冼莊立交舊橋利用方案分析

何則干，蔡憲棠

（廣州市市政工程設計研究院，廣東廣州510060）

冼莊立交舊橋利用方案分析

何則干，蔡憲棠

（廣州市市政工程設計研究院，廣東廣州510060）

舊橋利用是城市道路建設的難題，結合廣明高速冼莊立交舊橋利用的實際工程，開展舊橋利用方式選擇的分析研究。通過檢測驗算，掌握冼莊立交既有舊橋的狀況，根據廣明高速及冼莊立交的功能需求和建設條件，比選舊橋利用方案。建立空間有限元模型模擬新舊橋連接的力學行為，并以此作為開展舊橋加寬加固工作的依據。冼莊立交舊橋利用方案分析將為其它工程舊橋利用提供參考。

舊橋；橋梁加寬；數值模擬；比選

0　前言

隨著社會、經濟的發展，交通量的不斷增長，大量新的道路建設不斷涌現。而舊橋利用往往是城市道路建設必須面臨的難題。

舊橋利用通常有以下三種方式［1］［2］：（1）拆除重建；（2）舊橋加固；（3）舊橋加固拓寬。

拆除重建設計不受既有舊橋的影響，但工程量大，費用高，對施工期交通組織要求高。舊橋加固使用，費用經濟，對交通影響小，但檢測加固工作繁復，而且無法滿足交通量提升的需求。舊橋加固拓寬經濟費用介于前面二者之間，能滿足交通量提升的需求，但對新舊橋連接要求高，設計施工難度大。

本文就結合廣明高速冼莊立交舊橋利用的實際工程，開展舊橋利用方式分析。

1　工程概況

廣明高速公路是廣州番禺至佛山高明高速公路的簡稱，位于廣佛都市圈中部、廣州環城高速公路南段與國道主干線廣州繞城公路南段之間，路線總體呈東西走向，根據地理位置及項目建設安排，廣明高速公路劃分為三段：廣州段、佛山段（陳村至西樵段）、高明段（西樵至更樓段）。

根據總體方案設計，廣明高速廣州段冼莊立交處擬利用既有冼莊立交主線跨線橋，跨越地面番禺大道，貫通東西，見圖1。

既有冼莊立交主線橋建于1998年（見圖2），橋梁上部結構為后張法預制預應力空心板，中墩采用薄壁墩。蓋梁采用后張法預應力結構，冼莊立交既有主線跨線橋設計荷載為：汽車-超20級，掛車-120。

圖1　冼莊立交主橋平面布置

圖2　冼莊立交既有舊橋

2　既有舊橋利用方案比選

2.1舊橋檢測驗算

冼莊立交既有跨線橋是按照舊規范設計，是否滿足現行規范要求，需作出全面檢測和驗算。

根據提交的橋梁承載能力檢測評定報告，既有冼莊立交主線跨線橋外觀狀態基本正常，未發現梁體存在異常開裂現象，存在局部鋼筋外露銹蝕和混凝土破損情況；

舊橋混凝土抗壓強度滿足原設計要求，鋼筋分布及保護層厚度測試表明鋼筋平均保護層厚度滿足原設計規范要求，混凝土碳化速率正常。

動靜載檢測表明考慮結構損傷后橋梁承載能力極限狀態截面強度滿足現行規范要求，在原設計荷載等級下各測試梁體抗裂性滿足要求。

將原設計混凝土標號換算成現行規范的混凝土強度等級，預應力計算參數按現行規范取值，全面驗算既有橋梁結構在加鋪鋪裝層后，在公-I級汽車荷載下安全性和使用性能。

驗算結果如下：

（1）兩種跨徑的上部結構空心板承載能力、正常使用極限狀態下驗算指標均能滿足規范要求，可繼續使用。

（2）預應力混凝土蓋梁抗彎承載力滿足規范要求，但抗剪承載力不能滿足新規范要求，正常使用極限狀態下，預應力蓋梁長期、短期效應組合作用下的部分正應力及主應力均不滿足現行規范要求。

（3）鋼筋混凝土墩柱偏壓承載力驗算、墩柱抗裂驗算和最小配筋率均不能滿足現行規范要求。

（4）原樁基和承臺耐久性難以保證，利用與否需檢測評估。

綜上所述，既有橋梁經過適當加固就能滿足現行規范要求，可以用作廣明高速的主線橋梁。

2.2橋梁結構方案比選

根據驗算結果，廣明高速公路冼莊立交主線橋梁結構可采用三種型式：

方案一：拆除既有跨線橋，新建跨線橋；

方案二：加固既有跨線橋作為新建冼莊立交主線橋梁；

方案三：加固既有跨線橋，并兩側加寬橋梁至34.5m寬（廣明高速主線寬）。

方案一易使跨線橋的使用標準滿足廣明高速線路需要，結構設計能完全滿足現行標準的要求。但拆除、重建，工程量大，費用高，現狀冼莊立交交通量大，重建過程中的交通組織困難，而且其下跨多條現狀繁忙道路，施工難度較大。

