戎華欽

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 概述

金商公路白石磯橋位于青浦區(qū)淀山湖與元蕩交界處，跨越淀山湖湖區(qū)。橋位處有現(xiàn)狀白石磯老橋一座：該橋?yàn)橐蛔铣惺戒摻罨炷疗呖鐭o(wú)鉸肋拱橋，修建于1983年，設(shè)計(jì)荷載為汽車-15級(jí)，掛車-80；橋梁全長(zhǎng)244.8 m，橋?qū)?0.5 m，中間七孔拱橋凈跨徑均為32.0 m，凈矢跨比為1/7；橋梁上部結(jié)構(gòu)由肋拱、排架及橋面板組成，每跨橫向布置3榀拱肋，拱肋的拱腳部分為矩形截面，拱肋在拱腳、1/4跨及拱頂設(shè)工字形橫系梁，每跨主拱上方均設(shè)有排架以支承橋面預(yù)制空心板梁；下部結(jié)構(gòu)采用高填土組合式橋臺(tái)，由樁基橋臺(tái)和阻滑板組合而成，橋臺(tái)及橋墩基礎(chǔ)均采用直徑1.0 m的鉆孔灌注樁。白石磯老橋立面布置如圖1所示。

圖1 白石磯老橋立面圖（單位：m）

白石磯橋所在金商公路擬進(jìn)行拓寬改建，改建后金商公路由原先的三級(jí)公路提升為二級(jí)公路，道路斷面由雙向兩車道拓寬至雙向四車道+4.5 m環(huán)湖慢行道的規(guī)模。因此，由于道路提升改造的需要，需要對(duì)既有橋梁進(jìn)行改建。

本文首先介紹了白石磯橋老橋保留利用，東側(cè)另拼新橋的改建方案，既節(jié)省工程投資，也保留了這樣一座歷史悠久、結(jié)構(gòu)優(yōu)美、上海地區(qū)唯一的七跨連拱橋；其次從結(jié)構(gòu)體系、橋面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等角度對(duì)連拱橋的設(shè)計(jì)進(jìn)行一系列的剖析，為同類多跨長(zhǎng)聯(lián)連續(xù)拱橋的拓寬改建設(shè)計(jì)開拓思路。

1 改建方案

白石磯老橋設(shè)計(jì)荷載為汽-15、掛-80，道路改建后橋梁設(shè)計(jì)荷載提升至公路-Ⅰ級(jí)；雖然其承載力經(jīng)檢算已無(wú)法滿足現(xiàn)行荷載標(biāo)準(zhǔn)要求，但是該橋經(jīng)過(guò)三十多年運(yùn)營(yíng)，根據(jù)該工程檢測(cè)資料，老橋?qū)崪y(cè)拱軸線和設(shè)計(jì)拱軸線基本吻合，且橋臺(tái)無(wú)位移和沉降，檢算表明滿足原設(shè)計(jì)荷載運(yùn)營(yíng)要求；因此，在金商公路改造時(shí)對(duì)其予以保留是可行的。白石磯老橋保留利用后改建方案斷面如圖2所示。

圖2 白石磯橋改建橫斷面（單位：m）

該方案老橋雖然仍然維持原汽-15、掛-80的設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)，但是利用老橋作為一根車行道+人非慢行道，相比較現(xiàn)狀雙向兩根車道通行的情況是偏于安全的，同時(shí)也有利于東側(cè)新建橋梁三個(gè)車道的交通組織。其次，東側(cè)新橋設(shè)置了2.7 m的硬路肩主要考慮新橋西側(cè)單車道長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，如不設(shè)置則當(dāng)車輛拋錨時(shí)，易產(chǎn)生交通擁堵；此外，當(dāng)老橋出現(xiàn)較大病害，限制機(jī)動(dòng)車通行時(shí)，可通過(guò)壓縮東側(cè)慢行道寬度實(shí)現(xiàn)雙向四車道。

東側(cè)新建橋梁為保持既有橋梁的設(shè)計(jì)風(fēng)貌，新橋采用了與老橋一致的連續(xù)拱橋，并使用了新體系、新技術(shù)(體外索、組合橋面板等)來(lái)解決連續(xù)拱橋推力過(guò)大的問(wèn)題。

2 結(jié)構(gòu)體系

考慮到上海地區(qū)的軟土地基的特性，對(duì)于多跨連拱橋的結(jié)構(gòu)體系，解決水平推力問(wèn)題一直是拱橋設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1]，主要解決其邊拱抗推的問(wèn)題，因此提出的三種解決方案：

