■林法平
（福建省闽西交通工程有限公司，龙岩 364000）
我国经济发展迅速，早期建设的部分高速公路无法满足物流工程及人民交通出行的需求，改扩建是提升交通通行能力、解决早期路网建设不足的最直接的方法。
相较于重新规划新路线，高速公路改扩建工程在提高交通运输作用的同时可以大大节约建设成本， 促进我国交通运输业的可持续发展，应结合实际工程的施工特点和难点，因地制宜地开展高速公路改扩建工程中桥梁拼接工程。
高速公路改扩建工程的新旧基础沉降差异直接影响到桥梁的基础结构受力和强度，特别是在混凝土梁桥拼接应用中，新旧混凝土结构的不协同变形特性将对桥梁拼接施工造成影响[1]。
因此，新旧桥梁拼接区域施工技术直接决定了高速公路改扩建工程的桥梁拼接效果和施工质量，如新旧桥梁混凝土差异、新旧基础沉降、拼接方式及拼接区域荷载等都会对桥梁拼接施工质量造成影响，尤其是桥梁拼接形式的选择十分重要。
综上所述，研究桥梁拼接技术在高速公路改扩建工程中的应用，对保证施工质量、降低施工成本具有重要现实意义与研究价值。
1.1 工程介绍
泉南高速是国家“7918”高速公路网中的第15 横，项目起于福建晋江，终于广西南宁，途径江西、湖南多省。本项目依托工程位于泉南高速某路段，于2009 年建成通车， 随着经济发展和区域交通流量的增大，已频繁出现拥堵，原有工程设计指标已经满足不了日益增长的交通量需求， 亟需进行扩容。
项目全线桥梁拟拼宽3 座，原桥梁上部采用简支空心板、预应力砼简支矮箱梁为主，下部结构主要为柱式墩。
1.2 地质情况
桥址区地表水系不发育，场地环境类型的分类为Ⅱ类，地下水主要赋存于第四系残坡积层及基岩风化层的孔隙—裂隙水，地层渗透性为B 类。
场区稳定性较好，未见滑坡、崩塌、泥石流、采空区等不良地质作用；
未见危害桥梁建设的活动性构造迹象， 桥台位于剥蚀丘陵斜坡地貌区， 坡度约15°～20°，地形起伏不大，桥台稳定性较好。
1.3 扩容主要设计指标标准
（1）设计荷载：公路-I 级；
（2）设计洪水频率：中小桥1/100；
（3）桥面宽度：主线扩建桥梁与路基同宽，具体如下；
整体式：2×[0.5 m（砼护栏）+15.5 m（行车道）+0.5 m（砼护栏）]＋0.25 m（分隔带）]＝33.5 m；
分离式：2×[0.5 m（砼护栏）+15.75 m （行车道）+0.5 m（砼护栏）]＝33.5 m；
（4）地震动峰值加速度系数：0.1 g，抗震基本烈度7°，抗震措施设防烈度8°。
2.1 桥梁加宽方法
目前高速改扩建工程加宽主要有单侧加宽和双侧加宽2 种方法。
本项目基于保障施工期间原来路线通行能力，减少原有桥梁改造，降低施工难度和造价，综合考虑了经济性和施工难度，采取了桥梁两侧拼宽方法。
2.2 拼宽原则
本项目以最大限度地利用原有结构为基本原则，桥梁两侧加宽采用同结构、同类型、同跨径的方法予以拼接， 即上部结构采用与老桥相同结构形式、跨径布置，下部结构形式除特殊要求外与老桥结构形式相同[2]。
2.3 桥梁拼接方式及适用性
新旧桥梁拼接常用形式包括上下部构造不连接、上下部构造均连接及上部构造连接下部构造不连接3 种方式[3]。
分析其适用条件和方式的优缺点，结合工程实际情况，选取确定最适宜的加宽方式。
2.3.1 上、下部构造不连接的方式
新旧桥梁上下构造不连接的方式，能够适用于交通运输量大的高速公路改扩建工程，基础条件满足拓宽需要即可。
