未来一路跨沪渝高速公路桥梁拼宽改造方案设计研究

摘要：文章介绍了未来一路跨沪渝高速公路桥梁拼宽改造方案。该项目桥梁改造设计边界条件复杂，涉及沪渝高速、重要光缆、高压燃气管道等，改造方案需尽量减少桥梁改造施工期间对武汉区域交通的影响，同时保证改造后桥梁结构安全、耐久、经济、美观、环保。综合考虑上述情况，采用了充分利用现状桥梁结构的拼宽改造方案，并针对上部结构连接、下部结构不连接的车行桥拼宽方案进行了受力分析，结果表明车行桥拼宽后整体结构受力合理，该方案可为其他桥梁拼宽改造项目提供参考。

关键词：桥梁拼宽；预应力混凝土箱梁；横向连接；人行桥

中图分类号：U445.6

0 引言

随着城市的发展，部分早期建设的桥梁已不能满足通行需求。提升既有桥梁的通行能力是目前城市发展亟待解决的问题。对既有桥梁进行拼宽改造是提升桥梁通行能力的重要方法，既能继续利用现有结构提高资源利用率，又能减少新建桥梁的规模和改造费用［1］。本文以未来一路跨沪渝高速桥梁拼宽改造项目为基础，进行了桥梁拼宽方案研究，分析了桥梁拼宽改造设计要点及车行桥拼宽结构构造方案，可为其他项目提供参考。

1 工程概况

未来一路跨沪渝高速桥梁为现状高架桥，是进入武汉市光谷科学岛的重要通道。随着区域建设发展，现状桥梁已不能满足通行需求。为配合科学岛区域战略规划，现对未来一路既有桥梁进行提升改造，桥梁改造起止点与现状桥梁起止点一致，红线宽度50 m。改造后桥梁设置双向六车道，并在现状桥梁两侧各设置一座人行天桥。同时设计建筑塔结构，提高区域整体景观效果，改造后效果如图1所示。

2 现状桥梁

未来一路跨沪渝高速公路现状桥梁全长465.7 m，共分为四联预应力混凝土连续箱梁和两座人行坡道桥。现状高架桥设计荷载为现行公路Ⅰ级荷载。第一、二联桥设置双向四车道和两侧人行道，第三、四联桥仅设置双向四车道，现状桥梁两侧人行道在科学北路道口附近采用坡道桥的形式落地，高架桥车行道跨越科学北路后接引道落地。

现状桥梁上部结构均采用预应力混凝土连续箱梁，各联跨径及结构形式如表1所示。

现状桥梁桥墩采用矩形截面钢筋混凝土柱式墩，横桥向墩柱的上端外侧采用弧线加宽形成花瓶形。现状高架桥桥梁起点侧桥台为肋板式桥台，止点侧桥台为一字型桥台，桥台桩基均为双排直径1.2 m钻孔灌注桩。

人行坡道桥，全长92 m，桥宽3.5 m，跨径布置为（4×16.25+14.05） m，引道长12.95 m。人行坡道桥上部结构采用C40普通钢筋混凝土连续π形梁。

3 桥梁改造设计方案

3.1 桥梁拼宽改造技术标准

（1）拼宽桥汽车荷载与原桥一致，采用《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）公路-Ⅰ级荷载；人行天桥荷载按4.11 kN/m2计算。

（2）拼宽桥与人行桥纵坡与既有桥梁保持一致。拼宽桥桥梁横坡与既有桥梁横坡一致，横坡为1.5%；人行桥采用单向1.5%横坡。

（3）设计安全等级：一级。

（4）桥梁净空：跨武黄高速公路处桥下净空5.5 m，跨科学北路处桥下净空4.5 m。

（5）桥梁环境类别：Ⅰ类。

（6）车行桥护栏防护等级：SA级。

（7）设计使用年限：主体结构100年，栏杆、伸缩装置及支座等15年。

（8）抗震设防标准：抗震烈度6度；抗震设防类别B类；抗震措施按7度设防。

3.2 方案设计要点

该桥为光谷科学岛的门户，桥梁总体设计需满足安全、耐久、环保、经济及美观的要求，同时展现科学岛的风采。桥梁总体方案设计在既有桥梁基础上进行，充分利用现状桥梁结构，节约资源，践行低碳环保理念，同时桥梁拼宽改造设计应充分考虑桥址处各控制因素。

未来一路跨沪渝高速公路桥梁拼宽改造总体方案设计应考虑的问题有：

（1）对利用的既有结构按现行设计标准进行复核验算，必要时进行结构加固，同时采用可靠措施保证新老结构连接。

（2）桥梁上跨沪渝高速公路，桥梁拼宽改造设计方案应充分考虑沪渝高速公路后期加宽需求，同时降低拼宽桥梁施工对桥下高速公路通行的影响。

（3）桥址处存在多根不同等级的国防光缆，桥梁设计方案应尽量减少对国防光缆的影响。

（4）桥址处存在环城高压燃气管道，桥梁设计方案应尽量减少对高压燃气管道的影响。

（5）桥址处存在雨水箱涵，桥梁设计方案应充分考虑雨水箱涵的影响。

（6）桥梁拼宽方案需减少对既有桥梁结构造成不利影响。

（7）桥梁设计方案需考虑现状桥梁结构特点，特别是桥梁基础方案设计应充分考虑现状桥梁的影响，方便施工。

（8）桥梁景观需求高，桥梁结构需配合进行景观造型设计，同时保证新建结构与现状结构相协调。

3.3 总体方案设计

该工程桥梁总体方案设计分如图2所示。

3.3.1 拆除桥梁结构

（1）拆除原混凝土坡道桥；（2）拆除原第一联、第二联预应力混凝土箱梁人行道结构；（3）拆除原第三联、第四联预应力混凝土箱梁车道外侧混凝土防撞护栏并凿除外侧90 cm混凝土挑臂结构。

