延河大橋改造工程總體設(shè)計(jì)

高明大，郭河，周立臣

（1.中國建筑設(shè)計(jì)院有限公司，北京市100044；2.中交路橋技術(shù)有限公司，北京市100011）

延河大橋改造工程總體設(shè)計(jì)

高明大1，郭河2，周立臣1

（1.中國建筑設(shè)計(jì)院有限公司，北京市100044；2.中交路橋技術(shù)有限公司，北京市100011）

延河大橋改造工程包括舊橋改造和擴(kuò)建新橋兩部分。改造設(shè)計(jì)的主旨是“兩橋如一橋”、“修新如舊”。新橋采用了整體式預(yù)制橋面板，格構(gòu)式的拱上建筑，以及新型井筒式地下連續(xù)墻橋臺(tái)；改造了舊橋的橋面系為整體式橋面板結(jié)構(gòu)，將拱上填料更換為新型輕質(zhì)陶粒混凝土材料，重新布設(shè)了拱上防水及排水系統(tǒng)，對(duì)舊橋結(jié)構(gòu)石材表面風(fēng)化，以及裂縫均進(jìn)行了處理處治；針對(duì)設(shè)計(jì)難點(diǎn)開展了井筒式地下連續(xù)墻橋臺(tái)和混凝土結(jié)構(gòu)表面涂裝體系專題研究。

延河大橋；總體設(shè)計(jì)；格構(gòu)式；地下連續(xù)墻；防護(hù)涂裝

1 工程概況

延河大橋舊橋位于延安市寶塔區(qū)，為東關(guān)大街跨越延河的節(jié)點(diǎn)工程，呈東北－西南走向。舊的延河大橋于1959年竣工通車，橋梁上部結(jié)構(gòu)為3×30 m的空腹式石拱橋，下部結(jié)構(gòu)為重力式墩臺(tái)，橋長120.3 m，設(shè)計(jì)橋?qū)?0 m。1977年洪水過后對(duì)橋面系進(jìn)行整修，橋面寬度拓寬為1.8 m（人行道）+9 m（機(jī)動(dòng)車道）+1.8 m（人行道），總寬12.6 m，主拱圈寬10 m，兩側(cè)懸臂各1.3 m。圖1、圖2所示分別為舊橋立面圖和橫斷面圖。

圖1 舊橋立面圖（單位：cm）

圖2 舊橋橫斷面圖（單位：cm）

隨著延安市經(jīng)濟(jì)日新月異的發(fā)展和城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市道路車流量呈迅猛增長趨勢，導(dǎo)致市內(nèi)交通壓力不斷增加。作為延安城市名片“寶塔山，延河橋”之一的延河大橋，因地處延安城市核心區(qū)域，其所承受的交通壓力自然首當(dāng)其沖，解決這一交通瓶頸的需求迫在眉睫。且舊橋服役至今已有五十多年，由于采用延安當(dāng)?shù)丶t砂巖石材砌筑，拱圈石材風(fēng)化嚴(yán)重，還有拱上填料多處滲水、主拱圈開裂等諸多病害，總之存在嚴(yán)重的安全隱患，亟需加固改造。經(jīng)檢測，該橋評(píng)定為四類橋，單車通過限載15 t。舊橋現(xiàn)狀如圖3所示。

圖3 延河大橋舊橋?qū)嵕?/p>

由于延河大橋自身歷史文化特點(diǎn)，拆除舊橋重建新橋的“一刀切”方案被排除，秉承以最大程度保留和延續(xù)延河大橋歷史風(fēng)貌的設(shè)計(jì)理念，采取“保留舊橋，擴(kuò)建新橋”的主旨思路。即不改變舊橋主體結(jié)構(gòu)，只重修橋面系并對(duì)已有病害進(jìn)行加固。同時(shí)為了拓寬舊橋，緩解交通壓力，決定在緊鄰舊橋下游修建一座與舊橋外觀完全一致的新橋。

2 改造設(shè)計(jì)的基本原則

經(jīng)深入研究論證，并綜合各方意見，確定了原橋拓寬改造的四個(gè)原則：（1）保持延安大橋原有風(fēng)貌；（2）拓寬改造后道路通行能力為：雙向4車道，兩側(cè)人行道寬度加寬到3 m；（3）充分利用舊橋主體結(jié)構(gòu)；（4）不侵占橋下游（即西側(cè)）人防工程空間。