该方式的优点在于：（1）无需中断交通，可实现一边改扩建施工、一边正常通车；
（2）项目相对独立，操作简单。
缺点在于：上部梁板构造的不同步变形，容易破坏桥梁连接区域的铺装层破损、错台。
该连接方式如图1 所示。
图1 上下部构造不连接方式示意图
2.3.2 上、下部构造均连接的方式
新旧桥梁采用上下构造均连接的方式，适用于桥梁基础条件较好的工程，否则需要进行基础加固。该方式的优点在于：（1）新桥与旧桥之间连接为一个整体，结构整体性得到提升；
（2）新旧桥连接处承受车辆荷载时，有效减少连接区域产生的变形。
缺点在于：（1）新旧桥梁连接时需要在外侧封道，对交通造成一定的干扰， 但不会造成道路交通运输中断；
（2）对基础情况要求高；
（3）施工较为复杂，需要控制好沉降问题，如果新桥基础沉降大于旧桥沉降，产生较大的附加内力， 会造成下部桥梁的帽梁、系梁等连接区域产生裂缝，桥梁的上部构造连接区域也容易产生裂缝，需要加强质量控制。
该方式也可用于独柱墩的梁桥拓宽组合，以增强下部结构的稳定性，构造方式如图2 所示。
图2 上下部构造连接方式示意图
2.3.3 上部构造连接、下部构造不连接的方式
新旧桥梁上部构造连接、下部构造不连接的方式，同样适用于交通运输量大的高速公路改扩建工程。
优点在于：（1）施工过程不中断交通，在高速公路上可同时进行桥梁拼接和正常通行；
（2）新旧桥梁的下部构造保持分离、互不影响，避免桥梁上部构造连接对下部构造产生内力。
缺点在于：（1）基础条件要求高；
（2）新旧桥梁基础下部构造的不均匀沉降会影响上部构造拼接区域的受力情况，增加新旧桥梁沉降造成的桥面裂缝；
（3）施工中应充分考虑新旧桥梁拼接区域两侧梁的变形、刚度，尽量保持桥梁两侧协调一致，避免纵向接缝[4]。
该连接方式如图3 所示。
图3 上部构造连接、下部构造不连接方式示意图
3.1 施工技术方案选择
结合以上所述3 种的拼宽方式的优缺点，本项目考虑行车舒适性及桥梁整体构造需求，选择目前高速常用的拼宽方式，即上部构造连接、下部构造不连接的拼宽方式。
采用该种拼宽方式，需考虑施工过程中旧桥仍承受持续的车辆荷载。
由于受行车挠度和振动的影响，新旧桥拼接处会产生挠度差，持续的挠度差势必会影响上部结构连接处混凝土的浇筑质量。
因此，下文将通过有限元数值模拟分析，探究车辆荷载对拼宽处新浇筑混凝土挠度的影响[5]。
3.2 拼接处有限元计算分析
数值计算模型梁体采用实体单元，考虑通车条件对拼宽位置现浇湿接缝的不利影响，对湿接缝混凝土强度进行折减，并采用界面单元模拟新旧混凝土接触面的相互作用， 数值计算模型如图4 所示。本次计算车辆荷载选取QC-20 级，即5 轴总重55 t重车， 经荷载换算后施加的均布荷载值为18 kN/m2；
单跨梁体两端采用固定约束；
材料物理力学属性根据工程设计方案确定，如表1 所示。
为了分析连接处新旧桥两侧的最大挠度差，本次计算按照2 种工况进行模拟，车辆布置示意图如图5 所示：工况一为车辆远离拼宽区域行走（图6）；
工况二为车辆紧贴着拼宽区域行走（图7）。
图4 数值计算模型图
表1 材料物理力学属性
图5 车辆布置示意图
图6 工况一加载示意图
图7 工况二加载示意图
3.3 拼接处有限元计算结果
经计算2 种工况下既有桥梁拼宽侧跨中挠度值、应力值（表2）。
