具有歷史文物價值的鉚接鋼桁架橋大修探討

王倩

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

0 引言

在20世紀后半葉,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值的鉚接鋼橋大修項目

表1給出了國內(nèi)幾座典型的具有重要歷史文物價值的鉚接鋼桁架橋，在其運營過程中，均進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，是承載舊上海風貌的城市性地標。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)計荷載為英制H-15級（合我國汽-11.3級）。該橋建國后先后進行了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)造成進一步損傷。

2008年外白渡橋進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)點及部分銹蝕鉚釘，并進行了局部桿件加固和變形矯正。為恢復(fù)原有風貌，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)計的圓弧形，并結(jié)合維修工序?qū)Y(jié)構(gòu)進行防腐涂裝，整體風格與原橋保持一致。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，主橋為三孔跨徑布置為（67.1+48.8+67.1）m的下承式簡支鋼桁架橋。初建時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)主梁銹蝕程度嚴重且有加速發(fā)展趨勢，疲勞累計損傷很高，原有各種保護措施已很難保證結(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，對主橋進行維修加固，主引橋進行拆除重建，邊橋進行整飾。

2 浙江路橋大修工程

2.1 項目概況

上海市浙江路橋（見圖4）建成于1908年，由英國人設(shè)計，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)非機動車道寬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：通過結(jié)構(gòu)拓寬和道路線形調(diào)整，適當提高橋上車輛、行人通行和橋下通航能力；修舊如舊，恢復(fù)橋梁歷史風貌；通過大修工程，更換損壞嚴重的構(gòu)件，修復(fù)較小的缺陷，保證結(jié)構(gòu)安全；增強結(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，主要原因為跨中處吊桿與下弦桿穿過橋面，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例可知，對于此類橋梁的維修加固應(yīng)遵循以下兩項基本原則：

（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)確保橋體的主要歷史文物信息（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)計方法有：減輕恒載、改變結(jié)構(gòu)體系、加大截面、阻止裂紋擴展、改善連接強度、置換構(gòu)件、涂裝界面、改觀表面、移動結(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，以增強橋面機動車及行人通行能力。

2.4.2 橋梁整體抬升

大修后橋面標高抬升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

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，且外觀變動較大（見圖7）。該項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)計圖紙，按最初的風格設(shè)計上平聯(lián)構(gòu)件，恢復(fù)浙江路橋的歷史面貌（見圖8），使它以真實面貌流傳于世。

圖7 現(xiàn)狀直線型橋門架實景

圖8 1908年的浙江路橋原貌實景

2.4.4 橋面系更新

為減輕上部結(jié)構(gòu)荷載，同時降低結(jié)構(gòu)高度以改善通航條件，橋面系將重新設(shè)計，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。大修后橋梁標準斷面如圖9所示。

圖9 大修標準橫斷面圖（單位：mm）

2.4.5 人行道改造

該項大修擬新做人行托架、人行道縱梁?？v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，該項大修擬將吊桿全部更換。

2.4.7 更換部分銹蝕嚴重的節(jié)點板

主桁跨中下弦節(jié)點板由于處于橋面以下，銹蝕嚴重。對該處下弦節(jié)點板部分予以更換，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)點重獲新生。

2.4.8 重新設(shè)計防排水措施

由于該橋的構(gòu)造特點，橋面以下的鋼結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生銹蝕，該項大修新橋面系設(shè)計將有針對性地重點考慮防、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)點均為鉚接節(jié)點。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)實橋的檢測結(jié)果和大修的功能性定位進行針對性改建及構(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)進行了探討，為類似結(jié)構(gòu)橋梁的大修項目提供一定的參考。

[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工程設(shè)計（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.