牡丹江大橋改建項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工

付忠安+王小平+顧亮

摘 要：原牡丹江大橋建于1984年，橋長(zhǎng)520米，13跨，每跨40米，橋?qū)?0.8米，雙向四車道，簡(jiǎn)支T梁結(jié)構(gòu)。本項(xiàng)目將對(duì)其進(jìn)行拓寬改造，拓寬后的牡丹江大橋總寬41.5米，雙向8車道。新建大橋?qū)?1.5米，除邊跨為36米外其余跨徑與舊橋相同，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制小箱梁，簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)體系。本橋?yàn)楹邶埥壳耙?guī)模最大的橋梁改擴(kuò)建工程，文章重點(diǎn)介紹該橋的總體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、舊橋加固及施工技術(shù)難點(diǎn)等，為同類橋梁的設(shè)計(jì)與施工提供參考。

關(guān)鍵詞：牡丹江大橋；舊橋加固；拓寬改造

中圖分類號(hào)：U442 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）22-0103-03

1 工程概況

原牡丹江大橋建于1984年，橋長(zhǎng)520米，13跨，每跨40米，橋?qū)?0.8米，雙向四車道，簡(jiǎn)支T梁結(jié)構(gòu)。由于大橋所連接的西三條路和烏蘇里路均具備8車道的通行能力，所以大橋本身已經(jīng)成為南北兩岸交通通行和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，對(duì)其實(shí)施拓寬改造已是勢(shì)在必行。拓寬后的牡丹江大橋總寬41.5米，雙向8車道。新建大橋?qū)?1.5米，除邊跨為36米外其余跨徑與舊橋相同，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制小箱梁，簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)體系，下部結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁、橋墩樣式與舊橋一致為墻式墩。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級(jí)：城市主干路；（2）設(shè)計(jì)速度：50km/h；（3）荷載標(biāo)準(zhǔn)：城-A級(jí)（舊橋：汽-20，掛100）；（4）設(shè)計(jì)使用年限：100年；（5）橋面布置：0.5m（欄桿）+2.4m（人行道）+0.35m（隔離欄）+3.0m（非機(jī)動(dòng)車道）+14m（機(jī)動(dòng)車道）+0.5m（隔離欄） +14m（機(jī)動(dòng)車道）+0.35m（隔離欄）+3.5m（非機(jī)動(dòng)車道）+2.4m（人行道）+0.5m（欄桿）=41.5m；（6）抗震設(shè)防要求：基本烈度6度；（7）橋梁設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)，γ0=1.1；（8）防洪標(biāo)準(zhǔn)：采用百年一遇洪水位；（9）常水位：230.5m；（10）沖刷：一般沖刷2m，局部沖刷2m～4m；

3 總體設(shè)計(jì)

由于本工程景觀要求較高，如何將新舊橋合而為一，使得拓寬后的牡丹江大橋辨不出拓寬痕跡，就好像新建了一座大橋一樣，便成了考驗(yàn)設(shè)計(jì)智慧的一個(gè)難點(diǎn)。由于新舊橋結(jié)構(gòu)形式差異大，且舊橋已經(jīng)完成沉降，為避免差異沉降，新舊橋間設(shè)計(jì)了3cm寬的型鋼沉降縫。經(jīng)過(guò)反復(fù)比選論證，新舊橋各布置4個(gè)車道，并將此斷縫恰與雙黃線位置重合，這樣的設(shè)計(jì)不但受力合理，而且可以完美的掩蓋新舊橋間的空隙。

在新舊橋外側(cè)設(shè)置裝飾柱擱置裝飾拱，不但可以在裝飾拱上設(shè)計(jì)歐式花鏈遮擋舊橋的熱力管線，而且裝飾柱本身可以設(shè)計(jì)成觀景平臺(tái)，既方便了游人駐足觀賞江景，也起到了紓解過(guò)橋人流，保證行人安全的作用，同時(shí)，這些觀景臺(tái)也是橋梁裝飾不可或缺的一部分，極大的豐富了橋梁的立面裝飾效果，使得橋梁更有韻律感和層次感。

在設(shè)計(jì)裝飾拱時(shí)，不但讓其具有裝飾功能，還使其具有檢修通道的功能，檢修人員在裝飾拱上可以無(wú)障礙的從南岸走到北岸，安全便捷的檢修景觀照明燈和熱力管線。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 上部結(jié)構(gòu)