根據驗算結果，上部結構-預制預應力混凝土空心板可繼續使用，但預應力蓋梁和墩柱則須加固后方可繼續使用。因此，方案二工程量小，費用低，只需適當加固就能滿足工程需求，對現狀繁忙的交通量影響很小。但既有橋梁的寬度不滿足廣明高速主線寬度要求，在此處易形成交通瓶頸。

方案三則是介于以上兩個方案之間，工程量中等，對于現狀交通的影響也適中，但新舊橋相接難度大，設計施工要求高。

廣明高速工期緊張，而冼莊立交處為當地交通樞紐，大范圍圍蔽施工的可能性不大，綜合比較三個方案的優劣，方案三最為適合，既滿足高速公路高等級需求，又對當地交通影響較小。

3　舊橋加寬形式的選擇

舊橋加寬中的主要難點在于橋梁橫向拓寬連接中對上部構造的處理。目前主要有三種處理方式：（1）不連接；（2）剛接；（3）鉸接。

三種方式，各有優劣，若新舊橋上部結構不連接，則新舊橋結構各自受力，相互影響小，但直接做橋面鋪裝很容易使橋面鋪裝開裂，影響行車舒適性和橋面外觀增加后期的養護維修工作；若采用剛接方式連接，則行車舒適性和橋面外觀能得到充分滿足，但后期運營中的收縮徐變和沉降差以及行車引起的撓度差都會對舊橋的內力狀態產生較大影響，某些關鍵截面可能處于不利的受力狀態；若新舊橋上部結構采用鉸接方式連接，則處于上述二者之間，新橋對舊橋內力產生的影響在鉸接構造處得到一定釋放，行車舒適性有一定影響，會有跳車現象，有一定的后期養護維修工作。

考慮到廣明高速對行車舒適性、安全新要求高，管養維護工作難以時時跟進，以及既有冼莊立交橋邊板懸臂較長等因素，所以在舊橋加寬中選用上部結構剛接的連接方式，見圖3。

3.1計算模型

計算采用MIDAS CIVIL 2010進行空間梁格分析，可計入整體化層對結構受力的影響。

橋梁整體化層參與結構受力，但其與預應力空心板結構形式不同為普通鋼筋結構，為了有效詳細分析結構受力情況，在建模中分別建立后澆層和預應力空心板兩片梁的雙梁模型（后澆層作為附梁）。

其中預應力張拉前采用臨時支撐，在各中間支點位置設置豎向支座。模型按實際斜交角度建模，建成的梁格模型見圖4。

圖3　新舊橋剛接橫斷面圖（單位：cm）

圖4　結構計算模型圖

3.2計算結果

計算結果匯總于表1～表3，表格中應力值受拉為負，受壓為正。根據計算結果可知：

（1）各片主梁抗彎及抗剪承載能力均符合規范要求；

（2）正常使用極限狀態應力驗算：預制梁除11#梁支點上緣在長期組合下因預應力空間效應的作用不滿足規范要求外，其余各項應力指標均滿足規范要求；整體化層在長短期效應組合作用下跨中及支點均存在拉應力超過規范限值的現象。

（3）持久狀況應力驗算：預制梁及后澆層各項應力指標均滿足規范要求。

3.3舊橋加固

根據計算結果，橋梁上部結構除11#梁外均是整體化層應力超限。因此，舊橋加固中拆除鋪裝層和既有整體化層，重新鋪筑，根據計算配置鋼筋，使后澆層滿足抗裂要求。

表1　預制空心板中梁驗算匯總表

表2　預制空心板5#邊板驗算匯總表

11#梁因預應力空間效應的作用造成梁支點上緣在長期組合下應力超限，在加固中考慮將造成空間效應的長懸臂拆除，通過后澆改造的方式釋放預應力空間效應。

表3　預制空心板11#邊板驗算匯總表

為進一步減小新建橋梁對舊橋的受力影響，新舊橋相接還可以考慮先鉸接或不連接（設置縱縫），待新橋沉降及收縮徐變完成后再剛接的連接方式，可減小新、舊橋之間的沉降應力或收縮徐變應力。

舊橋下部結構的改造為常規加固，本文就不贅述了。

3　結論

本文結合廣明高速冼莊立交工程，詳細分析舊橋利用方案的選擇。

舊橋利用方式的選用應結合工程的實際情況作出分析，應重點關注舊橋自身結構，其和新建道路的匹配，建設條件和工程建設經濟性。

同時，在舊橋加寬中，新舊橋相接形式的選擇也是舊橋利用的一個核心問題，其決定了舊橋加固的方案。有效的分析和詳盡的數值計算是做出選擇的基礎。

［1］ 李波，吳文清.舊橋拓寬中拼接形式對舊橋受力的影響分析［J］.現代交通技術，2009（5）：32-34.

［2］ 張麗芳，郭濤，吳文清，等.舊橋拓寬中拼接方式對舊橋受力狀態的影響分析［J］.公路交通科技，2006（2）：102-105.

U445.6

B

1009-7716（2015）01-0061-04

2014-08-25

何則干（1978-），男，福建福州人，高級工程師，從事橋隧設計和研究工作。