3.3.2 新建人行桥结构

在现状桥梁两侧各新建一座跨武黄高速公路人行桥与一座建筑塔，人行桥设计为：2×30 m钢箱梁桥+（26.6+2×32.5+28.4+32.5） m钢箱梁桥+（17+15.5+18） m钢箱梁坡道桥+15 m混凝土坡道，桥面宽度为6.0 m。新建人行桥箱梁中心线处高程为原桥道路中心线高程按横桥向1.5%横坡计算出的高程，并在科技五路侧桥头与道路人行道衔接，在科学北路侧采用1∶10的坡道与桥下道路衔接。新建人行桥拼宽方案如图3所示。

4 新建拼宽桥结构

对现状第三联预应力混凝土箱梁（4×32.5） m、第四联预应力混凝土箱梁（2×28.5+2×31.5+30） m进行拼宽，每侧拼宽3.75 m，新建桥梁宽4.65 m。拼宽车行桥纵断面设计与原桥保持一致，依据实际线型进行拼宽桥施工。桥梁拼宽采用上部结构连接，下部结构分离的连接方案。现状桥梁外侧挑臂凿除0.9 m，拼宽桥先浇筑4.05 m宽的单箱单室预应力混凝土箱梁，待新建桥梁养护28 d后通过挑臂间湿接缝实现拼宽桥主梁与现状桥梁主梁连接，湿接缝宽0.6 m。新建拼宽车行桥下部采用板式花瓶墩，承台长边顺桥向布置，承台下设两根1.2 m钻孔灌注桩，方便桩基及承台施工，新建车行桥拼宽方案如图4所示。

5 桥梁横向连接设计

桥梁拼宽采用的横向连接方式有新旧桥梁上下部均不连接、新旧桥梁上部连接下部不连接、新旧桥梁上下部均连接［2-3］。该项目拼宽桥横向连接采用上部连接下部不连接，通过湿接缝使新旧桥梁桥面板形成一体结构，保证拼宽改造后桥面平顺。新老结构上部连接下部不连接的方式需保证新老结构变形协调，该项目拼宽桥跨径及结构材料与既有桥梁一致，根据结构力学基本公式，若新建拼宽桥箱梁单位宽度惯性矩与既有桥梁单位宽度惯性矩协调，即可保证新老结构变形协调。该项目刚度信息如表2所示，新建桥梁与既有桥梁箱梁单位宽度惯性矩之比为1.075，新建桥梁惯性矩略大，新建拼宽桥截面选择合理。

该项目进行了整体验算，验算结果满足要求，同时本文重点进行了新旧桥梁横向框架分析，验算拼宽后的结构局部受力。本文采用有限元软件建立新旧桥梁横向框架模型，有限元模型如图5所示，模型考虑整体升降温、梯度温度、新旧桥梁主梁不均匀收缩徐变及下部结构不均匀沉降对结构的影响，汽车荷载采用公路Ⅰ级车辆荷载。

经验算拼宽后桥梁横向整体受力满足规范要求，图6为桥面板裂缝宽度验算折线云图，如图所示裂缝宽度小于规范要求的0.2 mm，拼宽桥梁设计合理。

该项目还采取了一些提高拼宽桥梁整体受力性能的措施，如新建桥梁桩基选择不低于现状桥梁持力层性能的岩层作为桩基持力层，并对新建桥梁桩底进行压浆［4］，减小新旧桥梁间不均匀沉降对结构的影响。拼宽桥养护28 d以上再进行拼宽桥与既有桥梁湿接缝施工，减小不均匀收缩徐变对桥梁结构产生不利影响，现场湿接缝钢筋绑扎。

6 结语

本文以未来一路跨沪渝高速公路拼宽改造项目为基础，分析了该项目桥梁改造设计边界条件，桥梁改造方案充分考虑了现状桥梁结构特点及现状国防光缆、高压燃气管道、雨水箱涵、桥下高速公路的影响，预留了桥下沪渝高速公路后期拼宽条件。桥梁方案具备施工可行性与便捷性，尽量降低了桥梁改造施工对沪渝高速公路交通的影响，充分利用既有结构提高了经济性。该项目人行道改造采用在现状桥梁两侧新建人行桥的方案，车行桥拓宽采用在现状桥梁两侧新建预应力混凝土箱梁并将新旧桥梁上部结构连接的方案，该方案要求新旧桥梁变形协调，在新旧桥梁跨度相同的情况下，建议新旧桥梁单位宽度惯性矩一致。本文还进行了横向框架验算，验算表明该方案桥结构受力合理，满足规范要求，同时提出减少不均匀沉降与不均匀收缩徐变的措施，该方案可为其他桥梁拼宽改造项目提供参考。

参考文献

［1］熊礼鹏，尹华泉，郭智豪，等.既有城市立交拼宽改造设计方案研究［J］.交通科技，2023（3）：103-105，112.

［2］王海艳.高速公路桥梁拼宽改造设计［J］.北方交通，2013（3）：73-75.

［3］冯玉龙，林政园，王雪锋，等.高速公路改扩建工程中拼宽桥梁的设计与施工关键技术分析［J］.公路工程，2020，45（2）：137-142.

［4］徐永成，张祚龙.多车道通行条件下高速公路桥梁改扩建方案研究［J］.公路交通科技（应用技术版），2020，16（6）：201-203.

收稿日期：2024-03-20

作者简介：张 骏（1994—），硕士，工程师，主要从事桥梁设计工作。