王倩

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

0 引言

在20世紀(jì)后半葉,隨著我國鋼產(chǎn)量的逐步增加,栓焊鋼桁架橋在我國公路、鐵路建設(shè)中大量采用。我國在役的鉚接鋼橋超過1萬座，橋齡大多超過45 a。鉚接鋼橋常見的病害為銹蝕、疲勞和開裂等，此外結(jié)構(gòu)、工藝、材質(zhì)等存在先天的缺陷使其荷載等級偏低、抗震能力不足、橋下凈空不足，以及作為歷史文物保護(hù)的特殊要求等也是在役鉚接鋼橋急待解決的重要問題[1][2]。

1 國內(nèi)典型的具有歷史文物價(jià)值的鉚接鋼橋大修項(xiàng)目

表1給出了國內(nèi)幾座典型的具有重要?dú)v史文物價(jià)值的鉚接鋼桁架橋，在其運(yùn)營過程中，均進(jìn)行過一定程度的維修加固。根據(jù)橋梁自身結(jié)構(gòu)狀況及大修后功能定位的不同，維修方案也不盡相同，下面就其中幾座典型橋梁的大修方案進(jìn)行簡要介紹。

1.1 上海外白渡橋[3]

上海外白渡橋（見圖1）建于1907年，位于上海市區(qū)蘇州河匯入黃浦江附近，是承載舊上海風(fēng)貌的城市性地標(biāo)。外白渡橋上部結(jié)構(gòu)為二跨52.178 m的下承式簡支鉚接鋼桁架橋，每跨11個(gè)節(jié)間，每節(jié)長4.744 m，桁高變化，中間高9.144 m，主桁中心距為12.192 m，原設(shè)計(jì)荷載為英制H-15級（合我國汽-11.3級）。該橋建國后先后進(jìn)行了10次大修。

外白渡橋主要病害為：

（1）普遍存在鉚釘銹蝕、缺陷、變形、鉚釘孔缺陷，以及焊縫開裂等病害；

（2）下弦附近鉚釘存在爛頭病害，主桁構(gòu)件連接處鉚釘存在浮高、飛邊等病害；

（3）端橫梁、主桁下弦節(jié)點(diǎn)板相鄰構(gòu)件、主桁腹桿角鋼與綴條連接等部位構(gòu)件存在銹蝕穿孔等病害；

（4）托架、下弦桿及腹桿等位置構(gòu)件存在變形等病害；

（5）外白渡橋原材料不適于焊接施工，歷年來的加固焊縫對結(jié)構(gòu)造成進(jìn)一步損傷。

2008年外白渡橋進(jìn)行最新一次主體和附屬結(jié)構(gòu)大修，更換其原混凝土橋面板為正交異性鋼橋面板，更換所有下弦節(jié)點(diǎn)及部分銹蝕鉚釘，并進(jìn)行了局部桿件加固和變形矯正。為恢復(fù)原有風(fēng)貌，將1997年更換為直線型的上平聯(lián)三角托架又更換為最初設(shè)計(jì)的圓弧形，并結(jié)合維修工序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐涂裝，整體風(fēng)格與原橋保持一致。大修后要求其在超齡服役百年后繼續(xù)安全使用50 a。

1.2 蘭州中山橋[4]

1909年建成的蘭州中山橋（見圖2）位于濱河路中段白塔山下，被稱為“天下黃河第一橋”。其主體為五跨簡支鋼桁拱橋，全長5×46.7 m=233.5 m，橋?qū)?.55 m，屬國家級文物橋梁。

為滿足通航凈空的需要，工程加固內(nèi)容主要為將五跨桁架水平抬高1.5 m，橋面系維持原枕木梁、瀝青鋪裝的原狀，橋北岸采用臺式水平廣場，橋臺10 m范圍內(nèi)5%放坡，北濱河路局部抬高0.7 m；橋南岸采用三向放坡廣場，抬高南濱河路；對橋墩進(jìn)行外包混凝土加固，其他結(jié)構(gòu)原樣修復(fù)，體現(xiàn)“修舊如舊”的效果。修復(fù)后設(shè)計(jì)工況內(nèi)繼續(xù)使用50 a。

1.3 廣州海珠橋

廣州海珠橋（見圖3）建成于1933年，是廣州市區(qū)第一座跨江大橋，曾與海珠廣場一起以“珠海丹心”的名義入選了1963年的羊城八景。其全長357 m，主橋?yàn)槿卓鐝讲贾脼椋?7.1+48.8+67.1）m的下承式簡支鋼桁架橋。初建時(shí)橋梁中跨為可開啟式結(jié)構(gòu)，可供大船通過。珠海橋歷史上曾經(jīng)歷了“兩毀三建”，1975年在原橋兩側(cè)加寬各7.83 m的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)橋。重建后的海珠橋橋面不能開合。

