高速公路改扩建工程桥梁拼接设计

一、新老桥拼接总体设计原则
(1)、本项目采用两侧整体拼接为主、局部分离的加宽方式，桥梁设计服从路线总体设计。
(2)、整体拼接桥梁一般采用同跨径、同结构、同梁高进行拼接加宽。
(3)、整体拼接方式，以对原桥结构受力不产生明显影响为原则。
(4)、针对不同桥梁的具体情况，分别采用“上连下不连”、“上下均连接”的拼接方式。
二、设计荷载标准
(1)、扩建后新旧桥梁采用设计标准：参考国内高速公路的扩建经验和本项目现役桥梁承载能力评定及改建对策专题研究报告及评审结论，对需拼接桥梁，新加宽部分执行“新桥规”，拼接成整体后旧桥的承载能力极限状态需满足“新桥规”，正常使用极限状态按“旧桥规”。
(2)、分离式路基段不拼接的桥梁，加固后承载能力极限状态按85桥规执行。对旧规范不合理的温度荷载、冲击系数按“新桥规”修正。
(3)、拼接新桥设计、老桥加固设计应考虑桥梁罩面、汽车超载等因素。
三、新老桥上部结构拼接方式
3.1 板式桥拼接方式
老桥板式桥主要有钢筋砼实心板、先张法及后张法预应力砼空心板三种。综合其构造尺寸、横向布置和受力分析结果，提出以下两种拼接方案：
方案一：翼板弱连接。切除老桥边板翼缘，进行植筋，与之相连的新拼接桥采用普通设计边板，翼缘预留钢筋但不浇注砼，与老桥切除后植入的钢筋进行焊接，浇注补偿收缩砼形成翼缘刚接的连接方式。
方案二：铰缝连接。拆除旧边板挑臂,按铰缝钢筋位置植入n1、n2钢筋，与之相连的新拼接桥采用普通中板，布置铰缝钢筋,在铰缝内浇筑补偿收缩混凝土。
方案综合比较：两个方案均须凿除部分整体化层(桥面),布置加强钢筋,以增强新老桥之间的连接，拼接后整体性能好，行车较为平顺。方案一采用翼板连接，避免切除老桥盖梁、挡块，施工简单、方便、施工费用低，并可通过调整拼接宽度和厚度，实现与铰缝连接相近的受力模式。方案二为铰接，受力明确，对老桥受力影响较小，缺点是对下部盖梁分离的情况，拼接处新桥中板支座垫石难以布置，若分别布置在新老桥盖梁上受不均匀变形易产生开裂，否则须切除老桥墩（台）盖梁端部，增加施工难度和费用。综合比选推荐方案一。
3.2 t梁桥拼接方式
根据原桥边梁的使用情况及应力储备，提出了以下二种方案：
方案一：采用翼缘、横隔板梁刚接方式。新建桥拼接采用中梁，旧桥通过植筋在对应位置设横隔板，并在横梁两侧设置两排预应力高强精轧粗钢筋。施工时先拧紧螺母，再立模浇筑横隔板混凝土及其余连接部位混凝土形成整体，还可通过施加预压力增强横向联系和耐久性。此法施工相对繁琐，但采取措施后可保证连接质量，受力性能较好。
方案二：采用翼缘、横隔板刚接方式。此法与方案一接近，主要差别是旧桥边梁增设的横隔板，是通过横隔板两侧直角型钢植入螺栓固定形成。
方案综合比较：
方案一为刚性连接，其优点是横向强连接，刚度大,整体共同受力好，拼接更可靠；缺点是新老桥的不均匀沉降对原桥影响较大，钻孔对原t梁腹板有损伤。
方案二为刚性连接，其优点是拼接后横向刚度较大,拼接可靠；缺点是对老梁的腹板破坏较大，施工较为繁琐，对新老桥位移差要求较高，后期养护费用较高。
综合比选推荐采用方案一。
3.3 箱梁桥拼接方案
现浇连续箱梁桥一般可采取相同跨径、相同结构进行加宽，结合老桥连续箱梁无横向预应力的情况，提出了以下二种方案。
