何則干，蔡憲棠

（廣州市市政工程設(shè)計研究院，廣東廣州510060）

冼莊立交舊橋利用方案分析

何則干，蔡憲棠

（廣州市市政工程設(shè)計研究院，廣東廣州510060）

舊橋利用是城市道路建設(shè)的難題，結(jié)合廣明高速冼莊立交舊橋利用的實際工程，開展舊橋利用方式選擇的分析研究。通過檢測驗算，掌握冼莊立交既有舊橋的狀況，根據(jù)廣明高速及冼莊立交的功能需求和建設(shè)條件，比選舊橋利用方案。建立空間有限元模型模擬新舊橋連接的力學(xué)行為，并以此作為開展舊橋加寬加固工作的依據(jù)。冼莊立交舊橋利用方案分析將為其它工程舊橋利用提供參考。

舊橋；橋梁加寬；數(shù)值模擬；比選

0　前言

隨著社會、經(jīng)濟的發(fā)展，交通量的不斷增長，大量新的道路建設(shè)不斷涌現(xiàn)。而舊橋利用往往是城市道路建設(shè)必須面臨的難題。

舊橋利用通常有以下三種方式［1］［2］：（1）拆除重建；（2）舊橋加固；（3）舊橋加固拓寬。

拆除重建設(shè)計不受既有舊橋的影響，但工程量大，費用高，對施工期交通組織要求高。舊橋加固使用，費用經(jīng)濟，對交通影響小，但檢測加固工作繁復(fù)，而且無法滿足交通量提升的需求。舊橋加固拓寬經(jīng)濟費用介于前面二者之間，能滿足交通量提升的需求，但對新舊橋連接要求高，設(shè)計施工難度大。

本文就結(jié)合廣明高速冼莊立交舊橋利用的實際工程，開展舊橋利用方式分析。

1　工程概況

廣明高速公路是廣州番禺至佛山高明高速公路的簡稱，位于廣佛都市圈中部、廣州環(huán)城高速公路南段與國道主干線廣州繞城公路南段之間，路線總體呈東西走向，根據(jù)地理位置及項目建設(shè)安排，廣明高速公路劃分為三段：廣州段、佛山段（陳村至西樵段）、高明段（西樵至更樓段）。

根據(jù)總體方案設(shè)計，廣明高速廣州段冼莊立交處擬利用既有冼莊立交主線跨線橋，跨越地面番禺大道，貫通東西，見圖1。

既有冼莊立交主線橋建于1998年（見圖2），橋梁上部結(jié)構(gòu)為后張法預(yù)制預(yù)應(yīng)力空心板，中墩采用薄壁墩。蓋梁采用后張法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，冼莊立交既有主線跨線橋設(shè)計荷載為：汽車-超20級，掛車-120。

圖1　冼莊立交主橋平面布置

圖2　冼莊立交既有舊橋

2　既有舊橋利用方案比選

2.1舊橋檢測驗算

冼莊立交既有跨線橋是按照舊規(guī)范設(shè)計，是否滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，需作出全面檢測和驗算。

根據(jù)提交的橋梁承載能力檢測評定報告，既有冼莊立交主線跨線橋外觀狀態(tài)基本正常，未發(fā)現(xiàn)梁體存在異常開裂現(xiàn)象，存在局部鋼筋外露銹蝕和混凝土破損情況；

舊橋混凝土抗壓強度滿足原設(shè)計要求，鋼筋分布及保護層厚度測試表明鋼筋平均保護層厚度滿足原設(shè)計規(guī)范要求，混凝土碳化速率正常。

動靜載檢測表明考慮結(jié)構(gòu)損傷后橋梁承載能力極限狀態(tài)截面強度滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，在原設(shè)計荷載等級下各測試梁體抗裂性滿足要求。

將原設(shè)計混凝土標(biāo)號換算成現(xiàn)行規(guī)范的混凝土強度等級，預(yù)應(yīng)力計算參數(shù)按現(xiàn)行規(guī)范取值，全面驗算既有橋梁結(jié)構(gòu)在加鋪鋪裝層后，在公-I級汽車荷載下安全性和使用性能。