遵循上述原則，保持延河橋原有風(fēng)貌，以達(dá)到“修舊如新，建新如舊，兩橋如一橋”的效果，在緊鄰舊橋下游新建一座橋跨布置相一致的3跨凈30 m鋼筋混凝土連續(xù)空腹式拱橋，新舊橋間凈距2 m，橋間設(shè)置混凝土搭板做中央綠化帶，新舊橋共同組成一座新的雙幅橋。新舊橋橫斷面采用對(duì)稱布置為：3 m（人行道）+1.6 m（非機(jī)動(dòng)車道）+2×3.5 m（機(jī)動(dòng)車道）+0.25 m（路緣帶）+0.75 m（防撞護(hù)欄）+ 2 m（中央分隔帶）+0.75 m（防撞護(hù)欄）+0.25 m（路緣帶）+2×3.5 m（機(jī)動(dòng)車道）+1.6 m（非機(jī)動(dòng)車道）+ 3m（人行道）=27.2m，如圖4所示。單幅橋?qū)?2.6m，雙向4車道。圖5所示建成后的效果圖。

3 新橋設(shè)計(jì)

為達(dá)到“兩橋如一橋”之效果，新橋拱圈的線形要與舊橋保持一致。舊橋?yàn)槭皹颍魅孛鎸挾?0m，截面高度從拱頂0.6m漸變到拱腳0.9 m。新建橋梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)構(gòu)造尺寸與舊橋完全一致，采用3×30 m空腹式變截面鋼筋混凝土板拱。主拱圈凈跨徑L0=30 m，f0=6.6 m，凈矢跨比約為1/4.55。拱軸線為懸鏈線，拱軸系數(shù)3.5。拱圈厚度在0.6～0.9 m范圍內(nèi)漸變。

新橋按拱軸系數(shù)3.5進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，在承載能力極限狀態(tài)下，主拱圈滿足規(guī)范有關(guān)鋼筋混凝土構(gòu)件的要求；在正常使用極限狀態(tài)下，主拱圈最大裂縫寬度為0.142 mm，活載下長期撓度絕對(duì)值之和為5.5 mm，均滿足規(guī)范要求。基本組合下主拱圈的軸力和彎矩包絡(luò)圖如圖6、圖7所示。可以認(rèn)為拱軸線基本接近理想拱軸線，拱軸系數(shù)合理。

圖4 改造后的橋梁橫斷面布置圖（單位：cm）

圖5 延河大橋新橋建成后效果圖

圖6 基本組合下主拱圈軸力包絡(luò)圖（單位：kN）

圖7 基本組合下主拱圈彎矩包絡(luò)圖（單位：kN·m）

一般拱橋（包括本案舊橋）拱上建筑多采用側(cè)墻加填料的方式傳遞橋面荷載。因舊橋兩側(cè)人行道采用了預(yù)制挑梁懸挑1.3 m的結(jié)構(gòu)，為保持與舊橋同樣的懸挑風(fēng)格，新橋采用了橫橋向整體式預(yù)制橋面板，取消了拱上填料，同時(shí)配合鋼筋混凝土板主拱圈共同承載橋面荷載，這與舊橋的圬工結(jié)構(gòu)相比，在承載能力上具有很大優(yōu)勢。這種取消拱上填料，代之以整體式橋面板格構(gòu)式拱上建筑的做法，既減輕自重且節(jié)約材料成本，又使得拱上結(jié)構(gòu)傳力更明確，也提高了拱頂截面的安全儲(chǔ)備。

拱上格構(gòu)體系主要布置為：在橋面板下橫橋向設(shè)置4道縱向支承墊梁，分別為2道外側(cè)側(cè)墻和2道內(nèi)墊梁，4道墊梁均沿主拱圈縱向座落于拱頂及跨端橫墻之上。故橋面板為5跨連續(xù)板，其中兩外側(cè)邊跨為懸臂結(jié)構(gòu)，跨徑1.3 m，橋面板采用順橋向分塊預(yù)制，分為A板、B板，順橋向A板長2 m，B板長2.64 m，橫橋向板寬12.6 m。除靠墩臺(tái)處兩塊板為B板，余均為A板。為減輕自重在橋面每跨跨中設(shè)8個(gè)并排的φ15 c m圓孔。橋面板通過連接錨栓限位，與縱向支承之間設(shè)2 c m厚橡膠板。拱上橋面板支承體系如圖8所示。

