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【摘 要】本文以公路桥梁扩建方案为切入点，调查了江苏省某高速公路桥梁形式，将其分类并分别提出了各类桥梁的扩建方案，指出有横向预应力的砼现浇箱梁和钢箱梁拼接技术较复杂，分析了两者拼接可能存在的问题，以供相关工程参考。
【关键词】桥梁工程；扩建；拼接；方案研究；高速公路
前言
自国内第一条高速公路——沈大高速公路扩建成功以来，相继有广佛、佛开、水官、沪宁、杭甬等高速公路成功扩建。虽然高速公路扩建的成功案例较多，但扩建远比设计难度大，其核心问题之一就是桥梁的扩建，新老桥的拼接问题一直是桥梁扩建的热点与难点。目前，江苏省内亦有大批高速公路急需扩建，如京沪（江苏段）、沿江、宁杭、宁通、宁合等，部分项目已进入工可阶段，本文将以江苏省某条高速公路为研究对象，对高速公路桥梁的扩建方案进行研究。
1 工程调研
江苏省需扩建的高速公路以四车道居多，少量为六车道高速公路。某高速公路，设计行车速度120km/h，根据不同区段交通量，分别采用双向四车道，路基宽度28m，双向六车道，路基宽度35m。
全线共设置主线桥梁30689.8m/130座，匝道桥9213.3m/40座，支线上跨3967.3m/11座。根据收集到的桥梁资料，以跨为单位按桥梁形式分类见表1.1。
桥梁分类统计表（按单幅桥） 单位：跨 表1.1
桥梁
宽度 空心板 组合
箱梁 现浇箱梁 斜拉桥 系杆拱 钢箱梁
无横向
预应力 有横向
预应力
B=28m 450 1288 310 24 6（1座） 2（1座） 6（1座）
B=35m 184 218 49 6
由表1-1可以看出，全线以量大面广的装配式组合小箱梁和简支空心板梁居多，约占全部桥梁的69%，这两种桥梁的拼接技术基本成熟；其次为现浇砼箱梁，占31%，其中1%的箱梁有横向预应力，拼接较复杂；另外还有斜拉桥、系杆拱、钢箱梁各一座。
2 扩建原则
根据交通量分析，本项目按区段分别扩建为六车道和八车道高速公路，提出以下桥梁扩建原则：
（1）桥梁汽车荷载标准采用“老桥老标准（97、85版等标准），新桥新标准（2004版标准）”的办法；
（2）主线扩建桥梁全部与路基同宽，部分路段采用分离新建的方式。
（3）桥梁扩建总体方案采用上部构造相互连接、下部构造不连接（或弱连接）；
（4）所有桥梁基础均采用桩基础，以减小新桥的基础沉降；
（5）病害严重的大桥、特大桥不做横向拼接方案，采用线位分离或拆除重建方案建新桥；
3 扩建方案
本项目原有桥梁结构有简支板梁、先简支后连续的装配式部分预应力砼箱梁等系列标准结构、现浇钢筋砼连续箱梁、现浇等截面和悬浇变截面预应力砼箱梁、钢箱梁、钢管砼系杆拱桥、斜拉桥等。针对不同的结构形式和不同的桥型提出了相应的扩建方案。
3.1 空心板梁桥及小箱梁桥
3.1.1 空心板梁桥
原板梁桥为先张法预应力砼空心板，加宽桥仍按原结构形式对应拼接，拼接构造已较为成熟，在众多拼宽工程中已大量应用，具体方案有如下：
为减小切除工程量，可采用切除原边板的25cm翼缘，与之相连的新拼接桥采用宽1.25m的普通设计边板。即与原板相连的新拼接桥的1.25m宽的边板的25cm翼缘不预制，翼缘钢筋预留出来，与原板在切除部分植入的钢筋焊接，新老板之间25cm翼缘采用现浇方式，达到上构连接的目的，见下图3.1.1。
