曹素江

（河北省高速公路京衡管理處，河北 衡水 053020）

沙灘橋空腹式雙曲拱橋拓寬提載設(shè)計(jì)的思路與解決方案

曹素江

（河北省高速公路京衡管理處，河北 衡水 053020）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國(guó)省干線公路上的大量老舊橋梁很難滿(mǎn)足現(xiàn)代交通物流的需求，一些原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低、通行能力差的橋梁，亟待進(jìn)行改造。但在某些特殊區(qū)域，受自然條件的限制，在舊橋仍有利用價(jià)值的情況下，盡可能的對(duì)原橋改造加固，使之煥發(fā)新的生機(jī)。在沙灘橋的改造加固設(shè)計(jì)中，根據(jù)原有橋型結(jié)構(gòu)，因地制宜，謹(jǐn)慎決策，充分利用其力學(xué)特征，采用輔助手段與工藝提升主梁強(qiáng)度、強(qiáng)化整體結(jié)構(gòu)提高橋梁承載能力、拓寬橋面、滿(mǎn)足交通車(chē)流需求，對(duì)咽喉路段的舊橋改造加固、延壽利用進(jìn)行了探索。

舊橋利用；鋼筋混凝土雙曲拱橋；拓寬提載加固

1　工程概況

沙灘橋建成于上世紀(jì)七十年代，位于修水茅溪線K14+507處，是跨越沙灘河、連接江西贛北與湖北鄂西的一座重要橋梁。橋梁全長(zhǎng)113 m，橋面凈寬：4.5 m+2×0.325 m，設(shè)計(jì)荷載為：汽—15，掛—80。其上部構(gòu)造為2孔跨徑為41 m的空腹式雙曲拱橋，主拱圈為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由3肋2波加兩個(gè)懸波組成，主拱肋寬度為35 cm，高度110 cm，凈矢跨比為1/6，拱軸線采用等截面懸鏈線，拱軸系數(shù)M=3.893，拱肋間凈距為160 cm，主拱圈寬度為485 cm。每跨主拱圈對(duì)稱(chēng)設(shè)置有6個(gè)腹孔，腹孔采用無(wú)肋雙曲拱式腹拱圈配墻式腹拱墩結(jié)構(gòu)。兩岸橋臺(tái)均設(shè)置有1個(gè)腹孔。所有墻式腹拱墩均為漿砌水泥預(yù)制塊砌體。大橋下部構(gòu)造為擴(kuò)大基礎(chǔ)配重力式橋墩及擴(kuò)大基礎(chǔ)配U型橋臺(tái)，均為漿砌片（塊）石砌體。據(jù)史料記載，其橋臺(tái)、墩基礎(chǔ)較好，均置于巖層之上。

沙灘橋因修建年代早、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，橋面狹窄，車(chē)輛只能單向行駛，滿(mǎn)足不了日益繁忙的車(chē)流需求，形成了瓶頸。提高橋梁通行能力，緩解周邊山區(qū)交通壓力，成了亟需解決的問(wèn)題。

由于橋梁在大山深處，位于北岸水庫(kù)庫(kù)區(qū)。橋址處常水位水深約6 m左右，兩岸山高坡陡，該路段的交通路網(wǎng)沒(méi)有繞道的選擇；因此怎樣改造，把對(duì)交通的影響壓縮到最低水平，至關(guān)重要。

2　初步方案構(gòu)想

要解決大橋卡脖子問(wèn)題，按拓寬改造和改建兩種思路進(jìn)行方案比選。

2.1原橋改造拓寬

優(yōu)點(diǎn)：利用原橋改造，不需修改路線，橋位最有利，橋梁長(zhǎng)度小，施工周期短、改建費(fèi)用較低、交通影響少。缺點(diǎn)：施工不易，對(duì)工藝要求較高；交通維護(hù)有一定難度。