本橋采用預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)體系為簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)。橫橋向布置7片單箱梁，主梁間距為3.03m，其預(yù)制寬度中梁為2.40m，邊梁為2.85m，翼板及橫隔板間留有0.63m濕接縫。箱梁中心梁高2.2m，底板寬度1.0m；頂板厚度0.2m，腹板厚度0.2m，底板厚度0.18～0.32m?？缰屑傲憾嗽O(shè)橫隔板。

裝飾拱采用鋼箱結(jié)構(gòu)，箱高0.8m，寬1.5m，板厚0.012m。每跨共有11根裝飾立柱，立柱采用H型鋼，截面尺寸300×300×12×15mm。

4.2 下部結(jié)構(gòu)

橋墩采用墻式橋墩，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。承臺(tái)高2.5m。每個(gè)承臺(tái)下設(shè)4根直徑1.5m鉆孔灌注樁。一般墩采用圬工結(jié)構(gòu)，制動(dòng)墩采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)。

橋臺(tái)采用輕型橋臺(tái)，承臺(tái)高2.0m，樁基為直徑1.3m鉆孔灌注樁。

裝飾柱橫橋向結(jié)構(gòu)寬2.3m，順橋向結(jié)構(gòu)寬為2m，圬工結(jié)構(gòu)，頂板厚0.2～0.3m，外掛石材裝飾。裝飾柱下為破冰棱，承臺(tái)高2.5m，上游設(shè)4根直徑1.5m鉆孔灌注樁，下游設(shè)2根直徑1.5m鉆孔灌注樁。橋頭堡截面尺寸為3.0×3.0m，壁厚0.3m。

橋頭堡基座順橋向?qū)?.0m，橫橋向?qū)?.0m，壁厚0.5m，承臺(tái)高2.0m，下設(shè)5根直徑1.3m鉆孔灌注樁。

4.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

整體計(jì)算采用Midas/Civil2012 V8.0.5版進(jìn)行計(jì)算。在實(shí)際建模中，對(duì)主梁采用梁?jiǎn)卧M，如圖2所示。

全橋采用梁格模型，支座采用彈性連接模型。邊支點(diǎn)采用四氟板式橡膠支座；邊中支點(diǎn)為中支點(diǎn)非固定墩，采用盆式橡膠支座，單向滑動(dòng)（順橋向滑動(dòng)）；中支點(diǎn)為中支點(diǎn)固定墩，采用板式橡膠支座。各個(gè)墩頂處每片梁底設(shè)置設(shè)置2個(gè)支座，一聯(lián)共70個(gè)支座。

計(jì)算模型共分7個(gè)施工階段及1個(gè)運(yùn)營(yíng)階段（詳見(jiàn)下表1）。

經(jīng)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

5 舊橋加固設(shè)計(jì)

5.1 舊橋現(xiàn)狀

牡丹江大橋舊橋始建于1982年5月，于1984年9月建成通車，由北京市市政設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽車-20級(jí)、掛車-100，人群荷載為3.5kN/m2，兩端橋頭現(xiàn)設(shè)20t限載標(biāo)志牌。每跨上部結(jié)構(gòu)均由8榀預(yù)應(yīng)力混凝土T梁組成，梁高均為2.4m，梁間中心距為2.4m，相鄰T梁間采用0.6m寬的現(xiàn)澆濕接帶，每跨主梁間均設(shè)7道橫隔梁，相鄰兩橫隔梁間中心距為6.48m。全橋橋面總寬為20.8m，改建后舊橋橋面寬度為20m。

牡丹江大橋拓寬后，舊橋的受力狀態(tài)發(fā)生變化，無(wú)法滿足原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)要求。經(jīng)檢測(cè)，大橋技術(shù)狀況總體評(píng)定為B級(jí)（良好狀態(tài)），能滿足現(xiàn)有交通功能要求，因此經(jīng)過(guò)專家評(píng)審會(huì)討論，建議改造加固后的橋梁維持原有荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，不宜提高設(shè)計(jì)荷載等級(jí)。

5.2 加固措施

5.2.1 主體結(jié)構(gòu)

通過(guò)采用Midas/Civil計(jì)算軟件，仿照實(shí)際狀況進(jìn)行建模計(jì)算，拓寬改造后，原舊橋共有5片T梁承載能力不能滿足設(shè)計(jì)荷載等級(jí)安全承載能力要求。由于體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)不僅能提高結(jié)構(gòu)承載力，而且提高了結(jié)構(gòu)剛度，降低結(jié)構(gòu)撓度和減小裂縫寬度，也提高了結(jié)構(gòu)彈性恢復(fù)能力，同時(shí)具有施工方便和不過(guò)多增加結(jié)構(gòu)自重等優(yōu)點(diǎn)，因此本工程采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)對(duì)這5片T梁進(jìn)行加固，并對(duì)影響結(jié)構(gòu)耐久性及使用性的病害一并維修及修復(fù)，保證結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營(yíng)。

