海寧橋拓寬改建工程方案設計淺析

羅海兵，張 濤

（江蘇華新城市規劃市政設計研究院有限公司，江蘇 連云港 222006）

1 項目概況

1.1 橋梁現狀

海寧中路跨西鹽河橋建于2003年，橋梁結構為5×13 m簡支預應力混凝土空心板梁橋，連續橋面，橋梁的右偏角為75°，橋梁寬度50.5 m，見圖1。

圖1 橋梁立面圖（標高單位為m，其它為cm）

橋梁位于海寧中路與鹽河南路交叉口范圍內，拓寬改造前，交叉口進口道為“一左三直一右”五個車道，出口道為三個車道。

三幅橋梁橫向布置為：4.25 m（人行道和欄桿）+6.0 m（機非混行車道）+3.0 m（側分帶）+24.0 m（機動車道）+3.0 m（側分帶）+6.0 m（非機動車道）+4.25 m（人行道和欄桿），見圖2。

圖2 橋梁橫斷面布置圖（單位：cm）

上部結構主梁采用先張法預應力混凝土簡支空心板梁，梁長12.96 m，板梁高度0.55 m。板梁底標高不小于4.0 m。橋面鋪裝原設計為14 cm厚鋼筋混凝土現澆層，后期道路改造加鋪了6 cm厚瀝青混凝土。

下部結構橋臺采用樁接蓋梁橋臺，橋墩采用樁柱式橋墩，均為鉆孔灌注樁基礎，墩臺樁徑1.2 m，橋墩柱徑1.0 m。蓋梁橋墩寬1.3 m、橋臺寬1.2 m。

1.2 橋梁檢測結果

根據2016年度結構定期檢測結果，上部結構評價為C級，板梁有裂縫，但裂縫寬度均不超過0.15 mm。

2019年度結構定期檢測，機動車道上部結構評定為D級橋-不合格級，病害板梁主要分布在中幅機動車道橋的南半幅，為板梁的腹板斜裂縫寬度超過0.15 mm，部分達到3 mm，斜裂縫距離梁端約1.8 m。與2016年度的檢測結果相比，裂縫數量和裂縫寬度均有明顯的發展，見圖3。

圖3 板梁腹板斜裂縫（左為2019年，右為2016年）

經檢算，原設計板梁的抗彎能力和抗剪能力均滿足2003版《公路工程技術標準》要求，但安全儲備不一致。在超載車輛（由西向東行駛較多）的作用下，板梁因抗剪承載能力不足導致腹板斜裂縫超標，但跨中未見異常，其抗彎承載能力尚能承受超載車輛荷載。

1.3 橋梁改建概況

鑒于板梁的嚴重病害，及對橋梁上機非混行的現狀，采用拆除中幅橋上部結構，利用既有的側分帶空間拓寬中幅橋的改建方案。

2 改建設計

2.1 改建設計分析

與新建橋梁相比，橋梁改建設計的限制條件及需要考慮的設計要素頗多，方案在執行2014版《公路工程技術標準》的基礎上，主要考慮的要素：

（1）新建結構按2014版《標準》設計，而利用的現狀結構是按照2003版《標準》設計的；

（2）現狀橋梁13 m跨度板梁梁高0.55 m，2014版《標準》汽車荷載增大，板梁承載能力提高，且從構造措施上提高了鋼筋混凝土的耐久性，板梁梁高調整為0.70 m；

（3）2011版《城市橋梁抗震設計規范》要求7度區13 m預應力空心板梁在蓋梁上的擱置長度不小于76.5 cm，現狀蓋梁寬度不滿足抗震要求；

（4）縱斷面宜與現狀保持基本一致，以減小橋兩端特別是鹽河南路交叉口區域路面抬高銜接工程量；

（5）以人為本，優化現狀交叉口，機非分行。

2.2 改建設計方案

拆除中幅橋的橋面鋪裝、預應力空心板梁、支座、搭板和蓋梁，拆除側分帶，銑刨非機動車道瀝青混凝土面層和更換支座，見圖4。

圖4 中幅橋拆除示意圖（單位：cm）

在側分帶位置新建兩個樁基，新建蓋梁、板梁和橋面系。板梁底標高按不小于3.85 m控制，保持新建橋面標高與現狀橋梁標高基本一致。改建后中幅橋橋面凈寬為28.0 m，設置5個進口道和3個出口道，包含兩個BRT專用車道，見圖5。

圖5 橋梁改建示意圖（單位：cm）

新建樁基采用鉆孔灌注樁，樁底標高、截面尺寸與現狀保持一致，樁徑1.2 m，柱徑1.0 m。中幅橋利用的樁、柱材料強度和承載能力經驗算滿足改建后的2014版《標準》的受力要求。

