桥梁改扩建的方案比选

时间：2024-07-28

曹小博

（中国十七冶集团有限公司北京工程设计分公司，北京 102218）

1 桥梁改扩建概述

随着我国经济技术的迅猛发展，道路交通的需求日益增大，很多现状桥梁无论从荷载等级还是通行能力上都远远不能满足交通需求，因此在近年来有大规模的桥梁改扩建工程，其中跨江河大桥的改扩建由于其跨越水域的特性，设计尤为复杂。

考虑到很多桥梁在交通路网中占据了十分重要的地位，改扩建的过程中，如何最大限度利用现有桥梁并降低对原有道路交通运营的影响，成为首要考虑的问题[1]。其次，很多现有桥梁建造年代较早，设计荷载等级较低，相对于今天高速发展的车辆行业，现有桥梁从使用阶段和承载能力上都无法满足需求。在这种情况下，老桥是否能够利用，又该如何利用，是改扩建设计的关键。另外，若桥梁跨江河，又常面临河流航道等级提升的问题，进一步加大了桥梁改扩建的设计难度。

2 工程概况

既有桥梁青弋江大桥始建于上世纪90年代初期，桥梁总宽11.5m，上部结构主桥采用32.5+2×50+32.5m 预应力混凝土变截面箱型连续梁，引桥采用20m 预应力钢筋混凝土简支T 梁，下部结构采用柱式墩、桩基础。本次改建后道路等级为公路I 级，断面为双向六车道+非机动车道+人行道，设计洪水频率为1/100。

经现场勘测，工程区地处长江下游南岸的平原地带，位于平坦开阔、河渠交错的平原圩区。地层覆土多为粉砂土或淤泥质粉质粘土，厚度＞20m，基岩为卵石层，厚度＞30m。工程区地震动峰值加速度0.05g，抗震设防烈度6 度，属华南地震区地震活动不太强的长江中、下游地震区，区内构造基本稳定，没有大的活动性构造断裂带。青弋江通航等级为限制性V 级航道。

本着经济适用、最大化利用原有结构物的原则，对其进行必要的检测和结构安全性验算，若适当加固后的验算结果能够满足使用要求，则采用加宽或接长的方式将既有桥梁作为新桥的一部分加以利用；若验算结果难以满足使用要求，应采用拆除重建的方案。重建桥梁时在满足安全舒适的前提下，应力求最大限度地保持周边环境不被破坏，充分体现可持续发展的设计理念。另外，应考虑现状结构物对新建构造的影响，布置新建结构物时应适当避开老桥原位，对结构物的安全性更有利。

3 方案比选

首先对老桥进行现场调查及检测，发现老桥运营时间较久，尽管中间进行过一次加固处理，病害仍十分明显。经计算，老桥的抗裂缝、抗疲劳性能及承载能力都大大降低，二次加固后，仍远远不能满足现行规范车辆多车道荷载受力要求，若对桥梁进行限载或限速，又对交通造成一定影响，且不利于远期规划和发展。然而桥梁地处交通要道且规模较大，若全部拆除重建，不仅造价高昂，而且施工周期长，交通组织复杂，短期内会限制地区的发展。

针对以上情况，结合现场环境进行深入研究，提出一个新思路：将老桥主要作为改扩建后的非机动车道和人行道进行利用。尽管老桥病害明显，无法满足机动车辆多车道荷载受力要求，但老桥规模较大，且未达到使用寿命，若将其加固后主要作为后期非机动车道和人行道使用，不仅能减小新建桥梁桥宽，从而节省资源、缩短工期、大大降低工程的总造价，而且在新桥建成通车之前，基本上能保持交通正常运营不中断，达到了改建过程中对交通的影响时间最短、影响强度最小的要求。

基于此，本文提出了针对青弋江大桥拼宽的设计思路及方案，即在老桥的桥侧新建拼宽桥梁，并将大部分机动车道布置在新桥上。老桥拼宽时需要考虑到拼宽的位置、结构形式以及新、老桥的连接方式及成桥后受力方式等多方面的内容，从而综合确定最优方案。下面就其具体问题进行详细论述和对比。

3.1 拼宽方位

一般为方便使用，非机动车道和人行道被布置在道路两侧，机动车道在道路中间，由于本桥考虑利用老桥主要作为非机动车道+人行车道使用，故在拼宽时采用在老桥单侧拼宽的方案更适用于本次设计。经调查发现，现状老桥南侧河槽断面较北侧河槽断面窄20m 左右，且在线位南侧与线位相近处有一条自来水管道与道路并行。布置桥跨应首先保证桥下通航净空满足要求且通航视线不受阻，在此条件下，北侧拼宽方案主孔跨径较小、桥梁规模小，且多为荒地拆迁面积少；而南侧拼宽方案不仅主孔跨径大、桥梁规模略大，拆迁较多，且与自来水管线相距较近，需要保证自来水管安全净空并对其进行管线保护。相比之下，北侧拼宽方案优势明显，故采用向北侧加宽，见图1。

图1 桥梁向北侧加宽平面示意图

3.2 桥梁断面拟定

针对北侧加宽方案，提出两种桥梁断面。断面一：新建两幅桥梁，桥宽分别为19m 和9.5m；断面二：新建三幅桥梁，桥宽均为9.5m。两种方案主跨均采用100m 左右的连续刚构梁桥，跨径与河道相近，可避免主墩布置在河道中央，减少由水流冲刷墩身及基础引起的安全隐患；大跨径的结构保证了通航净空及通航视线的通畅，也为后期航道等级提升留出空间。

据分析后，断面一和断面二都能满足道路改扩建要求，相对于断面一，断面二方案更优，具体点如下：桥墩及基础规模略小，施工更方便；阻水面积比略小，更利于泄洪；三幅桥的宽度相等，模板可重复利用；更加经济、美观，且施工难度小，利于后期改建。综上所述，选用新建三幅等桥宽、主跨为100m 的连续刚构箱梁桥作为推荐桥型。

3.3 新、老桥的连接方式

拼接桥梁新、老桥连接的方法有植筋连接、伸缩缝连接等。一般有四种连接方式：仅下部结构连接、仅上部结构连接、上下部结构均连接、上下部结构均不连接，四种方式各有优缺点。连接的越紧密，新老结构物联合受力、变形及沉降更一致，有利于行车舒适性；然而连接越紧密，结构受力方式越不明确，计算分析越复杂，且易对新桥造成不利影响，存在安全隐患。具体选用何种桥梁拼宽方式需考虑老桥的建设背景、病害情况、加固条件以及现场周边环境、地质条件等因素综合确定。

本桥采用上、下部结构均不连接的方式进行桥梁拼宽设计。优点是：新、老桥各自分别受力，受力模式简单，安全性高，后期对老桥的改建及维修不会影响到新桥的结构安全；不过由于新、老桥分别受力，老桥基础沉降已完成，新桥成桥运营后产生沉降，与老桥桥面形成高度差，影响行车舒适性，且长期跳车行驶对桥梁耐久性也会产生一定影响。考虑到这一点，设计时将侧分隔带设置在拼宽接缝位置，以避免由沉降不均引起的跳车等情况，保证了行车舒适性及桥梁耐久性。