论文部分内容阅读
摘要互通立交改扩建是公路升级改造的难点，本文针对立交区匝道桥拓宽改造，分析其可能的加宽方式和连接方案，对各种可行方案进行了技术讨论，最后结合工程实例加以分析，为相关类型桥梁的拓宽改造提供参考依据。
关键词互通立交 匝道桥 拓宽改造
中图分类号：C35文献标识码： A
自从上世纪九十年代初期沪嘉高速公路、京津塘高速公路建成以来，我国高速公路已有二十多年的历史。不少高速公路建成使用已有十几年，由于过去的建设经验以及对经济发展速度的认识不足，造成很多高速公路已不能滿足目前及未来经济高速发展的需求，成为制约国家及区域经济和社会发展的瓶颈，因此改扩建势在必行。
互通立交区改扩建因桥梁数量多、结构类型复杂和工程规模较大的特点，成为影响高速公路拓宽改扩建工程的关键环节。与一般新建桥梁设计不同，对于高速公路立交区的桥梁拓宽，必须考虑在扩建建设期间施工阶段和拓宽后使用阶段新旧结构的相互影响，采用合理的构造措施和适宜的施工方法，从而使桥梁拓宽后满足结构安全性、适用性和耐久性的要求。
本文结合某枢纽互通单车道改双车道工程，阐述匝道桥改扩建工程中常见的技术难点与对策。
一、互通立交区匝道桥梁拓宽改造技术简介
近年，随着我国杭甬、福厦、沈大、沪宁等多条高速公路先后进行了拓宽改造，在拓宽改造过程中对桥梁结构的设计、施工等进行了多方面研究，并取得了很多的研究成果。
以往的研究成果和实践经验多数针对主线上直线桥和斜桥的拼宽，在以往的高速公路改扩建项目设计中，因技术制约，针对互通立交区的改造往往采取拆除重建或部分重建、部分增设定向匝道等方式进行，增加了投资规模而且无法实现实施过程中的桥梁保通。因此，如何充分利用现有匝道桥，通过拓宽改造提高其通行能力，成为摆在桥梁设计工程师面前的一个重要课题。
互通立交区桥梁改扩建，最初考虑结合对向行驶的二级公路标准，将8.5米单向单车道划分为单向双车道，根据实地调查了解，以及事故调查报告处理分析结果，匝道上一旦发生交通事故或大货车出现故障救援车辆根本不能实施救援，再者考虑较长的定向匝道大货车行驶中左侧很难有机会超车，故通过画线把8.5单向单车道作为单向双车道使用不能解决根本问题。鉴于以上原因，将8.5米宽度的匝道必须加宽为标准的双车道。
标准双车道有10.5米和12米两种断面形式，根据交通量大小和重车比例，考虑匝道断面采用情况。一般匝道可考虑加宽至10.5米；在匝道左右侧加宽不受限制且因加宽引起的工程量增加不大的前提下，将有条件的匝道直接加宽至12米。
二、单侧加宽与两侧加宽的比选
2.1、单侧加宽
单侧加宽是维持原桥一侧现状，对另一侧进行改造或新建桥梁，并将新旧桥梁进行连接，使之共同承受双车道荷载的加宽方式。
匝道桥单侧拓宽改造示意（单位：㎝）
●加宽后，原桥支撑位置，不能满足桥梁稳定需要，必须新增设支座、下部结构。
●加宽前，原桥箱梁多为单箱单室断面，翼板较宽，箱室较小。单侧加宽后，可以有效提高截面的抗扭能力，而且新增支点，使单点支撑变为多点支撑，有利于桥梁结构体系的稳定性。
●施工对匝道的交通影响较小，原有的匝道通过施加临时支撑和必要的安全措施，可继续维持交通。
●匝道桥不加宽侧的防护、排水设施、防撞护栏等可继续使用。
●与主线桥及其他匝道桥顺接方便。
2.2、两侧加宽
两侧加宽则基本保持原有桥梁的几何线形，在原桥两侧通过结构处理，各加宽1米，达到双车道桥梁宽度。
