國省道復(fù)雜交通狀況下石拱橋橋面系加固改造設(shè)計研究

文/騰杰

1 前言

橋梁設(shè)計與建設(shè)會考慮材料的供應(yīng)經(jīng)濟(jì)性，在山區(qū)國省道的公路建設(shè)中，橋梁建設(shè)主要材料之一的石料取材較為方便、造價經(jīng)濟(jì)、承載潛力大。在唐山大地震和汶川大地震后，很多石拱橋震后主體結(jié)構(gòu)仍基本完好，可以說石拱橋在特定的地形條件下是較優(yōu)的橋型，在過去國省道的跨河大橋橋型往往采用的是石拱橋[1]。然而，現(xiàn)今部分石拱橋仍存在一些問題，例如：許多在役石拱橋橋面系防撞性能薄弱、人行道寬度不足的安全問題，嚴(yán)重影響行車和行人安全。另外，受到交通保暢、施工工期以及工程造價的制約，一般僅考慮橋面系加固改造的方案，設(shè)計人員在對橋面系進(jìn)行加固改造設(shè)計的時候存在諸多難題，既要保證結(jié)構(gòu)安全實用，又要考慮復(fù)雜交通條件下的施工保暢。

2 石拱橋橋面系加固改造設(shè)計問題

國省道的石拱橋往往跨河而建，承擔(dān)周邊的唯一交通要道的角色，橋面行車道凈寬一般設(shè)計為7m，人行道單側(cè)全寬在1m 左右，多采用懸挑結(jié)構(gòu)，此類石拱橋的人行道兩側(cè)多采用混凝土花式護(hù)欄，橋面系是石拱橋病害的主要體現(xiàn)點[2]。另外，在行車道與人行道間未設(shè)置任何可靠防護(hù)結(jié)構(gòu)，即未設(shè)置行車道防撞欄桿，因此高速運行的車輛對行人和人行道結(jié)構(gòu)均存在嚴(yán)重的安全威脅。設(shè)計人員對橋面系進(jìn)行加固改造的時候需要考慮行車道防撞設(shè)計、人行道懸臂加寬、橋面與引道標(biāo)高的銜接、復(fù)雜交通的施工保暢以及工程造價等諸多方面。若現(xiàn)役舊拱橋橋面寬度不足預(yù)加寬橋面，設(shè)計人員往往采用擴(kuò)大截面法、套拱加寬等方法，雖然有效，且設(shè)計思路相對簡單明確，但此類改造方案一般不經(jīng)濟(jì)，新舊拱的搭接也存在施工難度，施工時的擾動對舊橋主體結(jié)構(gòu)影響較大，因此采用橋面系改造的方案往往更有優(yōu)勢，而非簡單考慮拆除或主體結(jié)構(gòu)加寬的方案。根據(jù)調(diào)查，處于城鎮(zhèn)的拱橋景觀改造效果十分明顯，極大提升橋位周邊的名片效果，應(yīng)盡可能考慮保留[3]。

3 優(yōu)化設(shè)計措施

以西部某地國道G210 跨河石拱橋為例，該石拱橋為1×55m 空腹式石拱橋，全長70.72m，主跨凈跨徑為55m，主拱圈厚1.4m，寬7m。原人行道部分由長8.9米、高27cm 和寬24cm 的挑梁懸出橋梁兩側(cè)95cm 構(gòu)成，挑梁沿橋梁縱向間隔4.7m 布置，挑梁上擱置人行道板。該橋修建于20 世紀(jì)70年代，該橋所在道路為周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)交通的主要跨河通道，交通十分繁忙，繞行的路線長度達(dá)到15km 左右[4]。加固改造前橋面布置：0.2m（欄桿）+0.75m（人行道）+2×3.5m（行車道）+0.75m（人行道）+0.2m（欄桿）=8.9m。

圖1 加固改造前橋面系布置圖

擬采用的橋面布置為：1.5m(人行道)+3.5m(左行車道)+3.5m(右行車道)+1.5m(人行道)=10m。

設(shè)計思路為采用半幅通車半幅通行的保暢方案，以解決交通保暢問題，拆除原橋挑梁、人行道和部分橋面鋪裝，重新預(yù)制挑梁、增加人行道寬度、增設(shè)防撞欄桿、重新鋪筑已開槽橋面以及全橋瀝青層。橋面鋪裝使用原橋瀝青混合料，橋面鋪裝后的橋面高程與原橋面高程保持一致，人行道總寬度加寬至1.5m，增高路緣石高度，使得人行道板頂面較鋪裝層高30cm 左右（根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60-2015）3.4.2 條和實際要求確定）。