2.2改（重）建

優(yōu)點(diǎn)：按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，橋梁承載起點(diǎn)高、車(chē)輛通行能力大；缺點(diǎn)：若易址重建，橋位周邊選址困難，需改變線路，增加橋梁長(zhǎng)度，建造時(shí)間長(zhǎng)，費(fèi)用高。若原址重建，則需拆除老橋，對(duì)交通影響大，建設(shè)時(shí)間亦較長(zhǎng)、費(fèi)用較高。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，原橋主要受力構(gòu)件結(jié)構(gòu)外觀良好，無(wú)明顯缺陷。使用免棱鏡全站儀對(duì)主拱圈拱軸線進(jìn)行實(shí)測(cè)后，發(fā)現(xiàn)主拱圈實(shí)際線型與理論拱軸線較為吻合。根據(jù)可負(fù)擔(dān)財(cái)力和現(xiàn)實(shí)需求，我們優(yōu)先考慮原橋利用。為此組織工程技術(shù)人員對(duì)老橋進(jìn)行檢測(cè)并擬定初步方案。

根據(jù)檢查，發(fā)現(xiàn)大橋有以下病害及缺陷：

（1）裂縫：主、腹拱圈拱頂附近橋面、拱波、拱板有縱、橫向開(kāi)裂，且橫向裂縫多位于主、腹拱圈拱頂附近；個(gè)別腹孔墩墩身有豎向裂縫。

（2）下沉：溪口岸橋頭橋面存在局部下沉現(xiàn)象。

（3）施工缺陷：檢查發(fā)現(xiàn)，第二跨各腹拱墩頂處均設(shè)有變形縫，而第一跨未設(shè)。因兩側(cè)腹拱圈變形，未設(shè)變形縫的腹拱墩拱頂處側(cè)墻部分產(chǎn)生豎向開(kāi)裂。

2.3其他病害：橋欄桿缺失、拱圈滲水等

根據(jù)公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范（JTG H11—2004）標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定，該橋技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)已為三類(lèi)，結(jié)合橋面拓寬一并進(jìn)行維修，有一舉兩得之效。

根據(jù)現(xiàn)有交通流量、結(jié)合遠(yuǎn)景發(fā)展，改造計(jì)劃將橋面從4.5 m拓寬至7 m（橋面凈寬7 m+2×0.25 m），保持車(chē)輛雙向通行。為適應(yīng)現(xiàn)代交通車(chē)流，加固按公路—Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行極限荷載設(shè)計(jì)驗(yàn)算。

3　拓寬提載設(shè)計(jì)思路

由于大橋常水位較深，若搭設(shè)便橋維持通車(chē)，困難很大，費(fèi)用不菲。在不考慮搭設(shè)便橋的前提下，其交通維護(hù)采用限時(shí)、限載、限速的措施，最大限度減少維修對(duì)當(dāng)?shù)匮鼐€居民的出行影響。對(duì)大橋本身的加固考慮采取主受力結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換、加大構(gòu)件截面、增加輔助構(gòu)件等措施進(jìn)行拓寬提載設(shè)計(jì)[1]。

3.1主、腹拱圈加固、提載

（1）在主、腹拱圈下緣現(xiàn)澆整體式鋼筋混凝土底板，改雙曲拱截面為箱形拱截面，增強(qiáng)拱圈的抗扭剛度和承載能力。

（2）采用化學(xué)灌漿法修補(bǔ)主、腹拱圈裂縫，對(duì)破損處進(jìn)行鋼筋除銹后用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿或摻環(huán)氧樹(shù)脂的小石子混凝土進(jìn)行修復(fù)。

3.2腹拱墩加固

采用化學(xué)灌漿法、環(huán)氧砂漿或摻環(huán)氧樹(shù)脂的小石子混凝土修補(bǔ)腹拱墩的裂縫和破損，并外包鋼筋混凝土土加固，增加其砌塊的整體性。

3.3拱上側(cè)墻加固及增高

（1）側(cè)墻采用鋼筋混凝土加高。

（2）對(duì)除橋面假縫對(duì)應(yīng)位置的側(cè)墻裂縫及變形縫壓注水泥漿，再在裂縫和變形縫兩側(cè)錨固騎縫鋼筋（在騎縫鋼筋外抹一層內(nèi)置φ2鋼絲網(wǎng)的環(huán)氧砂漿）控制變形。

