许应礼
(武汉市江夏区公路运输管理局 武汉430200)
摘要 广（州）清（远）高速公路实施改扩建，其桥梁段相应也要拓宽。文中阐述了空心板桥梁拼宽原则，提出了桥梁拼宽方案及计算参数。以新华高架桥连续3跨16 m预应力混凝土空心板为例，对不同拼宽方案建立有限元模型，并进行结构内力计算和性能对比分析，最后推荐桥梁拼宽采用独柱墩十盖梁刚接十桩顶设系梁方案。
关键词 广清高速桥梁拼宽独柱墩
近年来，因珠三角地区经济发展迅速，广清高速公路交通量急剧增加，原有道路通行能力不能满足现有交通需求，因此，对广清高速公路扩容提升势在必行。提高道路通行能力包括路面等级改造及道路与桥梁的行车断面拓宽。采用行车断面拓宽方案时，了解路基和桥梁现有结构特征，是确定拼宽方案的关键。广清高速现有改扩建路段长21. 24 km，双向4车道，桥梁和路基同宽，设计速度100 km/h，于1999年建成通车。
1 空心板拼宽方案选定
1.1桥梁拼宽原则
广清高速公路桥梁上部结构类型有预应力空心板梁、预应力肋板式连续刚构、预应力混凝土连续箱梁等几种；下部结构类型为柱式桥墩、混凝土重力式桥台等。经多年使用，部分桥梁病害较严重，且主要集中在上部结构。主要表现为：空心板梁端底板及梁底边缘部位斜向开裂、桥跨端横隔板底部开裂且裂缝宽度较大。基于上述问题，广清高速桥梁实施改造时，先病害处理后加宽桥梁。桥梁拼宽方案遵循以下原则。
(1)充分保证新旧结构之间的整体性，取消上部结构的纵向拼接接缝。
(2)拼宽设计时，新旧桥梁上、下部结构以及基础的设置必须结合施工方案综合考虑，以最大限度减小新旧结构间的工后变形差。
(3)拼宽施工应简便，尽可能少地损伤原有结构。
(4)尽可能保证原有结构不因拼宽结构的增加而加固。
(5)考虑短的施工工期及低的工程造价。
1.2空心板拼宽方案
1.2.1拼宽方案
广清高速公路桥梁上构采用铰缝与桥面铺装共同连接，在旧桥空心板边缘植入Nl，N2钢筋，新桥则预埋，待收缩徐变基本完成时再进行连接，施工前先将旧桥边缘50 cm范围桥面铺装整体凿开，置放N3，N4钢筋，再凿开整体层浇筑补偿收缩钢纤维混凝土，见图1。下部结构分别为独柱墩方案和双柱墩方案，其中独柱墩方案又分别采用盖梁分离、盖梁铰接和盖梁刚接3种连接方式，并考虑新旧墩柱桩顶加与不加系梁2种情况。本文讨论独柱墩拼宽方案，见图2。
1.2.2计算参数
(1)材料与截面尺寸。原桥墩柱、盖梁、系梁等均采用25号混凝土。主筋采用II钢筋，箍筋I钢筋，墩柱直径90 cm，桩基直径110 cm。新桥墩及盖梁材料：C30。新盖梁尺寸与原盖梁相同，单柱方案新墩柱直径取120 cm，桩基直径取140 cm。
(2)荷载。材料容重：钢筋混凝土结构容重取26 kN/m3，桥面铺装容重取25 kN／rn3。汽车荷载：公路一I级；工后沉降：广清沿线为喀斯特地貌，岩层埋藏浅，所有桩基均采用嵌岩桩，根据检测资料，新墩桩基工后沉降可控制在5 mm以内，因此工后沉降取5 mm。
徐变计算天数。新墩的徐变计算至竣工后1 000 d。
2计算分析
选取新华高架桥连续3跨16 m预应力混凝土空心板为分析对象，采用MIDAS 2006软件建立空间杆系有限元模型进行结构受力性能分析。上部结构采用梁格法模拟，纵向梁单元之间每隔1m设1根横梁，横梁中间设铰，下部结构用空间梁单元模拟。
2.1独柱墩桩顶未加系梁方案
该情形下结构在不同工况下的内力及其组合分别见表1、表2，截面计算位置见图2。
由表1、表2可见：①从盖梁受力来看，其最不利截面在原桥边墩柱所对应的截面（图2中的截面3）处。在车辆荷载作用下，分离式盖梁由于整体性差，既有盖梁截面3的内力大于新、旧盖梁连接方案时的相应内力，且新墩墩顶处盖梁截面的内力也较大。当新旧盖梁连接时，由于结构整体性的加强，可使盖梁结构总的受力更均衡；②新旧盖梁刚接时，原有结构盖梁的承载能力均满足要求。
2.2独柱墩桩顶加系梁方案
该情形下结构在不同工况下的内力及其组合分别见表3、表4，计算截面位置如图2。
由表3、表4可见：①加桩顶系梁后，盖梁3种连接方案的内力效应与不加系梁基本相同；②桩顶加系梁后，在新墩沉降作用下上部结构和墩顶盖梁的内力效应均显著减小，其中以盖梁分离方案内力下降最为明显，说明桩顶加系梁后结构整体性明显加强。
3结论
(1)从上面关键截面内力组合表看，上述各方案所对应的原桥墩盖梁承载能力均能满足规范要求，拓宽后不需要加固。
(2)盖梁分离时，虽然新墩沉降和收缩徐变作用对原盖梁影响很小，但在车辆荷载作用下，分离式盖梁由于整体性差，既有盖梁控制截面的内力大于新、旧盖梁连接方案时的相应内力。
(3)桩顶加系梁后，在新墩沉降作用下上部结构和墩顶盖梁的内力效应均显著减小，说明加桩顶系梁后结构整体性明显加强。不加桩顶系梁时，新墩桩基沉降作用只能通过盖梁连接和空心板连接传递，增加桩系梁后，提高了上、下部结构相互作用的整体性，结构对抵抗新旧结构竖向差异沉降的内力显著加强。
综上所述，推荐空心板桥拼宽采用独柱墩十盖梁刚接十桩顶设系梁的方案。
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