●拆除两侧护栏，原位拼宽，可充分利用原有的桥梁上下部结构。
●经计算，原桥箱梁设计承载力安全储备不大，两侧拼宽，新增恒载和新加车道活载由原桥箱梁承担，并传递至下部结构，原桥箱梁、支座、墩柱、基础均必须进行相应的加固或提高承载能力补强。
●经计算，部分旧桥箱梁刚度偏小，可能无法满足正常使用极限状态要求。
●结构受力不明确，实施繁琐，工程量很大。
●与主线桥及其他匝道桥的衔接需经过渐变处理，若连接部为桥梁，则难以实施。
匝道桥两侧拓宽改造示意（单位：㎜）
两侧加宽限制条件较多，绝大部分桥梁无法实施两侧加宽，故一般选择单侧加宽。
三、新旧桥梁连接方案比选
匝道桥加宽方式采用同跨径、同结构形式桥两侧分别进行加宽拼接。各桥梁根据实际情况选用适宜的下部结构形式，全线均采用桩柱式墩、柱式、肋板式桥台。
方案一：上部构造、下部构造均不连接
桥梁加宽部分与原桥的上部构造、下部构造不连接，新老结构之间留工作缝，桥面沥青混凝土铺装层连续摊铺。
方案二：上部构造、下部构造均连接
将加宽桥梁的上部构造与原桥的对应部位横桥向通过植筋、浇筑湿接缝方式连接起来，原桥下部构造的桥墩、桥台盖梁及系梁也通过植筋技术将钢筋和加宽新桥相应部位钢筋连接，然后浇筑混凝土，使新老桥梁连成整体。
方案三：上部构造连接、下部构造不连接
本方案综合上述两种方案的优缺点，采用加宽桥与原桥上部构造横向相互连接而下部构造不连接。
桥梁改扩建方案比较表
经综合比较，一般立交匝道桥的具体结构情况，灵活选择，按“上部构造连接、下部构造不连接”的方案进行改建。
“上连”主要采用翼缘加横隔板方式，考虑新旧结构变形影响，主要采用桥面铺装和桥面板连接，主梁不联接的弱联接方式加宽。桥梁主墩，过渡墩采取下部结构分离；肋板式桥台，为保持共同受力和稳定性，选择下部结构连接。
四、匝道桥加宽结构设计的可行方案
4.1、双箱单室断面方案及适用范围
主梁一侧浇筑新的箱梁，由原单箱单室断面加宽至双箱单室断面，通过新增箱梁，实现桥梁横向加宽，如下图所示：
该拓宽方案：
优点：箱梁受力模式明确，新老结构共同受力，新加箱梁浇筑完成后，增设横隔板，确保整体性，箱梁抗扭能力增强。新增箱梁可独立施工，最后完成连接。
缺点：箱梁两侧外观不协调。
适用范围：适用于大部分钢筋混凝土和预应力混凝土连续箱梁桥，尤其是小半径匝道桥。
4.2、单箱单室＋T梁断面方案及适用范围
主梁由原单箱单室断面加宽至单箱＋T梁断面，通过新增T梁，实现桥梁横向加宽，如下图所示：
该拓宽方案：
优点：结构受力合理，施工简便，施工过程中，对原箱梁干扰小，方便保通，造价经济。考虑美观因素，梁间设置装饰板，使新旧梁外观基本一致，造型美观。
缺点：组合结构横向抗扭能力提高幅度有限；若加宽3.5米桥梁，新增T梁根据等刚度原则计算，可能增加梁高，影响美观。
适用范围：适用于加宽2米、曲线半径较大的连续箱梁桥。
4.3、其他匝道桥加宽结构设计的方案研究
1）、单箱双室断面方案
主梁由原单箱单室断面加宽至单箱双室断面，通过箱室结构的变化，实现桥梁横向加宽，如下图所示：
该拓宽方案：
优点：箱梁结构美观。
局限性：新老结构受力不明确；
实施过程中，新增支点完成前需采取必要的安全措施，确保箱梁稳定；
原箱梁钢筋较多，新老结构连接时，难以避开骨架钢筋，施工存在很大难度；
混凝土养生期间，必须封闭交通。
受力不合理、实施费用高，难度大，基本不可行。
2）、拼接钢箱梁方案