驗算結(jié)果如下：

（1）兩種跨徑的上部結(jié)構(gòu)空心板承載能力、正常使用極限狀態(tài)下驗算指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求，可繼續(xù)使用。

（2）預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁抗彎承載力滿足規(guī)范要求，但抗剪承載力不能滿足新規(guī)范要求，正常使用極限狀態(tài)下，預(yù)應(yīng)力蓋梁長期、短期效應(yīng)組合作用下的部分正應(yīng)力及主應(yīng)力均不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

（3）鋼筋混凝土墩柱偏壓承載力驗算、墩柱抗裂驗算和最小配筋率均不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

（4）原樁基和承臺耐久性難以保證，利用與否需檢測評估。

綜上所述，既有橋梁經(jīng)過適當(dāng)加固就能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，可以用作廣明高速的主線橋梁。

2.2橋梁結(jié)構(gòu)方案比選

根據(jù)驗算結(jié)果，廣明高速公路冼莊立交主線橋梁結(jié)構(gòu)可采用三種型式：

方案一：拆除既有跨線橋，新建跨線橋；

方案二：加固既有跨線橋作為新建冼莊立交主線橋梁；

方案三：加固既有跨線橋，并兩側(cè)加寬橋梁至34.5m寬（廣明高速主線寬）。

方案一易使跨線橋的使用標(biāo)準(zhǔn)滿足廣明高速線路需要，結(jié)構(gòu)設(shè)計能完全滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求。但拆除、重建，工程量大，費用高，現(xiàn)狀冼莊立交交通量大，重建過程中的交通組織困難，而且其下跨多條現(xiàn)狀繁忙道路，施工難度較大。

根據(jù)驗算結(jié)果，上部結(jié)構(gòu)-預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土空心板可繼續(xù)使用，但預(yù)應(yīng)力蓋梁和墩柱則須加固后方可繼續(xù)使用。因此，方案二工程量小，費用低，只需適當(dāng)加固就能滿足工程需求，對現(xiàn)狀繁忙的交通量影響很小。但既有橋梁的寬度不滿足廣明高速主線寬度要求，在此處易形成交通瓶頸。

方案三則是介于以上兩個方案之間，工程量中等，對于現(xiàn)狀交通的影響也適中，但新舊橋相接難度大，設(shè)計施工要求高。

廣明高速工期緊張，而冼莊立交處為當(dāng)?shù)亟煌屑~，大范圍圍蔽施工的可能性不大，綜合比較三個方案的優(yōu)劣，方案三最為適合，既滿足高速公路高等級需求，又對當(dāng)?shù)亟煌ㄓ绊戄^小。

3　舊橋加寬形式的選擇

舊橋加寬中的主要難點在于橋梁橫向拓寬連接中對上部構(gòu)造的處理。目前主要有三種處理方式：（1）不連接；（2）剛接；（3）鉸接。

三種方式，各有優(yōu)劣，若新舊橋上部結(jié)構(gòu)不連接，則新舊橋結(jié)構(gòu)各自受力，相互影響小，但直接做橋面鋪裝很容易使橋面鋪裝開裂，影響行車舒適性和橋面外觀增加后期的養(yǎng)護維修工作；若采用剛接方式連接，則行車舒適性和橋面外觀能得到充分滿足，但后期運營中的收縮徐變和沉降差以及行車引起的撓度差都會對舊橋的內(nèi)力狀態(tài)產(chǎn)生較大影響，某些關(guān)鍵截面可能處于不利的受力狀態(tài)；若新舊橋上部結(jié)構(gòu)采用鉸接方式連接，則處于上述二者之間，新橋?qū)εf橋內(nèi)力產(chǎn)生的影響在鉸接構(gòu)造處得到一定釋放，行車舒適性有一定影響，會有跳車現(xiàn)象，有一定的后期養(yǎng)護維修工作。

考慮到廣明高速對行車舒適性、安全新要求高，管養(yǎng)維護工作難以時時跟進(jìn)，以及既有冼莊立交橋邊板懸臂較長等因素，所以在舊橋加寬中選用上部結(jié)構(gòu)剛接的連接方式，見圖3。