圖8 橋面板支承體系圖（單位：cm）

由于橋臺(tái)基坑開挖最深達(dá)23 m，且新舊橋臺(tái)最小凈距僅1.1 m，為確保新橋橋臺(tái)施工時(shí)，不影響相鄰舊橋，以及西岸橋臺(tái)臺(tái)后6 m處人防工程的結(jié)構(gòu)安全，創(chuàng)新性地采用地下連續(xù)墻組合式橋臺(tái)結(jié)構(gòu)，連續(xù)墻既是基坑開挖的支護(hù)結(jié)構(gòu)，又是支承橋梁上部的橋臺(tái)。地下連續(xù)墻順橋向及橫橋向長度均為10 m，墻厚1 m，橋臺(tái)在主拱拱腳處設(shè)2 m厚橫梁，橫梁下設(shè)3 m厚C20素混凝土墊層。

4 舊橋設(shè)計(jì)

舊橋加固改造的原則：（1）保持原橋風(fēng)貌不變；（2）不提高其橋梁結(jié)構(gòu)自身承載能力。鑒于舊橋?yàn)檑毓そY(jié)構(gòu)，已服役五十多年，且在20世紀(jì)70年代經(jīng)歷了洪水的侵襲，目前存在風(fēng)化、滲水、拱圈裂縫、橋面系嚴(yán)重?fù)p傷等諸多病害，若提高承載力，就需要調(diào)整原有結(jié)構(gòu)，存在不可估量的風(fēng)險(xiǎn)，故加固方案以不提高承載力為前提，以增加舊橋的耐久性、適用性為目標(biāo)，分別對(duì)各種病害進(jìn)行了有效的處理處治。

對(duì)于舊橋存在的風(fēng)化、灰縫松散脫落、滲水并伴有晶體析出等進(jìn)行表層清楚，修整表觀殘缺，恢復(fù)石材原有色澤，并對(duì)結(jié)構(gòu)所有外露面進(jìn)行三層涂裝混凝土保護(hù)劑，以阻止石材繼續(xù)風(fēng)化。對(duì)于主拱圈、腹拱圈裂縫等病害，進(jìn)行射水清縫、干燥，以及灌注環(huán)氧樹脂，進(jìn)行封閉處理，以防止裂縫繼續(xù)發(fā)育。重新設(shè)置拱上防水構(gòu)造，包括主拱圈防水層及排水系統(tǒng)、橋面板上設(shè)10 c m厚C40 P6防水混凝土及其上的防水層，共計(jì)3道防水體系和1道排水體系，以最大限度地保護(hù)舊橋結(jié)構(gòu)不受水的侵蝕和破壞，提高結(jié)構(gòu)耐久性。

舊橋的改造重點(diǎn)是重建拱上建筑和橋面系。舊橋在1977年洪水過后進(jìn)行過一次加寬改造，采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，懸挑1.3 m做人行道。石拱橋注重荷載的均勻分布，而懸挑梁產(chǎn)生的集中荷載對(duì)主拱圈的受力極為不利，這是引起主拱圈縱向裂縫的主要因素。在目前石拱橋拓寬改造中，常用的方法是設(shè)置橫橋向貫通的橫梁，梁端懸挑，再在其上鋪設(shè)搭板，以實(shí)現(xiàn)橋面加寬。而該橋橋面系改造后，橋面橫行布置為雙幅對(duì)稱，在舊橋單幅內(nèi)側(cè)布置為機(jī)動(dòng)車道，橋面活載較大，意味著不僅要加寬橫梁截面，搭板厚度亦要增加，這勢必會(huì)顯著提高拱上建筑恒載，同時(shí)由橋面車道活載傳遞下來的橫梁集中力對(duì)主拱圈的影響也有很大風(fēng)險(xiǎn)，故此法在該工程中行不通。