（1）方案一：采用群樁基礎(chǔ)橋臺(tái)+摩阻板的方式；

（2）方案二：在兩側(cè)邊墩底的承臺(tái)上張拉體外預(yù)應(yīng)力，這也是軟弱地質(zhì)狀況下，在流速較小且不通航的河道上建造上承式拱橋的一種常用處理方式；

（3）方案三：參照飛鳥拱的設(shè)計(jì)思路[2-3]在拱橋邊跨之后增加半跨，兩側(cè)半跨的拱頂采用預(yù)應(yīng)力連接，將上部拱結(jié)構(gòu)形成自平衡體系，從而平衡邊拱拱座水平力。

綜合比較以上幾種方案在該工程中的適應(yīng)性得出以下結(jié)論：

所有患者均先行彩色多普勒超聲檢查，多切面觀察盆腔腫塊病變部位、大小、形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、壁、后方聲影、分隔、內(nèi)部回聲性質(zhì)等，并顯示彩色多普勒檢測(cè)病變內(nèi)部及周邊血流顯示情況。彩色多普勒超聲評(píng)價(jià)參照Lerner[2]等評(píng)分方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，即依據(jù)壁的厚度、后方聲影、內(nèi)部分隔、內(nèi)部回聲評(píng)分。

方案一通過(guò)群樁基礎(chǔ)及摩阻板的抗滑作用共同抵御橋臺(tái)水平力，老橋邊拱抗推設(shè)計(jì)即采用此方案，當(dāng)土質(zhì)較差且水平力較大時(shí)，橋臺(tái)處不但會(huì)引起開挖量大而且軟弱地基在水平力作用下產(chǎn)生的蠕變是難以量化和控制的；并且根據(jù)對(duì)老白石磯橋的復(fù)算，老橋現(xiàn)有的阻滑板堆土高度已不能滿足公路-Ⅰ級(jí)荷載的下抗推要求。

方案二設(shè)置的體外預(yù)應(yīng)力的置于拱腳位置下方，直接平衡拱腳水平力，但體外預(yù)應(yīng)力設(shè)于水下，實(shí)際施工難度較大，且放樣后發(fā)現(xiàn)體外預(yù)應(yīng)力鋼束難置于河床地面線以下，因此其防腐及防撞處理均比較困難，在該工程實(shí)例中不適宜采納。

方案三采用飛鳥式拱橋的思路，是處理該結(jié)構(gòu)方案水平推力的問(wèn)題的解決方法：由老橋推力拱橋的形式調(diào)整為少推力拱橋，如圖3所示。

3 橋面結(jié)構(gòu)型式

對(duì)于多跨鋼筋混凝土肋拱橋，為方便橋面結(jié)構(gòu)的施工可考慮采用鋼-混凝土組合梁橋面板，或者采用鋼筋混凝土預(yù)制橋面板；和傳統(tǒng)鋼筋混凝土橋面相比，鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)受力性能更好，重量更輕。因此，在進(jìn)行橋面結(jié)構(gòu)選擇的時(shí)候需進(jìn)行包括構(gòu)經(jīng)濟(jì)性在內(nèi)的綜合比選，如圖4、圖5所示。

圖3 邊拱體系調(diào)整示意圖

（1）方案一：鋼-混凝土組合梁橋面板

圖4 鋼—混凝土組合橋面板

（2）方案二：混凝土剛接空心板梁

圖5 混凝土剛接空心板梁

從橋面板使用性能角度，方案一鋼-混凝土組合梁橋面板采用鋼梁+整體現(xiàn)澆橋面板結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)整體性更好；方案二橋面空心板梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑為4.19 m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)剛度及耐久性能不如鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)，此外，橋面結(jié)構(gòu)全部為簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，整體性差且簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)橋面連續(xù)縫位置開裂的問(wèn)題始終無(wú)法得到很好的解決。

從橋面結(jié)構(gòu)對(duì)拱橋整體受力角度，根據(jù)兩個(gè)方案整體計(jì)算，兩個(gè)方案對(duì)拱圈的恒活載受力比較如表1所示。