表1 國內(nèi)部分文物鉚釘鋼桁架橋一覽表

圖1 上海外白渡橋?qū)嵕?/p>

圖2 蘭州中山橋?qū)嵕?/p>

圖3 廣州珠海橋?qū)嵕?/p>

由于長期超負(fù)荷使用及環(huán)境的腐蝕，此次維修前的海珠橋鋼結(jié)構(gòu)主梁銹蝕程度嚴(yán)重且有加速發(fā)展趨勢，疲勞累計(jì)損傷很高，原有各種保護(hù)措施已很難保證結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的安全性。鑒于珠海橋在廣州市民心中無可替代的地位，從保護(hù)歷史文化遺產(chǎn)角度出發(fā)，確定以“修舊如舊”原則，對主橋進(jìn)行維修加固，主引橋進(jìn)行拆除重建，邊橋進(jìn)行整飾。

2 浙江路橋大修工程

2.1 項(xiàng)目概況

上海市浙江路橋（見圖4）建成于1908年，由英國人設(shè)計(jì)，迄今已有百余年的歷史，屬于上海市市級文物。

圖4 浙江路橋全貌實(shí)景

浙江路橋結(jié)構(gòu)形式為魚腹式鋼桁架簡支橋梁，單跨跨越蘇州河，跨徑59.75 m，橋?qū)?4.352 m，兩側(cè)非機(jī)動(dòng)車道寬2.16 m，人行道寬1.08 m（見圖5、圖6）。橋面系為鋼結(jié)構(gòu)縱橫梁體系，上設(shè)混凝土橋面板和瀝青混凝土鋪裝。

圖5 浙江路橋總體布置圖(單位：mm)

圖6 浙江路橋結(jié)構(gòu)斷面圖(單位：mm)

浙江路橋大修目標(biāo)：通過結(jié)構(gòu)拓寬和道路線形調(diào)整，適當(dāng)提高橋上車輛、行人通行和橋下通航能力；修舊如舊，恢復(fù)橋梁歷史風(fēng)貌；通過大修工程，更換損壞嚴(yán)重的構(gòu)件，修復(fù)較小的缺陷，保證結(jié)構(gòu)安全；增強(qiáng)結(jié)構(gòu)防腐體系，保證結(jié)構(gòu)耐久性；通過橋面附屬、燈光改造，增強(qiáng)景觀效果并與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)；確保大修后浙江路橋能繼續(xù)安全運(yùn)營 50 a。

2.2 結(jié)構(gòu)病害及原因

根據(jù)浙江路橋檢測結(jié)果，橋面以上的弦桿及吊桿病害相對較少，橋面以下部分構(gòu)件存在較多病害。這些病害主要表現(xiàn)為構(gòu)件銹蝕、變形、鉚釘連接件病害，以及混凝土表面缺陷等。結(jié)構(gòu)銹蝕集中在下弦桿和縱橫梁附近，主要原因?yàn)榭缰刑幍鯒U與下弦桿穿過橋面，破壞了橋面的完整性，其間縫隙為橋面滲水提供了通道，使得部分構(gòu)件始終處于潮濕環(huán)境中。

2.3 維修加固方法探討

結(jié)合我國已有文物鉚接桁架橋梁的大修實(shí)例可知，對于此類橋梁的維修加固應(yīng)遵循以下兩項(xiàng)基本原則：

（1）修舊如舊。文物的功能性維修優(yōu)于橋梁的結(jié)構(gòu)性維修，應(yīng)確保橋體的主要?dú)v史文物信息（原橋型、橋位、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、色調(diào)及外觀等）基本不變，做到“景觀協(xié)調(diào)”。

（2）對結(jié)構(gòu)構(gòu)件有針對性地開展維修加固，提升橋梁的安全性和耐久性。

橋梁維修加固常用的設(shè)計(jì)方法有：減輕恒載、改變結(jié)構(gòu)體系、加大截面、阻止裂紋擴(kuò)展、改善連接強(qiáng)度、置換構(gòu)件、涂裝界面、改觀表面、移動(dòng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件等。

2.4 浙江路橋橋梁大修內(nèi)容

2.4.1 主桁保留并拓寬

盡量保存浙江路橋的文物信息，保留兩片魚腹式主桁，主桁凈距從6.806 m拓寬為8.5 m，以增強(qiáng)橋面機(jī)動(dòng)車及行人通行能力。

2.4.2 橋梁整體抬升

大修后橋面標(biāo)高抬升0.1 m左右，對包括鋪裝在內(nèi)的橋梁結(jié)構(gòu)高度適當(dāng)優(yōu)化，以抬高橋下通航凈空。

2.4.3 上平聯(lián)恢復(fù)原始設(shè)計(jì)