改造拱上建筑借鑒了新橋思路，采用格構(gòu)式傳力體系，以及整體式橋面板。同時(shí)也有與新橋的區(qū)別之處，主要體現(xiàn)在清除原拱上填料，采取措施封閉主拱圈上緣的裂縫，在主拱圈上澆筑10 c m厚C30鋼筋混凝土整體化層，澆筑1 700級(jí)的L C25陶粒混凝土作為輕質(zhì)拱上填料，然后在陶粒混凝土上（腹拱范圍內(nèi)為搭設(shè)在橫梁上）設(shè)置2道縱梁，與2道側(cè)墻一起，形成預(yù)制橋面板的4點(diǎn)支承；腹拱范圍內(nèi)，考慮腹拱風(fēng)化嚴(yán)重，僅為維持舊橋原貌之需而保留其形，不再將其作為上部荷載傳力構(gòu)件，而是采用縱梁搭設(shè)在拱上及墩頂橫墻上，形成格構(gòu)式，以支承預(yù)制橋面板。此舉既減輕了自重，增加了主拱圈的整體性，又使傳力更加明確。

舊橋拱上的建筑傳力機(jī)理為：橋面荷載由整體式橋面板通過縱梁傳遞到陶粒混凝土中擴(kuò)散，然后再以均布面荷載形式施加在主拱圈上，傳力途徑清晰，通過陶粒混凝土的有效擴(kuò)散和緩沖，主拱圈受力將得到很大改善。腹拱圈部分則將橋面活載由縱梁分配給各拱上橫墻，以及墩頂橫墻，然后再以條形均布面荷載施加在主拱圈或墩頂，此部分最終施加在拱圈及墩頂?shù)暮奢d與原橋一致，只是將傳遞路徑由原腹拱圈替換為現(xiàn)在的縱梁。

5 改造設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)

整個(gè)改造設(shè)計(jì)過程中的難點(diǎn)，主要是新橋的橋臺(tái)設(shè)計(jì)，以及新、舊橋梁的表面防護(hù)涂裝體系設(shè)計(jì)。

新橋橋臺(tái)面臨的首要問題是選型。對(duì)于拱橋橋臺(tái)基礎(chǔ)，需承受較大水平推力，經(jīng)計(jì)算，若新橋采用與舊橋相同的重力式U型橋臺(tái)基礎(chǔ)，則橋臺(tái)處基坑開挖深度將達(dá)23 m，這對(duì)舊橋橋臺(tái)及西岸臺(tái)后的人防工程構(gòu)成巨大安全風(fēng)險(xiǎn)；由于新舊橋臺(tái)過小間距，樁基礎(chǔ)方案也不可行。經(jīng)深入研究及論證考察，創(chuàng)新性地采用井筒式地下連續(xù)墻橋臺(tái)基礎(chǔ)。國內(nèi)尚無類似工程案例可供參考，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為一大挑戰(zhàn)。為此專門開展井筒式地下連續(xù)墻橋臺(tái)專題研究，克服諸多困難，完成了新橋橋臺(tái)的設(shè)計(jì)任務(wù)。

改造設(shè)計(jì)中的另一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)在于如何做到“兩橋如一橋”。新橋是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而舊橋采用延安當(dāng)?shù)丶t砂巖石材砌筑而成的圬工結(jié)構(gòu)，兩者在表面材質(zhì)、文理以及色澤上，均存在較大差異。如不進(jìn)行技術(shù)處理，很難實(shí)現(xiàn)新舊橋梁合二為一。為此，開展了混凝土結(jié)構(gòu)防護(hù)涂裝體系專題研究。研究主要從兩方面入手：（1）從新橋模板上著手，進(jìn)行混凝土表面仿石砌效果試驗(yàn)研究；（2）從結(jié)構(gòu)表面涂裝保護(hù)劑著手，進(jìn)行混凝土仿石色澤及紋理，以及對(duì)已風(fēng)化石材表面進(jìn)行完整性修整和阻止其繼續(xù)風(fēng)化的試驗(yàn)研究。通過大量、反復(fù)的調(diào)配、試制等試驗(yàn)，最終達(dá)到了較為理想的效果。

