本文在前人研究的基础之上，通过理论分析与工程应用，对公路桥梁改扩建过程中的关键技术问题进行了研究和优化，并取得以下主要成果：（1）提出了将改进后的养护规范法用于桥梁技术性能评价，并与静载试验法和功能适应性评价相结合，综合对公路桥梁进行技术性能评价，为公路桥梁的改扩建决策提供了技术依据。（2）建议了现有公路桥梁技术性能预测的回归分析预测法和马尔科夫预测法，并根据预测结果确定公路桥梁的改造对策，对需要拆除重建的桥梁还提出了拆除应遵循的基本原则。（3）在桥梁加固单一决策模型的基础上，提出了运用幂平均合成法的组合综合评价决策模型，以解决单一评价结论非一致性的问题，优化了桥梁加固方案的选择，使得加固决策方案更加合理。（4）优化了桥梁加宽方式决策模型，在考虑桥梁整体性、不均匀沉降的影响程度、施工方便性、美观舒适度和经济合理性的基础上，提出了连接缝处抗剪承载能力的计算方法，并将接缝处抗剪承载力的对比纳入加宽方式的综合决策模型中，以确定最优的加宽方式。（5）基于常见的桥面铺装病害，从设计和施工两方面提出了加宽桥梁桥面铺装优化技术。（6）从旧桥拆除施工工艺、下部结构施工工艺和上部结构施工工艺三方面对桥梁施工组织管理进行了优化研究，建议对桥梁改扩建施工质量进行全程控制，以确保桥梁改扩建目标的实现。