主梁一侧加宽2米，单侧增设钢箱梁，通过适当的横向连接，如下图所示：
该拓宽方案：
优点：钢箱可以提前预制后架设。
关键词互通立交 匝道桥 拓宽改造
中图分类号：C35文献标识码： A
自从上世纪九十年代初期沪嘉高速公路、京津塘高速公路建成以来，我国高速公路已有二十多年的历史。不少高速公路建成使用已有十几年，由于过去的建设经验以及对经济发展速度的认识不足，造成很多高速公路已不能滿足目前及未来经济高速发展的需求，成为制约国家及区域经济和社会发展的瓶颈，因此改扩建势在必行。
互通立交区改扩建因桥梁数量多、结构类型复杂和工程规模较大的特点，成为影响高速公路拓宽改扩建工程的关键环节。与一般新建桥梁设计不同，对于高速公路立交区的桥梁拓宽，必须考虑在扩建建设期间施工阶段和拓宽后使用阶段新旧结构的相互影响，采用合理的构造措施和适宜的施工方法，从而使桥梁拓宽后满足结构安全性、适用性和耐久性的要求。
本文结合某枢纽互通单车道改双车道工程，阐述匝道桥改扩建工程中常见的技术难点与对策。
一、互通立交区匝道桥梁拓宽改造技术简介
近年，随着我国杭甬、福厦、沈大、沪宁等多条高速公路先后进行了拓宽改造，在拓宽改造过程中对桥梁结构的设计、施工等进行了多方面研究，并取得了很多的研究成果。
以往的研究成果和实践经验多数针对主线上直线桥和斜桥的拼宽，在以往的高速公路改扩建项目设计中，因技术制约，针对互通立交区的改造往往采取拆除重建或部分重建、部分增设定向匝道等方式进行，增加了投资规模而且无法实现实施过程中的桥梁保通。因此，如何充分利用现有匝道桥，通过拓宽改造提高其通行能力，成为摆在桥梁设计工程师面前的一个重要课题。
互通立交区桥梁改扩建，最初考虑结合对向行驶的二级公路标准，将8.5米单向单车道划分为单向双车道，根据实地调查了解，以及事故调查报告处理分析结果，匝道上一旦发生交通事故或大货车出现故障救援车辆根本不能实施救援，再者考虑较长的定向匝道大货车行驶中左侧很难有机会超车，故通过画线把8.5单向单车道作为单向双车道使用不能解决根本问题。鉴于以上原因，将8.5米宽度的匝道必须加宽为标准的双车道。
标准双车道有10.5米和12米两种断面形式，根据交通量大小和重车比例，考虑匝道断面采用情况。一般匝道可考虑加宽至10.5米；在匝道左右侧加宽不受限制且因加宽引起的工程量增加不大的前提下，将有条件的匝道直接加宽至12米。
二、单侧加宽与两侧加宽的比选
2.1、单侧加宽
单侧加宽是维持原桥一侧现状，对另一侧进行改造或新建桥梁，并将新旧桥梁进行连接，使之共同承受双车道荷载的加宽方式。
匝道桥单侧拓宽改造示意（单位：㎝）
●加宽后，原桥支撑位置，不能满足桥梁稳定需要，必须新增设支座、下部结构。
●加宽前，原桥箱梁多为单箱单室断面，翼板较宽，箱室较小。单侧加宽后，可以有效提高截面的抗扭能力，而且新增支点，使单点支撑变为多点支撑，有利于桥梁结构体系的稳定性。
●施工对匝道的交通影响较小，原有的匝道通过施加临时支撑和必要的安全措施，可继续维持交通。
●匝道桥不加宽侧的防护、排水设施、防撞护栏等可继续使用。
●与主线桥及其他匝道桥顺接方便。
2.2、两侧加宽
两侧加宽则基本保持原有桥梁的几何线形，在原桥两侧通过结构处理，各加宽1米，达到双车道桥梁宽度。
●拆除两侧护栏，原位拼宽，可充分利用原有的桥梁上下部结构。