5.2.2 橋面系

鑿除全橋橋面鋪裝、兩側(cè)欄桿和人行道，重新鋪筑橋面鋪裝，橫坡設(shè)為單向坡，坡度為0.65%，改造后舊橋橋面采用厚0.08-0.191m鋼筋混凝土層+0.1m瀝青混凝土。為保證橋面鋪裝與T梁工作的整體性，在T梁腹板和橫隔梁上種植結(jié)合面鋼筋，縱橫交錯(cuò)布置。新舊橋在縱向接縫處設(shè)置縱向伸縮縫，且在相接的舊橋翼板底面增設(shè)不銹鋼板滴水槽。

在橋梁西側(cè)建澆人行道，并新設(shè)花崗巖欄桿，重新對(duì)人行道磚面進(jìn)行鋪砌。

5.2.3 耐久性修補(bǔ)

對(duì)全橋兩側(cè)邊梁與中梁間翼緣、T梁腹板和濕接帶、人行道下方懸臂板底面泛白、泛堿處，刷洗干凈后，涂刷兩遍水泥基滲透結(jié)晶型漿料進(jìn)行耐久性防護(hù)。

對(duì)全橋局部鋼筋銹脹、混凝土破損處，先鑿除銹脹和破損處疏松的混凝土，對(duì)鋼筋徹底除銹并清理干凈后，采用聚合物修補(bǔ)砂漿予以修復(fù)。

6 施工技術(shù)難點(diǎn)

（1）采用預(yù)應(yīng)力鋼套箱技術(shù)，確保了水中封底成功，保證了橋梁下部結(jié)構(gòu)施工的工期和質(zhì)量。

（2）受工程整體施工進(jìn)度及施工成本影響，本工程需要進(jìn)行冬季施工，通過(guò)采用提高混凝土標(biāo)號(hào)，調(diào)整混凝土配合比和加入防凍劑，搭設(shè)保溫棚，鍋爐供暖，炭爐加熱、暖風(fēng)炮加熱等措施，保證冬季施工質(zhì)量。整個(gè)冬季施工期間完成了主橋下部結(jié)構(gòu)的90%的工程量，累計(jì)澆筑17000m3，在經(jīng)歷一個(gè)冬季施工后，現(xiàn)場(chǎng)所有冬施結(jié)構(gòu)經(jīng)檢測(cè)，合格率達(dá)到100%。實(shí)現(xiàn)了省內(nèi)乃至東北地區(qū)冬施的歷史性突破，為盡早架梁及工程竣工創(chuàng)造了條件。

（3）為使得加固作業(yè)得以順利進(jìn)行，項(xiàng)目部技術(shù)人員開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)，并成功設(shè)計(jì)了可以懸吊在T梁下方的作業(yè)平臺(tái)，申報(bào)了專利。通過(guò)懸吊平臺(tái)，施工作業(yè)人員可在梁下完成支座更換、裂縫修補(bǔ)、體外預(yù)應(yīng)力束的安裝及張拉、混凝土表面的防腐處理等作業(yè)。

（4）采用同步頂升方法成功更換舊橋支座。

（5）由于植筋施工時(shí)間在3、4月份，氣溫在-5度到15度左右。而常規(guī)植筋施工過(guò)程要求氣溫達(dá)到15度以上才能施工，為此展開(kāi)了非常規(guī)氣溫條件的植筋技術(shù)研究。通過(guò)植筋膠的現(xiàn)場(chǎng)工藝性試驗(yàn)，明確植筋膠的選型及低溫條件下鉆孔植筋的工藝要求。比如，鋼筋的埋設(shè)深度應(yīng)大于15d、孔徑應(yīng)比鋼筋直徑大4-6mm；在進(jìn)行成孔作業(yè)時(shí)，將鋼筋植入孔內(nèi)后，要在常溫下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)作業(yè)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)確定，必須從底部開(kāi)始注膠，膠水的流動(dòng)性越好對(duì)植筋質(zhì)量越有保證。

7 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和交通基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，將有越來(lái)越多尚有使用價(jià)值的橋梁面臨拓寬、加固等改造工程。本文對(duì)牡丹江大橋改建工程的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)做了較為詳細(xì)的介紹，旨在對(duì)舊橋拓寬改造項(xiàng)目及冬季施工項(xiàng)目積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)，具有一定的實(shí)用價(jià)值，可供今后同類橋梁的設(shè)計(jì)、施工借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)：

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