图3.1.1 板梁拼接方案图（单位：cm）
3.1.2小箱梁桥
装配式预应力砼组合箱梁的拓宽目前工程实例不多，但与之相类似的装配式预应力砼T梁桥拓宽已经是较为成熟的工程经验。总体来说，组合箱梁的拓宽较为常规，技术难度相对较低，具体方案如下：
新旧桥之间以横梁、翼缘板作刚性连接是目前为止最为成功的预制梁拓宽方式，满足桥面铺装整体化，保证高速公路安全畅通的使用要求。桥梁上、下部结构可独立施工，利于现场施工安排。但横隔梁联接需在原桥边梁梁端进行植筋，容易损坏预应力及其锚头，施工有一定难度，见下图3.1.2。
图3.1.2 组合箱梁拼接方案图（单位：cm）
3.2 现浇砼箱梁
现浇砼箱梁按预应力体系，可分为钢筋砼现浇箱梁及预应力砼现浇箱梁，其中预应力砼现浇箱梁又可分为有横向预应力的和无横向预应力的两种，总体来说，钢筋砼箱梁与无横向预应力砼箱梁拼宽较简单，而有横向预应力的砼箱梁曾拼宽较复杂。
3.2.1 原桥未设置横向预应力索情况
采用砼连接方式，箱梁拼接的连接方式为铰接，将老桥的拼宽侧悬臂按计算全部或部分凿除，清洗干净凿毛面后在按计算要求植入钢筋，然后在凿除悬臂的位置按老桥悬臂结构重新现浇一个新悬臂，与新浇筑箱梁之间预留50cm湿接缝，浇筑之前在接缝下缘填塞宽2cm、高3cm的木条以成缝；最后采用50号聚丙烯纤维混凝土浇注50cm湿接缝，并在湿接缝上缘锯宽2cm、深10cm的缝，缝内填沥青玛蹄脂。箱梁连接示意图参见下图3.2.1。
图3.2.1 一般现浇砼箱梁拼接方案图
3.2.2 原桥箱梁设置横向预应力索情况
原桥设横向预应力的箱梁的拓宽除以上一般连续箱梁的特点分析以外，还具有以下难点：
（1） 旧桥顶板设有横向预应力，无法凿其混凝土，新旧桥之间翼缘板的连接相当困难。
（2） 此类桥梁均为大跨径、悬浇结构，目前工程界对其通车后经常发生过大的跨中挠度原因尚未完全研究清楚，受材料、施工影响较大，无法准确预测控制新、旧箱梁之间的挠度差。 故提出以下两种方案。
方案一：采用植筋的悬臂铰接连接方法，处理方案如下，直接在原桥悬臂端植入钢筋，与新建箱梁的预留钢筋对应焊接。若原桥悬臂端部承载力不足，可通过对原悬臂根部下侧砼进行植筋，加大悬臂厚度；也可通过原桥悬臂下缘粘贴钢板或碳纤维布、增加加劲肋等加固方式来满足受力要求。箱梁连接示意图参见下图。
图3.2.2 设置横向预应力索的箱梁拼接方案图（一）
图3.2.3 设置横向预应力索的箱梁拼接方案图（二）
方案二：采用悬臂刚性连接方式，首先在原桥悬臂端部及下翼缘植入钢筋，与新建箱梁预设钢筋对应焊接，在原桥悬臂根部附近难以浇注的区域采用喷射砼浇注。待新桥沉降稳定后，再在新老箱梁顶面预留的2cm缝压浆，最后在接缝顶面贴碳纤维布形成连接。通过计算分析确定原桥悬臂增加的厚度及植入钢筋的数量。箱梁连接示意图参见下图。
3.3 钢箱梁桥
图3.3.1 连续钢箱梁拼接方案图
钢箱梁连接方式与砼箱梁桥相同，仍然采用“上连下不连”的形式。上部结构将新桥、原桥的横向悬臂板施加纵向焊缝焊接在一起，拼接悬臂处经计算适当采用加劲肋加劲。
但钢箱梁拼宽与砼拼宽因材料特性差异而完全不同，其需要进一步究的内容有：
（1） 钢箱梁桥的施工方法一般为工厂节段预置、现场拼接，对构件精度有很高的要求。新旧梁拼接无论采用焊接还是铆接的方式，均存在板件对齐的问题，相对于混凝土桥梁，钢箱梁的刚度较低，位移更大，如控制不好，新旧梁挠度差更严重，造成无法拼接。
