连接处的剪应力不足，也是导致桥梁毁坏的原因。为此在进行高速公路桥梁拓宽设计时，就需要设置合适的纵向应力与拼接建立，保证桥梁质量能够承受足够的荷载量。

四、结语

综合以上论述，在进行高速公路桥梁拓宽工程设计时，应选用科学合理的技术标准与设计规范，对既有桥梁进行技术测量与参数计算，优化旧桥受力状态，做好桥梁上部结构拼接设计，合理调整新桥预应力优化与钢筋布置，优化纵向预应力与拼接剪力，采用科学合理的公路桥梁施工材料，并做好桥梁桩基础的设计工作。

参考文献

[1]尹山.成乐高速公路扩容改造既有桥梁拓宽施工[J].四川建筑,2018,38(03):77-78.

[2]周明利.高速公路桥梁拓宽中的问题[J].交通世界,2017(Z1):136-137.