橋梁改擴建的方案比選

曹小博

（中國十七冶集團有限公司北京工程設計分公司，北京 102218）

1 橋梁改擴建概述

隨著我國經濟技術的迅猛發展，道路交通的需求日益增大，很多現狀橋梁無論從荷載等級還是通行能力上都遠遠不能滿足交通需求，因此在近年來有大規模的橋梁改擴建工程，其中跨江河大橋的改擴建由于其跨越水域的特性，設計尤為復雜。

考慮到很多橋梁在交通路網中占據了十分重要的地位，改擴建的過程中，如何最大限度利用現有橋梁并降低對原有道路交通運營的影響，成為首要考慮的問題[1]。其次，很多現有橋梁建造年代較早，設計荷載等級較低，相對于今天高速發展的車輛行業，現有橋梁從使用階段和承載能力上都無法滿足需求。在這種情況下，老橋是否能夠利用，又該如何利用，是改擴建設計的關鍵。另外，若橋梁跨江河，又常面臨河流航道等級提升的問題，進一步加大了橋梁改擴建的設計難度。

2 工程概況

既有橋梁青弋江大橋始建于上世紀90年代初期，橋梁總寬11.5m，上部結構主橋采用32.5+2×50+32.5m 預應力混凝土變截面箱型連續梁，引橋采用20m 預應力鋼筋混凝土簡支T 梁，下部結構采用柱式墩、樁基礎。本次改建后道路等級為公路I 級，斷面為雙向六車道+非機動車道+人行道，設計洪水頻率為1/100。

經現場勘測，工程區地處長江下游南岸的平原地帶，位于平坦開闊、河渠交錯的平原圩區。地層覆土多為粉砂土或淤泥質粉質粘土，厚度＞20m，基巖為卵石層，厚度＞30m。工程區地震動峰值加速度0.05g，抗震設防烈度6 度，屬華南地震區地震活動不太強的長江中、下游地震區，區內構造基本穩定，沒有大的活動性構造斷裂帶。青弋江通航等級為限制性V 級航道。

本著經濟適用、最大化利用原有結構物的原則，對其進行必要的檢測和結構安全性驗算，若適當加固后的驗算結果能夠滿足使用要求，則采用加寬或接長的方式將既有橋梁作為新橋的一部分加以利用；若驗算結果難以滿足使用要求，應采用拆除重建的方案。重建橋梁時在滿足安全舒適的前提下，應力求最大限度地保持周邊環境不被破壞，充分體現可持續發展的設計理念。另外，應考慮現狀結構物對新建構造的影響，布置新建結構物時應適當避開老橋原位，對結構物的安全性更有利。

3 方案比選

首先對老橋進行現場調查及檢測，發現老橋運營時間較久，盡管中間進行過一次加固處理，病害仍十分明顯。經計算，老橋的抗裂縫、抗疲勞性能及承載能力都大大降低，二次加固后，仍遠遠不能滿足現行規范車輛多車道荷載受力要求，若對橋梁進行限載或限速，又對交通造成一定影響，且不利于遠期規劃和發展。然而橋梁地處交通要道且規模較大，若全部拆除重建，不僅造價高昂，而且施工周期長，交通組織復雜，短期內會限制地區的發展。

針對以上情況，結合現場環境進行深入研究，提出一個新思路：將老橋主要作為改擴建后的非機動車道和人行道進行利用。盡管老橋病害明顯，無法滿足機動車輛多車道荷載受力要求，但老橋規模較大，且未達到使用壽命，若將其加固后主要作為后期非機動車道和人行道使用，不僅能減小新建橋梁橋寬，從而節省資源、縮短工期、大大降低工程的總造價，而且在新橋建成通車之前，基本上能保持交通正常運營不中斷，達到了改建過程中對交通的影響時間最短、影響強度最小的要求。