在歷次大修過程中，上平聯(lián)構(gòu)件已作過更換，并非原始構(gòu)件，且外觀變動(dòng)較大（見圖7）。該項(xiàng)大修方案主桁間距加大，將拆除現(xiàn)有平聯(lián)構(gòu)件，參照原設(shè)計(jì)圖紙，按最初的風(fēng)格設(shè)計(jì)上平聯(lián)構(gòu)件，恢復(fù)浙江路橋的歷史面貌（見圖8），使它以真實(shí)面貌流傳于世。

圖7 現(xiàn)狀直線型橋門架實(shí)景

圖8 1908年的浙江路橋原貌實(shí)景

2.4.4 橋面系更新

為減輕上部結(jié)構(gòu)荷載，同時(shí)降低結(jié)構(gòu)高度以改善通航條件，橋面系將重新設(shè)計(jì)，選用正交異性鋼橋面系。其具有良好的受力性能和較輕的重量。大修后橋梁標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖9所示。

圖9 大修標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（單位：mm）

2.4.5 人行道改造

該項(xiàng)大修擬新做人行托架、人行道縱梁。縱梁上鋪木質(zhì)人行道板，人行道板下可布置過橋管線。

2.4.6 更換吊桿

該橋結(jié)構(gòu)為魚腹式鋼桁架橋，橋面依靠吊桿與主桁相連。吊桿將橋面荷載傳遞至主桁，以受拉為主，同時(shí)伴有次彎矩，在全橋中屬疲勞敏感構(gòu)件；且吊桿為角鋼組合截面，縫隙中易銹蝕。為確保橋梁結(jié)構(gòu)安全，延長橋梁使用壽命，該項(xiàng)大修擬將吊桿全部更換。

2.4.7 更換部分銹蝕嚴(yán)重的節(jié)點(diǎn)板

主桁跨中下弦節(jié)點(diǎn)板由于處于橋面以下，銹蝕嚴(yán)重。對該處下弦節(jié)點(diǎn)板部分予以更換，并采用鉚釘連接，做好防腐措施，使鋼結(jié)構(gòu)至關(guān)重要的受力節(jié)點(diǎn)重獲新生。

2.4.8 重新設(shè)計(jì)防排水措施

由于該橋的構(gòu)造特點(diǎn)，橋面以下的鋼結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生銹蝕，該項(xiàng)大修新橋面系設(shè)計(jì)將有針對性地重點(diǎn)考慮防、排水措施，減輕橋面下構(gòu)件的銹蝕。

2.4.9 鋼材的連接

浙江路橋建成時(shí)是一座鉚接鋼橋，全橋絕大多數(shù)桿件為鉚接型鋼組合構(gòu)件，所有節(jié)點(diǎn)均為鉚接節(jié)點(diǎn)。舊橋材料不適合焊接，因此大修中老鋼材與老鋼材之間的連接均采用鉚接。對于新增的構(gòu)件，橋面以上因“修舊如舊”的需要可采用鉚接，橋面以下盡量采用焊接連接。

3 結(jié)語

文物鉚接鋼桁架橋的維修加固思路與一般橋梁不同，其文物的功能性維修優(yōu)于橋梁的結(jié)構(gòu)性維修，在提升橋梁結(jié)構(gòu)安全性和耐久性的前提下，要做到“修舊如舊”；對于橋梁結(jié)構(gòu)要根據(jù)實(shí)橋的檢測結(jié)果和大修的功能性定位進(jìn)行針對性改建及構(gòu)件加固。本文結(jié)合國內(nèi)幾座文物鉚接鋼桁架橋大修工程，并針對浙江路橋大修工程實(shí)例，對文物鉚接鋼桁架橋的大修思路及關(guān)鍵構(gòu)件大修技術(shù)進(jìn)行了探討，為類似結(jié)構(gòu)橋梁的大修項(xiàng)目提供一定的參考。

[1]陳維珍，等.鋼桁架橋評定與加固[M].北京：科學(xué)出版社，2012．

[2]蔡祖明，沈超，陳姍姍，等.現(xiàn)役大跨鋼桁架橋病害的原因和治理研究[J].科技視野，2012，（20）:25.

[3]岳貴平，黃慷，張春雷，等.外白渡橋船移大修保護(hù)工程設(shè)計(jì)（上）[J].上海建設(shè)科技，2009,(5):1-5,15.

[4]朱慈祥，王蔚，馬小云，等.蘭州中山橋5跨簡支鋼桁梁整體提升關(guān)鍵技術(shù)[J].世界橋梁，2012，40(6):80-86.