表1 恒活載比例對(duì)比

從上表1可以看出，由于鋼筋混凝土橋面板自重更大，拱圈內(nèi)力中恒載比例更高。恒載較大會(huì)增加拱圈施工過(guò)程中的不平衡水平推力，這是因?yàn)榭紤]施工中的實(shí)際情況，九跨連拱橋各跨同時(shí)一次落架非常困難，所以，考慮拱圈分批落架勢(shì)必會(huì)造成不平衡水平力，這對(duì)軟土地基的拱橋來(lái)說(shuō)是十分不利的，會(huì)增加施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)。此外，連續(xù)拱橋在設(shè)計(jì)過(guò)程中還必須考慮防止運(yùn)營(yíng)期間因一孔拱圈意外破壞而引起的連續(xù)垮塌現(xiàn)象，所以恒載的增加還會(huì)導(dǎo)致止推墩設(shè)計(jì)難度和造價(jià)增加。

從整體經(jīng)濟(jì)性角度，當(dāng)采用組合橋面板時(shí)雖然采用鋼結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致橋面系造價(jià)增加，但是，恒載的降低會(huì)使得拱橋拱肋及下部結(jié)構(gòu)材料用量更省，特別是拱圈推力減小對(duì)下部樁基的影響。和鋼筋混凝土橋面板相比，采用組合橋面板全橋造價(jià)增加約5%。

綜合上述分析，采用組合橋面板結(jié)構(gòu)的主橋整體造價(jià)略有增加，但是無(wú)論從施工角度、使用性能、受力性能等角度均優(yōu)于鋼筋混凝土橋面板；考慮到組合橋面板方案施工階段所產(chǎn)生的不平衡水平推力更小，更有利于施工期間結(jié)構(gòu)安全；因此，該工程橋面結(jié)構(gòu)采用鋼-混凝土組合橋面板。

4 伸縮縫布置

多跨連續(xù)拱橋整體計(jì)算過(guò)程中，當(dāng)考慮拱上結(jié)構(gòu)與拱圈聯(lián)合作用時(shí)[4]，計(jì)算發(fā)現(xiàn)橋面板的伸縮縫的設(shè)置位置對(duì)拱圈內(nèi)力影響較大，該工程比較了3個(gè)伸縮縫布置方案，分別如圖5～7所示。

圖5 方案一：每個(gè)拱座位置均設(shè)置伸縮縫

圖6 方案二：共設(shè)置四道伸縮縫

圖7 方案三：全橋面連續(xù)，僅端部設(shè)縫

三種伸縮縫布置情況，拱圈分別在主要荷載溫度、汽車工況以及荷載基本組合[5]下拱腳及拱頂最大彎矩值分別如表2所示。

表2 拱圈受力對(duì)比

從上面橋面板伸縮縫位置對(duì)拱圈受力的影響可以看出：伸縮縫布置對(duì)拱頂受力影響不大，對(duì)拱腳影響顯著，對(duì)當(dāng)橋面板結(jié)構(gòu)采用全橋連續(xù)布置時(shí)，拱肋受力最優(yōu)（主要為溫度影響，收縮效應(yīng)與溫度相同），當(dāng)荷載在基本組合時(shí)，拱腳最大彎矩和另外兩個(gè)方案相比減小近30%，該方案對(duì)主拱結(jié)構(gòu)受力最好。此外，從使用性能角度，當(dāng)橋面板全橋連續(xù)布置，其行車舒適度最好而梁端位移較大的問(wèn)題可通過(guò)設(shè)置位移量較大的橋面伸縮裝置予以解決。該工程伸縮縫布置最終采用方案三橋面結(jié)構(gòu)全橋連續(xù)的形式。

5 結(jié)語(yǔ)

多跨連續(xù)拱橋是一種景觀效果較好的橋型，早年間上海地區(qū)建設(shè)了一批這樣的橋。目前，由于道路功能提升，一些該類橋梁即將面臨拓寬改建。本文以金商公路白石磯橋的改建為背景，考慮到該橋的實(shí)際使用性能仍維持良好，改造時(shí)予以了保留利用，東側(cè)另建新橋，老橋則作為一根車道及人行和非機(jī)動(dòng)車使用，為同類的橋梁的拓寬改建提供解決案例。

東側(cè)新建的橋梁仍采用與老橋相一致的多跨連續(xù)拱橋，但該類橋型拱腳推力大，本文提出了采用飛鳥拱的解決思路，將推力拱橋改進(jìn)為部分推力拱橋；并采用鋼-混凝土組合橋面板以減輕恒載降低拱的推力，最后對(duì)橋面板的伸縮縫布置方案進(jìn)行了試算比較，給出了合理建議。上述若干節(jié)點(diǎn)的處理方式可為軟土地基上該類型多跨連拱橋設(shè)計(jì)提供思路。