（2） 拼接形式的问题，如果采用铆接拼宽方式，老桥翼缘钢板的现场开孔难度较大，并且因存在锚栓桥面铺装无法铺设或者勉强铺起来也很容易损坏；如果采用焊接，焊接部位在后期活载反复作用下抗疲劳能力需进一步研究，是否容易造成开裂，引起结构局部和桥面铺装的损坏。
3.4 特殊桥梁
除了上述结构的桥梁外，斜拉桥、系杆拱等特殊桥梁，由于跨度较大、受力复杂、构造等原因，无法采用拼接扩建方案，可采用分离扩建的方案。
还有部分桥梁由于航道等级提高等方面的原因，导致桥梁净空不能满足要求，必须对其进行拆除重建；另外，由于老路纵断面抬高的空间受限制，需采用建筑高度桥的桥梁进行新建拓宽，如采用简支钢桁架桥进行拓宽。
4 结语
鉴于以上分析，公路桥梁扩建中的简支板梁、装配式小箱梁及无横向预应力的现浇砼箱梁拼接的技术已较成熟，大跨径悬浇三向预应力桥梁、钢箱梁等拼宽桥梁技术的较复杂，缺少大规模改建成功经验，本文也给出了相关的扩建方案，并提出了可能存在的问题，可供桥梁扩建项目参考。
参考文献：
[1] 张世平，廖朝华.高速公路桥涵构造物扩建的拼接设计思路[J].中外公路，2006，2.
[2] 雷耀军，秦建平.大广高速深州至邓家庄段改扩建设计方案探讨[J].中外公路，2008，4.
[3] 张世平.考虑施工交通组织的桥梁改扩建方案设计——沪宁高速公路（江苏段）扩建工程[J].中外公路，2008，2.
[4] 刘孝军，刘中田.苏嘉杭高速公路南段扩建工程桥梁改造设计[J].城市道桥与防洪，2007，4.
第一作者：宰国军 男 1982.11 工程师 单位：重庆市市政设计研究院
第二作者：周胜怡 女 1984.4 工程师 单位：重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司
【关键词】桥梁工程；扩建；拼接；方案研究；高速公路
前言
自国内第一条高速公路——沈大高速公路扩建成功以来，相继有广佛、佛开、水官、沪宁、杭甬等高速公路成功扩建。虽然高速公路扩建的成功案例较多，但扩建远比设计难度大，其核心问题之一就是桥梁的扩建，新老桥的拼接问题一直是桥梁扩建的热点与难点。目前，江苏省内亦有大批高速公路急需扩建，如京沪（江苏段）、沿江、宁杭、宁通、宁合等，部分项目已进入工可阶段，本文将以江苏省某条高速公路为研究对象，对高速公路桥梁的扩建方案进行研究。
1 工程调研
江苏省需扩建的高速公路以四车道居多，少量为六车道高速公路。某高速公路，设计行车速度120km/h，根据不同区段交通量，分别采用双向四车道，路基宽度28m，双向六车道，路基宽度35m。
全线共设置主线桥梁30689.8m/130座，匝道桥9213.3m/40座，支线上跨3967.3m/11座。根据收集到的桥梁资料，以跨为单位按桥梁形式分类见表1.1。
桥梁分类统计表（按单幅桥） 单位：跨 表1.1
桥梁
宽度 空心板 组合
箱梁 现浇箱梁 斜拉桥 系杆拱 钢箱梁
无横向
预应力 有横向
预应力
B=28m 450 1288 310 24 6（1座） 2（1座） 6（1座）
B=35m 184 218 49 6
由表1-1可以看出，全线以量大面广的装配式组合小箱梁和简支空心板梁居多，约占全部桥梁的69%，这两种桥梁的拼接技术基本成熟；其次为现浇砼箱梁，占31%，其中1%的箱梁有横向预应力，拼接较复杂；另外还有斜拉桥、系杆拱、钢箱梁各一座。