6 結(jié)語

（1）新橋?yàn)楸３峙c舊橋一致，橋面系采用預(yù)制整體式懸挑橋面板，并根據(jù)橋址處于繁忙城區(qū)，橋位處空間地質(zhì)關(guān)系復(fù)雜等特點(diǎn)，因地制宜地采用井筒式地下連續(xù)墻組合式橋臺(tái)，一物兩用，具有創(chuàng)新性。這為今后類似市政橋梁建設(shè)提供了一個(gè)寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)和案例，可供同行參考借鑒。

（2）舊橋橋面系改造為整體式橋面板，以及格構(gòu)式的拱上建筑，使拱上建筑傳力更明確；將原拱上填料更換為輕質(zhì)陶粒混凝土，減輕了拱上建筑自重，并對(duì)推廣新材料具有積極意義；重建拱上3道防水系統(tǒng)，以及1道排水系統(tǒng)；對(duì)舊橋結(jié)構(gòu)風(fēng)化、裂縫、漏水等病害進(jìn)行的卓有成效的處理處治，極大地提高了舊橋的耐久性、適用性和美觀性。

（3）針對(duì)設(shè)計(jì)過程中遇到的難點(diǎn)，開展了井筒式地下連續(xù)墻橋臺(tái)和結(jié)構(gòu)調(diào)配涂裝體系兩個(gè)課題的專題研究，并將研究成果直接應(yīng)用于工程實(shí)踐，在設(shè)計(jì)工作進(jìn)行了積極大膽的技術(shù)創(chuàng)新，較好地貫徹了“產(chǎn)研結(jié)合”的科學(xué)思想。

到2030年寧夏公路通車?yán)锍虨?萬km

近日，《寧夏綜合交通運(yùn)輸體系戰(zhàn)略規(guī)劃（2016-2030年）》（簡稱《規(guī)劃》）經(jīng)自治區(qū)政府審議通過。根據(jù)《規(guī)劃》，寧夏將對(duì)外建設(shè)“橫貫東西、溝通南北”的快速運(yùn)輸通道，對(duì)內(nèi)形成全區(qū)快速城際交通網(wǎng)絡(luò)體系，全面提升銀川綜合交通樞紐作用。

《規(guī)劃》提出對(duì)外開放融合，對(duì)內(nèi)協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)。對(duì)外，寧夏將構(gòu)建陸上絲綢之路，打通“七經(jīng)八脈”，建設(shè)“橫貫東西、溝通南北”的快速運(yùn)輸通道。搭建空中絲綢之路，打造區(qū)域性航空樞紐，建設(shè)銀川國際機(jī)場綜合交通樞紐，開辟更多國內(nèi)國際航線，組建寧夏航空公司，把寧夏建成具有廣泛國際影響力、客貨運(yùn)中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)和西進(jìn)西出航空貨運(yùn)的重要集散中心。對(duì)內(nèi)，寧夏將推進(jìn)同城化和區(qū)域一體化，建設(shè)區(qū)內(nèi)快速城際交通網(wǎng)絡(luò)體系，引導(dǎo)和支撐全區(qū)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)。

根據(jù)《規(guī)劃》，到2030年，寧夏鐵路通車?yán)锍虒⑦_(dá)3 000km，公路通車?yán)锍虨?萬km，其中高速公路通車?yán)锍? 800km，所有普通國道和80%的普通省道達(dá)到二級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn),民航客運(yùn)年吞吐量突破2 000萬人次。

《規(guī)劃》重點(diǎn)強(qiáng)化沿黃發(fā)展主軸城際綜合運(yùn)輸通道功能，提升銀川綜合交通樞紐作用，在鐵路、公路、航空方面全線發(fā)力，實(shí)施“大銀川都市圈引領(lǐng)，中衛(wèi)、固原帶動(dòng),多點(diǎn)支撐，覆蓋全區(qū)，輻射內(nèi)蒙古、山西、陜西、甘肅、新疆五省（區(qū)），通達(dá)全國,連通阿拉伯國家、穆斯林地區(qū)和中東、中亞、歐洲各國乃至世界的綜合大樞紐”發(fā)展戰(zhàn)略。

U442.5

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1009-7716（2017）06-0114-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.033

2017-03-02

高明大（1981-），男，山東冠縣人，工程師，從事橋梁工程設(shè)計(jì)研究工作。