橋梁改擴(kuò)建的方案比選

曹小博

（中國十七冶集團(tuán)有限公司北京工程設(shè)計(jì)分公司，北京 102218）

1 橋梁改擴(kuò)建概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)的迅猛發(fā)展，道路交通的需求日益增大，很多現(xiàn)狀橋梁無論從荷載等級還是通行能力上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足交通需求，因此在近年來有大規(guī)模的橋梁改擴(kuò)建工程，其中跨江河大橋的改擴(kuò)建由于其跨越水域的特性，設(shè)計(jì)尤為復(fù)雜。

考慮到很多橋梁在交通路網(wǎng)中占據(jù)了十分重要的地位，改擴(kuò)建的過程中，如何最大限度利用現(xiàn)有橋梁并降低對原有道路交通運(yùn)營的影響，成為首要考慮的問題[1]。其次，很多現(xiàn)有橋梁建造年代較早，設(shè)計(jì)荷載等級較低，相對于今天高速發(fā)展的車輛行業(yè)，現(xiàn)有橋梁從使用階段和承載能力上都無法滿足需求。在這種情況下，老橋是否能夠利用，又該如何利用，是改擴(kuò)建設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。另外，若橋梁跨江河，又常面臨河流航道等級提升的問題，進(jìn)一步加大了橋梁改擴(kuò)建的設(shè)計(jì)難度。

2 工程概況

既有橋梁青弋江大橋始建于上世紀(jì)90年代初期，橋梁總寬11.5m，上部結(jié)構(gòu)主橋采用32.5+2×50+32.5m 預(yù)應(yīng)力混凝土變截面箱型連續(xù)梁，引橋采用20m 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡支T 梁，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、樁基礎(chǔ)。本次改建后道路等級為公路I 級，斷面為雙向六車道+非機(jī)動車道+人行道，設(shè)計(jì)洪水頻率為1/100。

經(jīng)現(xiàn)場勘測，工程區(qū)地處長江下游南岸的平原地帶，位于平坦開闊、河渠交錯的平原圩區(qū)。地層覆土多為粉砂土或淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，厚度＞20m，基巖為卵石層，厚度＞30m。工程區(qū)地震動峰值加速度0.05g，抗震設(shè)防烈度6 度，屬華南地震區(qū)地震活動不太強(qiáng)的長江中、下游地震區(qū)，區(qū)內(nèi)構(gòu)造基本穩(wěn)定，沒有大的活動性構(gòu)造斷裂帶。青弋江通航等級為限制性V 級航道。

本著經(jīng)濟(jì)適用、最大化利用原有結(jié)構(gòu)物的原則，對其進(jìn)行必要的檢測和結(jié)構(gòu)安全性驗(yàn)算，若適當(dāng)加固后的驗(yàn)算結(jié)果能夠滿足使用要求，則采用加寬或接長的方式將既有橋梁作為新橋的一部分加以利用；若驗(yàn)算結(jié)果難以滿足使用要求，應(yīng)采用拆除重建的方案。重建橋梁時在滿足安全舒適的前提下，應(yīng)力求最大限度地保持周邊環(huán)境不被破壞，充分體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)理念。另外，應(yīng)考慮現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)物對新建構(gòu)造的影響，布置新建結(jié)構(gòu)物時應(yīng)適當(dāng)避開老橋原位，對結(jié)構(gòu)物的安全性更有利。

3 方案比選

首先對老橋進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查及檢測，發(fā)現(xiàn)老橋運(yùn)營時間較久，盡管中間進(jìn)行過一次加固處理，病害仍十分明顯。經(jīng)計(jì)算，老橋的抗裂縫、抗疲勞性能及承載能力都大大降低，二次加固后，仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)行規(guī)范車輛多車道荷載受力要求，若對橋梁進(jìn)行限載或限速，又對交通造成一定影響，且不利于遠(yuǎn)期規(guī)劃和發(fā)展。然而橋梁地處交通要道且規(guī)模較大，若全部拆除重建，不僅造價(jià)高昂，而且施工周期長，交通組織復(fù)雜，短期內(nèi)會限制地區(qū)的發(fā)展。

針對以上情況，結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行深入研究，提出一個新思路：將老橋主要作為改擴(kuò)建后的非機(jī)動車道和人行道進(jìn)行利用。盡管老橋病害明顯，無法滿足機(jī)動車輛多車道荷載受力要求，但老橋規(guī)模較大，且未達(dá)到使用壽命，若將其加固后主要作為后期非機(jī)動車道和人行道使用，不僅能減小新建橋梁橋?qū)挘瑥亩?jié)省資源、縮短工期、大大降低工程的總造價(jià)，而且在新橋建成通車之前，基本上能保持交通正常運(yùn)營不中斷，達(dá)到了改建過程中對交通的影響時間最短、影響強(qiáng)度最小的要求。