2 扩建原则
根据交通量分析，本项目按区段分别扩建为六车道和八车道高速公路，提出以下桥梁扩建原则：
（1）桥梁汽车荷载标准采用“老桥老标准（97、85版等标准），新桥新标准（2004版标准）”的办法；
（2）主线扩建桥梁全部与路基同宽，部分路段采用分离新建的方式。
（3）桥梁扩建总体方案采用上部构造相互连接、下部构造不连接（或弱连接）；
（4）所有桥梁基础均采用桩基础，以减小新桥的基础沉降；
（5）病害严重的大桥、特大桥不做横向拼接方案，采用线位分离或拆除重建方案建新桥；
3 扩建方案
本项目原有桥梁结构有简支板梁、先简支后连续的装配式部分预应力砼箱梁等系列标准结构、现浇钢筋砼连续箱梁、现浇等截面和悬浇变截面预应力砼箱梁、钢箱梁、钢管砼系杆拱桥、斜拉桥等。针对不同的结构形式和不同的桥型提出了相应的扩建方案。
3.1 空心板梁桥及小箱梁桥
3.1.1 空心板梁桥
原板梁桥为先张法预应力砼空心板，加宽桥仍按原结构形式对应拼接，拼接构造已较为成熟，在众多拼宽工程中已大量应用，具体方案有如下：
为减小切除工程量，可采用切除原边板的25cm翼缘，与之相连的新拼接桥采用宽1.25m的普通设计边板。即与原板相连的新拼接桥的1.25m宽的边板的25cm翼缘不预制，翼缘钢筋预留出来，与原板在切除部分植入的钢筋焊接，新老板之间25cm翼缘采用现浇方式，达到上构连接的目的，见下图3.1.1。
图3.1.1 板梁拼接方案图（单位：cm）
3.1.2小箱梁桥
装配式预应力砼组合箱梁的拓宽目前工程实例不多，但与之相类似的装配式预应力砼T梁桥拓宽已经是较为成熟的工程经验。总体来说，组合箱梁的拓宽较为常规，技术难度相对较低，具体方案如下：
新旧桥之间以横梁、翼缘板作刚性连接是目前为止最为成功的预制梁拓宽方式，满足桥面铺装整体化，保证高速公路安全畅通的使用要求。桥梁上、下部结构可独立施工，利于现场施工安排。但横隔梁联接需在原桥边梁梁端进行植筋，容易损坏预应力及其锚头，施工有一定难度，见下图3.1.2。
图3.1.2 组合箱梁拼接方案图（单位：cm）
3.2 现浇砼箱梁
现浇砼箱梁按预应力体系，可分为钢筋砼现浇箱梁及预应力砼现浇箱梁，其中预应力砼现浇箱梁又可分为有横向预应力的和无横向预应力的两种，总体来说，钢筋砼箱梁与无横向预应力砼箱梁拼宽较简单，而有横向预应力的砼箱梁曾拼宽较复杂。
3.2.1 原桥未设置横向预应力索情况
采用砼连接方式，箱梁拼接的连接方式为铰接，将老桥的拼宽侧悬臂按计算全部或部分凿除，清洗干净凿毛面后在按计算要求植入钢筋，然后在凿除悬臂的位置按老桥悬臂结构重新现浇一个新悬臂，与新浇筑箱梁之间预留50cm湿接缝，浇筑之前在接缝下缘填塞宽2cm、高3cm的木条以成缝；最后采用50号聚丙烯纤维混凝土浇注50cm湿接缝，并在湿接缝上缘锯宽2cm、深10cm的缝，缝内填沥青玛蹄脂。箱梁连接示意图参见下图3.2.1。
图3.2.1 一般现浇砼箱梁拼接方案图
3.2.2 原桥箱梁设置横向预应力索情况
原桥设横向预应力的箱梁的拓宽除以上一般连续箱梁的特点分析以外，还具有以下难点：
（1） 旧桥顶板设有横向预应力，无法凿其混凝土，新旧桥之间翼缘板的连接相当困难。
