沙灘橋空腹式雙曲拱橋拓寬提載設計的思路與解決方案

曹素江

（河北省高速公路京衡管理處，河北 衡水 053020）

沙灘橋空腹式雙曲拱橋拓寬提載設計的思路與解決方案

曹素江

（河北省高速公路京衡管理處，河北 衡水 053020）

隨著國民經濟的不斷發展，國省干線公路上的大量老舊橋梁很難滿足現代交通物流的需求，一些原設計標準低、通行能力差的橋梁，亟待進行改造。但在某些特殊區域，受自然條件的限制，在舊橋仍有利用價值的情況下，盡可能的對原橋改造加固，使之煥發新的生機。在沙灘橋的改造加固設計中，根據原有橋型結構，因地制宜，謹慎決策，充分利用其力學特征，采用輔助手段與工藝提升主梁強度、強化整體結構提高橋梁承載能力、拓寬橋面、滿足交通車流需求，對咽喉路段的舊橋改造加固、延壽利用進行了探索。

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113 m，橋面凈寬：4.5 m+2×0.325 m，設計荷載為：汽—15，掛—80。其上部構造為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構，由3肋2波加兩個懸波組成，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。每跨主拱圈對稱設置有6個腹孔，腹孔采用無肋雙曲拱式腹拱圈配墻式腹拱墩結構。兩岸橋臺均設置有1個腹孔。所有墻式腹拱墩均為漿砌水泥預制塊砌體。大橋下部構造為擴大基礎配重力式橋墩及擴大基礎配U型橋臺，均為漿砌片（塊）石砌體。據史料記載，其橋臺、墩基礎較好，均置于巖層之上。

沙灘橋因修建年代早、設計標準較低，橋面狹窄，車輛只能單向行駛，滿足不了日益繁忙的車流需求，形成了瓶頸。提高橋梁通行能力，緩解周邊山區交通壓力，成了亟需解決的問題。

由于橋梁在大山深處，位于北岸水庫庫區。橋址處常水位水深約6 m左右，兩岸山高坡陡，該路段的交通路網沒有繞道的選擇；因此怎樣改造，把對交通的影響壓縮到最低水平，至關重要。

2　初步方案構想

要解決大橋卡脖子問題，按拓寬改造和改建兩種思路進行方案比選。

2.1原橋改造拓寬

優點：利用原橋改造，不需修改路線，橋位最有利，橋梁長度小，施工周期短、改建費用較低、交通影響少。缺點：施工不易，對工藝要求較高；交通維護有一定難度。

2.2改（重）建

優點：按現行標準設計，橋梁承載起點高、車輛通行能力大；缺點：若易址重建，橋位周邊選址困難，需改變線路，增加橋梁長度，建造時間長，費用高。若原址重建，則需拆除老橋，對交通影響大，建設時間亦較長、費用較高。

經現場檢查，原橋主要受力構件結構外觀良好，無明顯缺陷。使用免棱鏡全站儀對主拱圈拱軸線進行實測后，發現主拱圈實際線型與理論拱軸線較為吻合。根據可負擔財力和現實需求，我們優先考慮原橋利用。為此組織工程技術人員對老橋進行檢測并擬定初步方案。

根據檢查，發現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、橫向開裂，且橫向裂縫多位于主、腹拱圈拱頂附近；個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象。

（3）施工缺陷：檢查發現，第二跨各腹拱墩頂處均設有變形縫，而第一跨未設。因兩側腹拱圈變形，未設變形縫的腹拱墩拱頂處側墻部分產生豎向開裂。

2.3其他病害：橋欄桿缺失、拱圈滲水等

根據公路橋涵養護規范（JTG H11—2004）標準評定，該橋技術狀況評定等級已為三類，結合橋面拓寬一并進行維修，有一舉兩得之效。

根據現有交通流量、結合遠景發展，改造計劃將橋面從4.5 m拓寬至7 m（橋面凈寬7 m+2×0.25 m），保持車輛雙向通行。為適應現代交通車流，加固按公路—Ⅱ級標準進行極限荷載設計驗算。

3　拓寬提載設計思路

由于大橋常水位較深，若搭設便橋維持通車，困難很大，費用不菲。在不考慮搭設便橋的前提下，其交通維護采用限時、限載、限速的措施，最大限度減少維修對當地沿線居民的出行影響。對大橋本身的加固考慮采取主受力結構體系轉換、加大構件截面、增加輔助構件等措施進行拓寬提載設計[1]。

3.1主、腹拱圈加固、提載

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

（2）采用化學灌漿法修補主、腹拱圈裂縫，對破損處進行鋼筋除銹后用環氧樹脂砂漿或摻環氧樹脂的小石子混凝土進行修復。

3.2腹拱墩加固

采用化學灌漿法、環氧砂漿或摻環氧樹脂的小石子混凝土修補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拱上側墻加固及增高

（1）側墻采用鋼筋混凝土加高。

（2）對除橋面假縫對應位置的側墻裂縫及變形縫壓注水泥漿，再在裂縫和變形縫兩側錨固騎縫鋼筋（在騎縫鋼筋外抹一層內置φ2鋼絲網的環氧砂漿）控制變形。

4　橋面系拓寬

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

（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計

5.1橋面凈寬

7 m+2×0.25 m，驗算荷載等級：公路—Ⅱ級。

5.2結構分析

（1）按拱橋結構和受力特點，依據實測拱軸線的坐標，將加固前、后的橋梁結構均簡化[2]，根據荷載和斷面寬度，以調查材料價格和擬定材料強度指標，初步擬定梁板斷面的經濟尺寸及含筋率，計算梁的配筋面積，著重對主要受力結構控制斷面（拱腳、四分跨、跨中）部位進行驗算[3]。逐步修正選定技術參數，使之滿足要求[4]。

（2）計算荷載組合采用的類型

大橋計算荷載組合主要采用承載能力極限狀態基本組合、正常使用極限組合與短期效應組合和長期效應組合。具體組合見表1。

（3）結構驗算結果

根據大橋的結構形式、實際狀況及受力特點，著重對拱圈主要控制斷面（拱腳、四分跨、跨中）部位進行驗算，計算按原結構和采用聯合截面體組合后共同受力進行驗算。驗算結果見表2、表3。

從計算結果看，在加固設計荷載的作用下，大橋采用雙車道（7 m+2×0.25 m）的橋面凈寬時，按擬定的尺寸、強度、含筋率，大橋的各控制載面偏心距多數在容許偏心距范圍內，且承載能力滿足公路—II級荷載要求。對于偏心距超過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件進行設計，其承載能力亦可以滿足公路—II級荷載要求。

表2　加固前主、腹拱圈截面結構計算結果一覽表

表3　加固后主、腹拱圈截面結構計算結果一覽表

6　結語

橋面拓寬后，需同步考慮對兩岸引道進行接順，路側險要路段增設安全保障設施。

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

通過對沙灘橋的拓寬、加固，將其承載極限能力提高至公路-Ⅱ級，但基礎部分依舊沒有變化，恒、動載增加，日常使用仍考慮按老橋規的要求進行檢查管理，較為穩妥，切合實際。

[1]諶潤水,胡釗芳,帥長斌.公路舊橋加固技術與實例[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]張樹仁,王宗林.橋梁病害診斷與改造加固設計[M].北京:人民交通出版社,2006.

[3]JTG D60—2004.公路橋梁設計通用規范[S].

[4]JTG D62—2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[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，高級工，從事公路收費管理工作。