基于此，本文提出了針對青弋江大橋拼寬的設計思路及方案，即在老橋的橋側新建拼寬橋梁，并將大部分機動車道布置在新橋上。老橋拼寬時需要考慮到拼寬的位置、結構形式以及新、老橋的連接方式及成橋后受力方式等多方面的內容，從而綜合確定最優方案。下面就其具體問題進行詳細論述和對比。

3.1 拼寬方位

一般為方便使用，非機動車道和人行道被布置在道路兩側，機動車道在道路中間，由于本橋考慮利用老橋主要作為非機動車道+人行車道使用，故在拼寬時采用在老橋單側拼寬的方案更適用于本次設計。經調查發現，現狀老橋南側河槽斷面較北側河槽斷面窄20m 左右，且在線位南側與線位相近處有一條自來水管道與道路并行。布置橋跨應首先保證橋下通航凈空滿足要求且通航視線不受阻，在此條件下，北側拼寬方案主孔跨徑較小、橋梁規模小，且多為荒地拆遷面積少；而南側拼寬方案不僅主孔跨徑大、橋梁規模略大，拆遷較多，且與自來水管線相距較近，需要保證自來水管安全凈空并對其進行管線保護。相比之下，北側拼寬方案優勢明顯，故采用向北側加寬，見圖1。

圖1 橋梁向北側加寬平面示意圖

3.2 橋梁斷面擬定

針對北側加寬方案，提出兩種橋梁斷面。斷面一：新建兩幅橋梁，橋寬分別為19m 和9.5m；斷面二：新建三幅橋梁，橋寬均為9.5m。兩種方案主跨均采用100m 左右的連續剛構梁橋，跨徑與河道相近，可避免主墩布置在河道中央，減少由水流沖刷墩身及基礎引起的安全隱患；大跨徑的結構保證了通航凈空及通航視線的通暢，也為后期航道等級提升留出空間。

據分析后，斷面一和斷面二都能滿足道路改擴建要求，相對于斷面一，斷面二方案更優，具體點如下：橋墩及基礎規模略小，施工更方便；阻水面積比略小，更利于泄洪；三幅橋的寬度相等，模板可重復利用；更加經濟、美觀，且施工難度小，利于后期改建。綜上所述，選用新建三幅等橋寬、主跨為100m 的連續剛構箱梁橋作為推薦橋型。

3.3 新、老橋的連接方式

拼接橋梁新、老橋連接的方法有植筋連接、伸縮縫連接等。一般有四種連接方式：僅下部結構連接、僅上部結構連接、上下部結構均連接、上下部結構均不連接，四種方式各有優缺點。連接的越緊密，新老結構物聯合受力、變形及沉降更一致，有利于行車舒適性；然而連接越緊密，結構受力方式越不明確，計算分析越復雜，且易對新橋造成不利影響，存在安全隱患。具體選用何種橋梁拼寬方式需考慮老橋的建設背景、病害情況、加固條件以及現場周邊環境、地質條件等因素綜合確定。

本橋采用上、下部結構均不連接的方式進行橋梁拼寬設計。優點是：新、老橋各自分別受力，受力模式簡單，安全性高，后期對老橋的改建及維修不會影響到新橋的結構安全；不過由于新、老橋分別受力，老橋基礎沉降已完成，新橋成橋運營后產生沉降，與老橋橋面形成高度差，影響行車舒適性，且長期跳車行駛對橋梁耐久性也會產生一定影響。考慮到這一點，設計時將側分隔帶設置在拼寬接縫位置，以避免由沉降不均引起的跳車等情況，保證了行車舒適性及橋梁耐久性。

3.4 比選結論

綜上所述，本次橋梁設計推薦的最優擴建方案為：在老橋北側新建三幅橋寬均為9.5m、主跨為100m 的連續剛構箱梁橋，橋梁錯孔布置，老橋適當加固，新老橋結構不連接。

4 結束語

本文通過對青弋江大橋改擴建方案的具體分析和對比，提出了基于實際情況的最優擴建方案，方案比選的分析思路及結論可供其他橋梁的改擴建設計參考借鑒。