（2） 此类桥梁均为大跨径、悬浇结构，目前工程界对其通车后经常发生过大的跨中挠度原因尚未完全研究清楚，受材料、施工影响较大，无法准确预测控制新、旧箱梁之间的挠度差。 故提出以下两种方案。
方案一：采用植筋的悬臂铰接连接方法，处理方案如下，直接在原桥悬臂端植入钢筋，与新建箱梁的预留钢筋对应焊接。若原桥悬臂端部承载力不足，可通过对原悬臂根部下侧砼进行植筋，加大悬臂厚度；也可通过原桥悬臂下缘粘贴钢板或碳纤维布、增加加劲肋等加固方式来满足受力要求。箱梁连接示意图参见下图。
图3.2.2 设置横向预应力索的箱梁拼接方案图（一）
图3.2.3 设置横向预应力索的箱梁拼接方案图（二）
方案二：采用悬臂刚性连接方式，首先在原桥悬臂端部及下翼缘植入钢筋，与新建箱梁预设钢筋对应焊接，在原桥悬臂根部附近难以浇注的区域采用喷射砼浇注。待新桥沉降稳定后，再在新老箱梁顶面预留的2cm缝压浆，最后在接缝顶面贴碳纤维布形成连接。通过计算分析确定原桥悬臂增加的厚度及植入钢筋的数量。箱梁连接示意图参见下图。
3.3 钢箱梁桥
图3.3.1 连续钢箱梁拼接方案图
钢箱梁连接方式与砼箱梁桥相同，仍然采用“上连下不连”的形式。上部结构将新桥、原桥的横向悬臂板施加纵向焊缝焊接在一起，拼接悬臂处经计算适当采用加劲肋加劲。
但钢箱梁拼宽与砼拼宽因材料特性差异而完全不同，其需要进一步究的内容有：
（1） 钢箱梁桥的施工方法一般为工厂节段预置、现场拼接，对构件精度有很高的要求。新旧梁拼接无论采用焊接还是铆接的方式，均存在板件对齐的问题，相对于混凝土桥梁，钢箱梁的刚度较低，位移更大，如控制不好，新旧梁挠度差更严重，造成无法拼接。
（2） 拼接形式的问题，如果采用铆接拼宽方式，老桥翼缘钢板的现场开孔难度较大，并且因存在锚栓桥面铺装无法铺设或者勉强铺起来也很容易损坏；如果采用焊接，焊接部位在后期活载反复作用下抗疲劳能力需进一步研究，是否容易造成开裂，引起结构局部和桥面铺装的损坏。
3.4 特殊桥梁
除了上述结构的桥梁外，斜拉桥、系杆拱等特殊桥梁，由于跨度较大、受力复杂、构造等原因，无法采用拼接扩建方案，可采用分离扩建的方案。
还有部分桥梁由于航道等级提高等方面的原因，导致桥梁净空不能满足要求，必须对其进行拆除重建；另外，由于老路纵断面抬高的空间受限制，需采用建筑高度桥的桥梁进行新建拓宽，如采用简支钢桁架桥进行拓宽。
4 结语
鉴于以上分析，公路桥梁扩建中的简支板梁、装配式小箱梁及无横向预应力的现浇砼箱梁拼接的技术已较成熟，大跨径悬浇三向预应力桥梁、钢箱梁等拼宽桥梁技术的较复杂，缺少大规模改建成功经验，本文也给出了相关的扩建方案，并提出了可能存在的问题，可供桥梁扩建项目参考。
参考文献：
[1] 张世平，廖朝华.高速公路桥涵构造物扩建的拼接设计思路[J].中外公路，2006，2.
[2] 雷耀军，秦建平.大广高速深州至邓家庄段改扩建设计方案探讨[J].中外公路，2008，4.
[3] 张世平.考虑施工交通组织的桥梁改扩建方案设计——沪宁高速公路（江苏段）扩建工程[J].中外公路，2008，2.
[4] 刘孝军，刘中田.苏嘉杭高速公路南段扩建工程桥梁改造设计[J].城市道桥与防洪，2007，4.
第一作者：宰国军 男 1982.11 工程师 单位：重庆市市政设计研究院
第二作者：周胜怡 女 1984.4 工程师 单位：重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司