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(jì)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(jì)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(shí)際工程，開(kāi)展舊橋利用方式選擇的分析研究。通過(guò)檢測(cè)驗(yàn)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(kāi)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(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量的不斷增長(zhǎng)，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(jì)不受既有舊橋的影響，但工程量大，費(fèi)用高，對(duì)施工期交通組織要求高。舊橋加固使用，費(fèi)用經(jīng)濟(jì)，對(duì)交通影響小，但檢測(cè)加固工作繁復(fù)，而且無(wú)法滿足交通量提升的需求。舊橋加固拓寬經(jīng)濟(jì)費(fèi)用介于前面二者之間，能滿足交通量提升的需求，但對(duì)新舊橋連接要求高，設(shè)計(jì)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(shí)際工程，開(kāi)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(jiǎn)稱，位于廣佛都市圈中部、廣州環(huán)城高速公路南段與國(guó)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(xiàng)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(jì)，廣明高速?gòu)V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(jiàn)圖1。

既有冼莊立交主線橋建于1998年（見(jiàn)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(jì)荷載為：汽車-超20級(jí)，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(cè)驗(yàn)算

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

根據(jù)提交的橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定報(bào)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(kāi)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(qiáng)度滿足原設(shè)計(jì)要求，鋼筋分布及保護(hù)層厚度測(cè)試表明鋼筋平均保護(hù)層厚度滿足原設(shè)計(jì)規(guī)范要求，混凝土碳化速率正常。

動(dòng)靜載檢測(cè)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(qiáng)度滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，在原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)下各測(cè)試梁體抗裂性滿足要求。

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

驗(yàn)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(yàn)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(zhǎng)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(yàn)算、墩柱抗裂驗(yàn)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(tái)耐久性難以保證，利用與否需檢測(cè)評(píng)估。

綜上所述，既有橋梁經(jīng)過(guò)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(yàn)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(jì)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(fèi)用高，現(xiàn)狀冼莊立交交通量大，重建過(guò)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(yàn)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(fèi)用低，只需適當(dāng)加固就能滿足工程需求，對(duì)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(gè)方案之間，工程量中等，對(duì)于現(xiàn)狀交通的影響也適中，但新舊橋相接難度大，設(shè)計(jì)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(gè)方案的優(yōu)劣，方案三最為適合，既滿足高速公路高等級(jí)需求，又對(duì)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(diǎn)在于橋梁橫向拓寬連接中對(duì)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(kāi)裂，影響行車舒適性和橋面外觀增加后期的養(yǎng)護(hù)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(yùn)營(yíng)中的收縮徐變和沉降差以及行車引起的撓度差都會(huì)對(duì)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(huì)有跳車現(xiàn)象，有一定的后期養(yǎng)護(hù)維修工作。

考慮到廣明高速對(duì)行車舒適性、安全新要求高，管養(yǎng)維護(hù)工作難以時(shí)時(shí)跟進(jìn)，以及既有冼莊立交橋邊板懸臂較長(zhǎng)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(jiàn)圖3。

3.1計(jì)算模型

計(jì)算采用MIDAS CIVIL 2010進(jìn)行空間梁格分析，可計(jì)入整體化層對(duì)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(shí)支撐，在各中間支點(diǎn)位置設(shè)置豎向支座。模型按實(shí)際斜交角度建模，建成的梁格模型見(jiàn)圖4。

圖3　新舊橋剛接橫斷面圖（單位：cm）

圖4　結(jié)構(gòu)計(jì)算模型圖

3.2計(jì)算結(jié)果

計(jì)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(jì)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(yàn)算：預(yù)制梁除11#梁支點(diǎn)上緣在長(zhǎng)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(xiàng)應(yīng)力指標(biāo)均滿足規(guī)范要求；整體化層在長(zhǎng)短期效應(yīng)組合作用下跨中及支點(diǎn)均存在拉應(yīng)力超過(guò)規(guī)范限值的現(xiàn)象。

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

3.3舊橋加固

根據(jù)計(jì)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(jì)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(yàn)算匯總表

表2　預(yù)制空心板5#邊板驗(yàn)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(diǎn)上緣在長(zhǎng)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(zhǎng)懸臂拆除，通過(guò)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(yàn)算匯總表

為進(jìn)一步減小新建橋梁對(duì)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(shí)際情況作出分析，應(yīng)重點(diǎn)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(jì)性。

同時(shí)，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(gè)核心問(wèn)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(jì)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(duì)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(duì)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(jí)工程師，從事橋隧設(shè)計(jì)和研究工作。