3 危險性較大分部分項工程方案及驗算

3.1 拆除、吊裝方案

3.1.1 拆除、吊裝方案考慮因素

（1）主體結構拆除宜先拆除非承重結構及附屬設施，再拆除承重結構。

（2）分析確定拆除順序及方向，確定吊車擺放位置并記錄吊裝作業半徑內的吊重能力，確認切割線并放線定位，為拆除部位設置吊裝孔槽，按最大切割塊重量配備吊車，做好吊裝、轉運、破碎、碴土處理工作。

（3）拆除與新建在工序上相結合，如在拆除板梁過程中，利用現狀橋面平臺施工鉆孔灌注樁；拆除過程與塊件吊裝過程相配合，如橋面系分步拆除、吊車與運梁車相協調；還需考慮吊車旋轉范圍、運梁車進出路線等。

（4）分析在拆除、吊裝、運輸過程中，板梁、蓋梁、樁柱等結構的最不利工況和承載能力。

3.1.2 拆除、吊裝方案

橋面系拆除施工流程：中央護欄拆除、側分帶拆除、橋面瀝青面層銑刨。

板梁拆除施工流程：由東向西、由南向北依次拆除；先切割橋面鋼筋混凝土鋪裝層和鉸縫以分割板梁，再逐片吊裝板梁；切割一跨吊裝一跨，吊機所在跨橋面鋪裝和鉸縫不得切割，見圖6。

圖6 板梁拆除吊裝順序圖

板梁拆除前進行臺后土壓力引起橋臺偏載、單邊恒活載引起橋墩偏載的檢算。

蓋梁拆除施工流程：將蓋梁按下圖所示順序切割，柱頂以上蓋梁塊段人工鑿除，其余塊段吊裝運離現場處理，見圖7。

圖7 蓋梁拆除順序圖（單位：cm）

注意切割順序10時，塊體H對邊柱的不平衡彎矩。

為了保證樁柱鋼筋的完整性，樁柱頂剩余蓋梁采用小型碎型錘施工，離設計標高頂30cm處采用風鎬人工鑿除處理。

3.2 拆除、吊裝不利工況下板梁承載力檢算

采用筆者編寫的橋梁荷載試驗計算程序，通過吊車荷載和設計汽車荷載作用下的板梁關鍵截面內力的比值（荷載試驗中的加載效率），初步判斷板梁是否可承載吊車。

3.2.1 板梁抗彎承載能力計算

分別按杠桿法和鉸接板法計算既有中幅橋的梁端和跨中橫向分布影響線，見圖8。

圖8 中幅橋板梁的橫向分布影響線

計算設計汽車荷載作用下各主梁的橫向分布系數、各主梁的最大彎矩，結果見圖9。

圖9 汽車荷載主梁橫向分布系數、最大彎矩

設計汽車荷載作用下，板梁跨中最大彎矩約為270 kN·m。

采用130 t吊機，吊裝蓋梁時起重量約106 kN，工作半徑約16.0 m。吊車在靠近中幅橋邊緣安裝就位，計算以下工況板梁的彎矩數值。

工況一：吊車在靠近中幅橋邊緣安裝就位，尚未起吊。吊車總重約960 kN，每個支撐點重量240 kN。

工況二：起吊蓋梁，前腳每個支撐點受力453 kN，后腳每個支撐點受力102 kN。

工況三：起吊蓋梁，吊機在工況二的基礎上旋轉180°，后腳每個支撐點受力453 kN，前腳每個支撐點受力102 kN。

計算各工況作用下的板梁彎矩與設計汽車荷載作用下的彎矩比值，結果見圖10。

圖10 吊車荷載作用下主梁彎矩

吊車荷載作用下的板梁彎矩，最大為設計汽車荷載作用下的0.79，板梁抗彎承載能力滿足要求。

3.2.2 抗剪承載力驗算

分析主梁的橫向分布影響線，板梁在工況二作用下梁端的剪力值最大，即吊機前腳每個支撐點受力453 kN，后腳每個支撐點受力102 kN。

考慮靠近支座處橫向分布系數較大，接近單板受力，取吊車荷載作用下板梁最大剪力為453 kN。

板梁抗剪承載力約為324 kN，板梁自重作用下剪力122 kN，單塊板的可承受的汽車荷載剪力約為202 kN，需453/202=2.2塊板梁提供抗剪承載力。因此吊機支腳位置需設置橫向分配梁做荷載分配，橫向分配梁長度按不小于3.0 m設置。

3.2.3 承載能力驗算結論

拆除、吊裝運輸過程中，既有中幅橋板梁抗彎承載能力滿足要求；單片梁抗剪能力不足，吊機支腳位置需設置橫向分配梁，分配梁長度按不小于3.0 m設置。

4 結 語

海寧橋改建工程采用拆除中幅橋上部結構和蓋梁，拓寬中幅橋的改建方案。拆除吊裝方案的確定考慮起吊能力、工作條件、拆建結合等多方面因素，并結合既有板梁承載能力的加載效率比較結果編制方案，有效縮短項目總工期、降低工程總投資，最終順利完成橋梁的拆建工作。開放交通一年多，各方面運營指標良好，對類似工程具有一定的借鑒意義。