方案一：用翼板砼刚接方式。该方案先凿除老桥翼缘板部分砼并保留钢筋,并在指定位置植筋，与新桥翼板预留钢筋绑扎连接,浇筑微膨胀钢纤维混凝土形成刚接。对老桥翼板下缘配筋不足的，在老桥腹板上植筋，翼缘下布置加强钢筋，新桥则预埋，连接钢筋后，浇注自密实砼。
方案二：采用翼板砼铰接方式。该方案对老桥箱梁悬臂长度较大的，须切除部分后，再凿掉25cm露出钢筋，与新桥翼板预留钢筋进行连接，预留铰接构造后浇筑微膨胀钢纤维砼形成。
方案比较：
方案一为刚性连接，其优点是施工简单、方便，施工费用较低。缺点是新老桥差异沉降对上部结构产生较大内力；对新老桥间距大、采独柱墩等位置，翼缘板出现正弯矩可能导致下缘配筋不足。若如图7进行加强后，老桥翼板下的砼浇注质量相对难度较大。
方案二为砼铰连接，其优点是横向连接较弱，新建部分箱梁与原桥箱梁之间的变形协调性较好，施工简单、方便、施工费用较低；缺点是新老桥变形过大时，可能会导致桥面纵向开裂，影响使用效果，增加后期养护费用。
结合受力、施工、行车安全及结构耐久性等多种因素综合比选，推荐方案一为箱梁拼接方案。对特殊位置，也可酌情选用其它型式。
四、新老桥下部结构拼接方式
本项目部分桥梁位于岩溶发育区，老桥原设计为降低施工难度和风险，对岩溶发育区采用了整幅双柱墩预应力砼盖梁的桥墩方案，对非岩溶区及墩高较小的位置桥梁采用分幅双柱墩钢筋砼盖梁的桥墩方案。扩建桥梁下部结构，综合拼接后结构受力、地质条件、桥墩布置、美观等因素，分别针对老桥桥墩构造采用了相应的拼接型式。
4.1 老桥为整幅双柱墩预应力砼盖梁的桥墩加宽方案
灰岩区桥梁老桥采用整幅双柱墩，桩间距和桩柱径均较大，采用整体拼接加宽，单侧加宽桥仅为8.25m宽，综合考虑桥位处地质，桩柱尺寸的外观协调、水中桥墩的防撞、新老桥拼接后的受力性能等，推荐采用独柱式桥墩，并根据拼接桥梁的受力和变形性能，采用盖梁、系梁整体拼接型式。其关键点是下部结构拼接后，新老桥差异变形会产生较大的内力，改变老桥盖梁受力，同时可能会引起盖梁、系梁拼接位置开裂,增加后期养护费用。
五 桥梁拼接的关键技术问题及对策
1、新老桥结构收缩徐变差异
老桥通车运营5年，砼收缩徐变已基本完成，到加宽桥实施拼接时，老桥结构已在7年以上，新老桥拼接后收缩徐变差异大，极易引起拼接处开裂。针对此问题，首先要选择合适的拼接方式，并可通过延长预应力张拉前的砼养护龄期和存梁时间，尽可能推迟新老桥之间的拼接，减小新老桥之间的差异。
新老桥基础沉降差异
老桥已通车运营多年，在恒活载的长期作用下，桩基已完成大部分变形。而加宽桥基础实施完成后，桩基远未达到设计荷载，随着二期恒载、活载的施加，基础会产生沉降变形，引起新老桥之间的沉降变形差异，既而引起拼接处开裂。
严格控制新桥桩基的沉降对策：
①尽可能采用嵌岩桩，并适当提高摩擦桩的安全储备。
②严格控制桩底沉淀土厚度，对桩底持力层为黏土、粉砂等较差地层，进行桩底后压浆，以提高承载力，减少桩底土体压缩变形。
③合理安排施工工序，在加宽桥拼接前，架设梁板，并尽可能把整体化、防撞栏、部分桥面铺装等荷载施加在桥面上，放置一段时间后再进行拼接。必要时还可在加宽桥桥面上进行堆载预压。
六、结语
综上所述，加宽桥梁因结合项目特点，把握总体设计原则，选取有代表性的拼接方案，并对同种桥型结构，不局限于一种设计思路，可结合各桥梁特点和拼接后整体受力性能，采取多种拼接方式。