4　橋面系拓寬

（1）預(yù)制懸臂橋面板，拆除原橋面系、安裝后焊接預(yù)留鋼筋澆筑現(xiàn)澆段混凝土，形成整體式橋面板（設(shè)置泄水管）。

（2）橋面板上鋪筑防水鋼筋混凝土鋪裝層作為橋面。

（3）安設(shè)橋欄桿。

（4）橋墩加固：橋墩外包鋼筋混凝土，增加砌塊的整體性。

5　加固提載與拓寬方案設(shè)計(jì)

5.1橋面凈寬

7 m+2×0.25 m，驗(yàn)算荷載等級(jí)：公路—Ⅱ級(jí)。

5.2結(jié)構(gòu)分析

（1）按拱橋結(jié)構(gòu)和受力特點(diǎn)，依據(jù)實(shí)測(cè)拱軸線的坐標(biāo)，將加固前、后的橋梁結(jié)構(gòu)均簡(jiǎn)化[2]，根據(jù)荷載和斷面寬度，以調(diào)查材料價(jià)格和擬定材料強(qiáng)度指標(biāo)，初步擬定梁板斷面的經(jīng)濟(jì)尺寸及含筋率，計(jì)算梁的配筋面積，著重對(duì)主要受力結(jié)構(gòu)控制斷面（拱腳、四分跨、跨中）部位進(jìn)行驗(yàn)算[3]。逐步修正選定技術(shù)參數(shù)，使之滿(mǎn)足要求[4]。

（2）計(jì)算荷載組合采用的類(lèi)型

大橋計(jì)算荷載組合主要采用承載能力極限狀態(tài)基本組合、正常使用極限組合與短期效應(yīng)組合和長(zhǎng)期效應(yīng)組合。具體組合見(jiàn)表1。

（3）結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果

根據(jù)大橋的結(jié)構(gòu)形式、實(shí)際狀況及受力特點(diǎn)，著重對(duì)拱圈主要控制斷面（拱腳、四分跨、跨中）部位進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算按原結(jié)構(gòu)和采用聯(lián)合截面體組合后共同受力進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

從計(jì)算結(jié)果看，在加固設(shè)計(jì)荷載的作用下，大橋采用雙車(chē)道（7 m+2×0.25 m）的橋面凈寬時(shí)，按擬定的尺寸、強(qiáng)度、含筋率，大橋的各控制載面偏心距多數(shù)在容許偏心距范圍內(nèi)，且承載能力滿(mǎn)足公路—II級(jí)荷載要求。對(duì)于偏心距超過(guò)容許限值的主拱圈拱頂及拱腳斷面按鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，其承載能力亦可以滿(mǎn)足公路—II級(jí)荷載要求。

表2　加固前主、腹拱圈截面結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果一覽表

表3　加固后主、腹拱圈截面結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果一覽表

6　結(jié)語(yǔ)

橋面拓寬后，需同步考慮對(duì)兩岸引道進(jìn)行接順，路側(cè)險(xiǎn)要路段增設(shè)安全保障設(shè)施。

窄橋拓寬施工期間的交通維護(hù)不利因素較多、維護(hù)困難較大，需做詳盡的施工組織設(shè)計(jì)并注意不斷修正，精心組織，以確保安全。

通過(guò)對(duì)沙灘橋的拓寬、加固，將其承載極限能力提高至公路-Ⅱ級(jí)，但基礎(chǔ)部分依舊沒(méi)有變化，恒、動(dòng)載增加，日常使用仍考慮按老橋規(guī)的要求進(jìn)行檢查管理，較為穩(wěn)妥，切合實(shí)際。

[1]諶潤(rùn)水,胡釗芳,帥長(zhǎng)斌.公路舊橋加固技術(shù)與實(shí)例[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]張樹(shù)仁,王宗林.橋梁病害診斷與改造加固設(shè)計(jì)[M].北京:人民交通出版社,2006.

[3]JTG D60—2004.公路橋梁設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[4]JTG D62—2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

U445.6

B

1009-7716（2016）10-0056-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.018

2016-05-18

曹素江（1965-），男，河北平山人，高級(jí)工，從事公路收費(fèi)管理工作。