结果显示，车辆荷载离拼宽位置越近拼宽侧的应力和挠度越大，在桥梁进行拼宽设计时应保证拼宽后的桥梁具有较好的稳定性，新旧桥梁间应协调变形，新旧桥梁设计时应采用同一设计标准，施工过程应做好交通管制，采取半封闭道路的方法，引导车辆往远离拼宽位置通行。
表2 拼宽侧跨中响应汇总
高速公路改扩建工程的施工难点是新旧桥梁拼接问题。
新旧桥梁拼接施工难点在于拼接处的施工。
首先根据工程经验新旧桥梁拼接基底差异沉降应控制＜8 mm 再进行施工，可有效解决拼接处应力的改变造成的不良影响问题；
其次衔接处湿接缝的浇筑从端部往跨中施工能够减少衔接处位置的裂缝产生，提高衔接处湿接缝的浇筑质量，确保新旧桥梁紧密连接为一个统一的整体，有效解决横向、纵向裂缝问题[6]。
4.1 桥梁施工材料
桥梁施工材料的选择和质量控制是保证高速公路改扩建工程施工质量的基础。
应根据高速公路每个施工段的环境条件选择水稳定性好、强度高的沙砾土、中粗砂等；
接缝处采用掺入UEA 制作的补偿收缩混凝土具有抗裂防渗、提高混凝土密实度等优异性能。
施工前应通过试验确定合理的配合比，进行性能测试，控制混凝土拌和与浇筑质量，以达到实现补偿收缩混凝土优良特性的目的[7]。
4.2 施工测量控制
在上部结构施工时，对顶面高程和位置影响会产生较大影响的因素有桥面铺装的厚度、桥梁的横坡。
针对以上影响因素，桥梁拼宽施工时，应对原结构进行坐标定位以及高程测量。
桥梁拼宽施工前，应对另一幅桥梁（原结构）的墩顶高程、垂直度等相关指标进行复测，保证结构数据的精准。
桥梁结构在进行上部结构的拼宽施工时，应对关键点的高程进行控制。
4.3 桥梁连接部位处理
新旧桥梁连接部位的处理是决定桥梁施工质量的关键环节，同时也容易出现质量问题。
做好新旧桥梁连接部位的处理是做好拼宽的关键一步，具体包括：（1）新预制梁内侧翼板、腹板在施工时应注意预埋拼接处的连接钢筋。
（2）既有梁片通过植入钢筋实现新旧结构的有效衔接，植入钢筋应进行拉拔试验检测，拉拔力不得小于40 kN。加强钢筋具体的选择为预应力混凝土空心板桥梁接缝底面纵向钢筋N2 至少为Ф12，横向钢筋N1 至少为Ф12，N3至少为Ф14，且需要形成闭合箍筋，同时采用的植筋胶具有环保、耐高温、耐老化性能；
在焊接时采取相应的降温措施，要求植筋胶固化后弹性模量与混凝土接近。植筋示意图如图8 所示。（3）为避免在种植钢筋的过程中对原结构钢筋或钢绞线造成破坏，在钻制孔道前应预先对原结构内部钢筋或钢绞线进行探测、定位，必要时应对孔道位置进行适当调整，以避开钢筋或钢绞线位置。
（4）浇筑连接湿接缝砼之前应确定新老桥拼接处需要连接的距离，对砼进行切除、凿毛并清除杂质。
（5）为减少新、旧桥的差异，建议在新桥施工完成后3～5 个月再浇筑湿接缝混凝土，接缝砼采用UEA 补偿收缩砼，最后一次性整体浇筑铺装层。
图8 植筋示意图
研究应用有限元法建模分析已成为高速公路桥梁改扩建中结构分析的重要手段，其优势能够直接获取有关部件位移、 应力以及应变等较为全面、准确、合理的分析结果，并以此为依据选取优化桥梁加宽方案，指导桥梁拼接施工重、难点以及关键技术控制，大大降低高速公路改扩建成本，提高桥梁拼接施工质量，可为其他改扩建项目桥梁拼接实际工作提供有益借鉴。
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