基于此，本文提出了針對青弋江大橋拼寬的設(shè)計(jì)思路及方案，即在老橋的橋側(cè)新建拼寬橋梁，并將大部分機(jī)動車道布置在新橋上。老橋拼寬時需要考慮到拼寬的位置、結(jié)構(gòu)形式以及新、老橋的連接方式及成橋后受力方式等多方面的內(nèi)容，從而綜合確定最優(yōu)方案。下面就其具體問題進(jìn)行詳細(xì)論述和對比。

3.1 拼寬方位

一般為方便使用，非機(jī)動車道和人行道被布置在道路兩側(cè)，機(jī)動車道在道路中間，由于本橋考慮利用老橋主要作為非機(jī)動車道+人行車道使用，故在拼寬時采用在老橋單側(cè)拼寬的方案更適用于本次設(shè)計(jì)。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)狀老橋南側(cè)河槽斷面較北側(cè)河槽斷面窄20m 左右，且在線位南側(cè)與線位相近處有一條自來水管道與道路并行。布置橋跨應(yīng)首先保證橋下通航凈空滿足要求且通航視線不受阻，在此條件下，北側(cè)拼寬方案主孔跨徑較小、橋梁規(guī)模小，且多為荒地拆遷面積少；而南側(cè)拼寬方案不僅主孔跨徑大、橋梁規(guī)模略大，拆遷較多，且與自來水管線相距較近，需要保證自來水管安全凈空并對其進(jìn)行管線保護(hù)。相比之下，北側(cè)拼寬方案優(yōu)勢明顯，故采用向北側(cè)加寬，見圖1。

圖1 橋梁向北側(cè)加寬平面示意圖

3.2 橋梁斷面擬定

針對北側(cè)加寬方案，提出兩種橋梁斷面。斷面一：新建兩幅橋梁，橋?qū)挿謩e為19m 和9.5m；斷面二：新建三幅橋梁，橋?qū)捑鶠?.5m。兩種方案主跨均采用100m 左右的連續(xù)剛構(gòu)梁橋，跨徑與河道相近，可避免主墩布置在河道中央，減少由水流沖刷墩身及基礎(chǔ)引起的安全隱患；大跨徑的結(jié)構(gòu)保證了通航凈空及通航視線的通暢，也為后期航道等級提升留出空間。

據(jù)分析后，斷面一和斷面二都能滿足道路改擴(kuò)建要求，相對于斷面一，斷面二方案更優(yōu)，具體點(diǎn)如下：橋墩及基礎(chǔ)規(guī)模略小，施工更方便；阻水面積比略小，更利于泄洪；三幅橋的寬度相等，模板可重復(fù)利用；更加經(jīng)濟(jì)、美觀，且施工難度小，利于后期改建。綜上所述，選用新建三幅等橋?qū)?、主跨?00m 的連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋作為推薦橋型。

3.3 新、老橋的連接方式

拼接橋梁新、老橋連接的方法有植筋連接、伸縮縫連接等。一般有四種連接方式：僅下部結(jié)構(gòu)連接、僅上部結(jié)構(gòu)連接、上下部結(jié)構(gòu)均連接、上下部結(jié)構(gòu)均不連接，四種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。連接的越緊密，新老結(jié)構(gòu)物聯(lián)合受力、變形及沉降更一致，有利于行車舒適性；然而連接越緊密，結(jié)構(gòu)受力方式越不明確，計(jì)算分析越復(fù)雜，且易對新橋造成不利影響，存在安全隱患。具體選用何種橋梁拼寬方式需考慮老橋的建設(shè)背景、病害情況、加固條件以及現(xiàn)場周邊環(huán)境、地質(zhì)條件等因素綜合確定。

本橋采用上、下部結(jié)構(gòu)均不連接的方式進(jìn)行橋梁拼寬設(shè)計(jì)。優(yōu)點(diǎn)是：新、老橋各自分別受力，受力模式簡單，安全性高，后期對老橋的改建及維修不會影響到新橋的結(jié)構(gòu)安全；不過由于新、老橋分別受力，老橋基礎(chǔ)沉降已完成，新橋成橋運(yùn)營后產(chǎn)生沉降，與老橋橋面形成高度差，影響行車舒適性，且長期跳車行駛對橋梁耐久性也會產(chǎn)生一定影響。考慮到這一點(diǎn)，設(shè)計(jì)時將側(cè)分隔帶設(shè)置在拼寬接縫位置，以避免由沉降不均引起的跳車等情況，保證了行車舒適性及橋梁耐久性。

3.4 比選結(jié)論

綜上所述，本次橋梁設(shè)計(jì)推薦的最優(yōu)擴(kuò)建方案為：在老橋北側(cè)新建三幅橋?qū)捑鶠?.5m、主跨為100m 的連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋，橋梁錯孔布置，老橋適當(dāng)加固，新老橋結(jié)構(gòu)不連接。

4 結(jié)束語

本文通過對青弋江大橋改擴(kuò)建方案的具體分析和對比，提出了基于實(shí)際情況的最優(yōu)擴(kuò)建方案，方案比選的分析思路及結(jié)論可供其他橋梁的改擴(kuò)建設(shè)計(jì)參考借鑒。