●经计算，原桥箱梁设计承载力安全储备不大，两侧拼宽，新增恒载和新加车道活载由原桥箱梁承担，并传递至下部结构，原桥箱梁、支座、墩柱、基础均必须进行相应的加固或提高承载能力补强。
●经计算，部分旧桥箱梁刚度偏小，可能无法满足正常使用极限状态要求。
●结构受力不明确，实施繁琐，工程量很大。
●与主线桥及其他匝道桥的衔接需经过渐变处理，若连接部为桥梁，则难以实施。
匝道桥两侧拓宽改造示意（单位：㎜）
两侧加宽限制条件较多，绝大部分桥梁无法实施两侧加宽，故一般选择单侧加宽。
三、新旧桥梁连接方案比选
匝道桥加宽方式采用同跨径、同结构形式桥两侧分别进行加宽拼接。各桥梁根据实际情况选用适宜的下部结构形式，全线均采用桩柱式墩、柱式、肋板式桥台。
方案一：上部构造、下部构造均不连接
桥梁加宽部分与原桥的上部构造、下部构造不连接，新老结构之间留工作缝，桥面沥青混凝土铺装层连续摊铺。
方案二：上部构造、下部构造均连接
将加宽桥梁的上部构造与原桥的对应部位横桥向通过植筋、浇筑湿接缝方式连接起来，原桥下部构造的桥墩、桥台盖梁及系梁也通过植筋技术将钢筋和加宽新桥相应部位钢筋连接，然后浇筑混凝土，使新老桥梁连成整体。
方案三：上部构造连接、下部构造不连接
本方案综合上述两种方案的优缺点，采用加宽桥与原桥上部构造横向相互连接而下部构造不连接。
桥梁改扩建方案比较表
经综合比较，一般立交匝道桥的具体结构情况，灵活选择，按“上部构造连接、下部构造不连接”的方案进行改建。
“上连”主要采用翼缘加横隔板方式，考虑新旧结构变形影响，主要采用桥面铺装和桥面板连接，主梁不联接的弱联接方式加宽。桥梁主墩，过渡墩采取下部结构分离；肋板式桥台，为保持共同受力和稳定性，选择下部结构连接。
四、匝道桥加宽结构设计的可行方案
4.1、双箱单室断面方案及适用范围
主梁一侧浇筑新的箱梁，由原单箱单室断面加宽至双箱单室断面，通过新增箱梁，实现桥梁横向加宽，如下图所示：
该拓宽方案：
优点：箱梁受力模式明确，新老结构共同受力，新加箱梁浇筑完成后，增设横隔板，确保整体性，箱梁抗扭能力增强。新增箱梁可独立施工，最后完成连接。
缺点：箱梁两侧外观不协调。
适用范围：适用于大部分钢筋混凝土和预应力混凝土连续箱梁桥，尤其是小半径匝道桥。
4.2、单箱单室＋T梁断面方案及适用范围
主梁由原单箱单室断面加宽至单箱＋T梁断面，通过新增T梁，实现桥梁横向加宽，如下图所示：
该拓宽方案：
优点：结构受力合理，施工简便，施工过程中，对原箱梁干扰小，方便保通，造价经济。考虑美观因素，梁间设置装饰板，使新旧梁外观基本一致，造型美观。
缺点：组合结构横向抗扭能力提高幅度有限；若加宽3.5米桥梁，新增T梁根据等刚度原则计算，可能增加梁高，影响美观。
适用范围：适用于加宽2米、曲线半径较大的连续箱梁桥。
4.3、其他匝道桥加宽结构设计的方案研究
1）、单箱双室断面方案
主梁由原单箱单室断面加宽至单箱双室断面，通过箱室结构的变化，实现桥梁横向加宽，如下图所示：
该拓宽方案：
优点：箱梁结构美观。
局限性：新老结构受力不明确；
实施过程中，新增支点完成前需采取必要的安全措施，确保箱梁稳定；
原箱梁钢筋较多，新老结构连接时，难以避开骨架钢筋，施工存在很大难度；
混凝土养生期间，必须封闭交通。
受力不合理、实施费用高，难度大，基本不可行。
2）、拼接钢箱梁方案
主梁一侧加宽2米，单侧增设钢箱梁，通过适当的横向连接，如下图所示：
该拓宽方案：
优点：钢箱可以提前预制后架设。