圖2 橋面系加固改造設(shè)計

挑梁：根據(jù)計算設(shè)計挑梁長度為10m，寬度為0.4m，挑梁兩端各懸出1.5m。由于保持原橋面標(biāo)高不變，受拱頂填土厚度限制，挑梁高度仍然采用0.27m，通過減小挑梁間距，平衡懸臂長度增加后的人行道的自重，因此按照3m 間距沿橋梁縱向布置。挑梁采用左右分幅預(yù)制吊裝，后澆設(shè)計，設(shè)計需要重視后澆段鋼筋搭接以及人行道縱梁的預(yù)埋筋設(shè)計。

圖3 挑梁設(shè)計

橋面鋪裝：為了滿足規(guī)范要求，下層設(shè)計為不小于8cm 的等厚C40 鋼筋混凝土橋面板，中間層為FTY-1 防水層，上層為瀝青路面，2%的橫坡通過鋪裝層調(diào)整，橋梁中心處瀝青路面厚15cm，橋梁兩側(cè)邊緣瀝青路面厚8cm[5]。

人行道：人行道寬度為1.5m，高出路面35cm，人行道設(shè)置1%的橫坡排水，人行道外側(cè)設(shè)置高1.2m 的欄桿。人行道通過兩片縱墊梁沿橋縱向搭接在挑梁外懸部位，縱梁構(gòu)造鋼筋與橋路面板的預(yù)埋鋼筋進(jìn)行連接，縱墊梁上放置人行道蓋板，蓋板擱置長度宜控制為5cm 左右，蓋板采用預(yù)制，人行道設(shè)置1%的橫坡排水。設(shè)計時應(yīng)注意預(yù)埋鋼筋的間距和錨固長度以及人行護(hù)欄欄桿間距等指標(biāo)是否滿足相關(guān)規(guī)范要求。

車行道防撞欄桿：隔離欄桿可采用鋼板焊立柱，縱梁通過法蘭盤螺栓連接。

實施階段分為三個階段七個流程。三個階段：準(zhǔn)備階段、施工階段、竣工階段。七個流程：施工準(zhǔn)備→拆除欄桿、人行道、橋面鋪裝（部分）、挑梁→運輸安裝挑梁并搭接→搭設(shè)支架澆筑縱墊梁→橋面鋪裝→安裝欄桿，交安設(shè)施→檢驗簽證。

4 結(jié)語

石拱橋橋面系加固改造設(shè)計的經(jīng)濟(jì)效益突出，設(shè)計時除了充分掌握原設(shè)計文件信息、橋梁檢測報告等資料，還必須重視現(xiàn)場交通情況、施工對主體結(jié)構(gòu)的擾動，綜合考慮，設(shè)計才能兼顧安全、美觀、實用。

挑梁設(shè)計是重難點。加寬人行道對設(shè)計人員的驗算水平提出更高要求，挑梁的設(shè)計必須確保尺寸和配筋均滿足規(guī)范要求。此外，考慮半幅通行和半幅施工，挑梁一般采用預(yù)制設(shè)計，此時需要特別注意預(yù)埋筋的設(shè)計以及后澆連續(xù)段的鋼筋搭接設(shè)計，確保構(gòu)件之間的有效聯(lián)系。根據(jù)受力情況，挑梁安裝順序一般從兩側(cè)拱腳位置開始，安裝方向沿縱橋向?qū)ΨQ于拱頂。

人行道縱梁設(shè)計要注意其防撞性能以及鋼筋錨固長度和車行道防撞欄桿的連接設(shè)計。采用半幅通行半幅封閉施工的方式，由于國省干線全天過往重車多，人流量大，安全隱患大，因此需加強(qiáng)交通管制，項目施工全周期內(nèi)應(yīng)設(shè)專人組織交通安全管理，原則上全天實行安全管制。

通過對本文提及的設(shè)計方法應(yīng)用，能有效解決以往設(shè)計工作中存在的安全問題，進(jìn)一步完善國省道復(fù)雜交通狀況下石拱橋橋面系加固改造設(shè)計中存在的普遍性問題，使石拱橋的經(jīng)濟(jì)效益更加突出，充分發(fā)揮出應(yīng)有的作用和效果。