3.1計算模型

計算采用MIDAS CIVIL 2010進(jìn)行空間梁格分析，可計入整體化層對結(jié)構(gòu)受力的影響。

橋梁整體化層參與結(jié)構(gòu)受力，但其與預(yù)應(yīng)力空心板結(jié)構(gòu)形式不同為普通鋼筋結(jié)構(gòu)，為了有效詳細(xì)分析結(jié)構(gòu)受力情況，在建模中分別建立后澆層和預(yù)應(yīng)力空心板兩片梁的雙梁模型（后澆層作為附梁）。

其中預(yù)應(yīng)力張拉前采用臨時支撐，在各中間支點位置設(shè)置豎向支座。模型按實際斜交角度建模，建成的梁格模型見圖4。

圖3　新舊橋剛接橫斷面圖（單位：cm）

圖4　結(jié)構(gòu)計算模型圖

3.2計算結(jié)果

計算結(jié)果匯總于表1～表3，表格中應(yīng)力值受拉為負(fù)，受壓為正。根據(jù)計算結(jié)果可知：

（1）各片主梁抗彎及抗剪承載能力均符合規(guī)范要求；

（2）正常使用極限狀態(tài)應(yīng)力驗算：預(yù)制梁除11#梁支點上緣在長期組合下因預(yù)應(yīng)力空間效應(yīng)的作用不滿足規(guī)范要求外，其余各項應(yīng)力指標(biāo)均滿足規(guī)范要求；整體化層在長短期效應(yīng)組合作用下跨中及支點均存在拉應(yīng)力超過規(guī)范限值的現(xiàn)象。

（3）持久狀況應(yīng)力驗算：預(yù)制梁及后澆層各項應(yīng)力指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

3.3舊橋加固

根據(jù)計算結(jié)果，橋梁上部結(jié)構(gòu)除11#梁外均是整體化層應(yīng)力超限。因此，舊橋加固中拆除鋪裝層和既有整體化層，重新鋪筑，根據(jù)計算配置鋼筋，使后澆層滿足抗裂要求。

表1　預(yù)制空心板中梁驗算匯總表

表2　預(yù)制空心板5#邊板驗算匯總表

11#梁因預(yù)應(yīng)力空間效應(yīng)的作用造成梁支點上緣在長期組合下應(yīng)力超限，在加固中考慮將造成空間效應(yīng)的長懸臂拆除，通過后澆改造的方式釋放預(yù)應(yīng)力空間效應(yīng)。

表3　預(yù)制空心板11#邊板驗算匯總表

為進(jìn)一步減小新建橋梁對舊橋的受力影響，新舊橋相接還可以考慮先鉸接或不連接（設(shè)置縱縫），待新橋沉降及收縮徐變完成后再剛接的連接方式，可減小新、舊橋之間的沉降應(yīng)力或收縮徐變應(yīng)力。

舊橋下部結(jié)構(gòu)的改造為常規(guī)加固，本文就不贅述了。

3　結(jié)論

本文結(jié)合廣明高速冼莊立交工程，詳細(xì)分析舊橋利用方案的選擇。

舊橋利用方式的選用應(yīng)結(jié)合工程的實際情況作出分析，應(yīng)重點關(guān)注舊橋自身結(jié)構(gòu)，其和新建道路的匹配，建設(shè)條件和工程建設(shè)經(jīng)濟性。

同時，在舊橋加寬中，新舊橋相接形式的選擇也是舊橋利用的一個核心問題，其決定了舊橋加固的方案。有效的分析和詳盡的數(shù)值計算是做出選擇的基礎(chǔ)。

［1］ 李波，吳文清.舊橋拓寬中拼接形式對舊橋受力的影響分析［J］.現(xiàn)代交通技術(shù)，2009（5）：32-34.

［2］ 張麗芳，郭濤，吳文清，等.舊橋拓寬中拼接方式對舊橋受力狀態(tài)的影響分析［J］.公路交通科技，2006（2）：102-105.

U445.6

B

1009-7716（2015）01-0061-04

2014-08-25

何則干（1978-），男，福建福州人，高級工程師，從事橋隧設(shè)計和研究工作。