楊林塘蘇昆太高速公路橋快速化改造方案研究

趙 赫， 徐漢江， 王 鑫

(1.山東巖土勘測設計研究院有限公司，山東 煙臺 264002；2.蘇州交通投資集團有限責任公司，江蘇 蘇州 215008；3.東南大學 交通學院，江蘇 南京 210096)

0 引 言

近年來，隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，江蘇省提出要大力發(fā)展內(nèi)河集裝箱運輸，重點打造蘇南至太倉港等內(nèi)河集裝箱航線[1]。目前，蘇州地區(qū)內(nèi)河高等級航道已初具規(guī)模，但因部分礙航橋梁的影響制約了集裝箱通道網(wǎng)的形成，并存在通航安全隱患[2]。

礙航橋梁的改造需綜合考慮橋梁結構類型、修建年代及礙航原因來做決定，整體上應以投資節(jié)省、改造周期短、對沿河地區(qū)交通影響最小作為主要原則[3]。礙航橋梁主要分為三大類，第一類為凈寬不滿足通航要求，第二類為凈高不滿足通航要求，第三類為凈高、凈寬均不滿足通航要求。第一類和第三類橋梁必須采用拆除重建的方案，第二類橋梁則需結合橋梁現(xiàn)狀情況進行抬升或者拆除重建。本文將結合楊林塘蘇昆太高速公路橋探討第二類橋梁進行快速化改造時的方案選擇。

1 工程概況

蘇昆太高速公路起自蘇州繞城公路甪直樞紐，向北經(jīng)昆山市正儀鎮(zhèn)、巴城鎮(zhèn)，再自石牌樞紐向東，經(jīng)太倉市西，與滬浮璜一級公路相交，全長73 km，采用雙向四車道(六車道)高速公路標準建設，設計速度為100 km/h，于2005年11月建成通車。

楊林塘蘇昆太高速公路橋在昆山與太倉分界處上跨楊林塘昆山段航道，現(xiàn)狀橋梁全長為765.85 m，全寬為35 m，分左右幅2座獨立橋梁，單幅橋?qū)?7 m，2幅橋梁中間間距為1 m。主橋為主跨85 m的預應力混凝土變截面連續(xù)箱梁，右幅與左幅反對稱布置，主墩采用實體墩，橫橋向?qū)挾葹?0 m，厚度為1.5～2.5 m，基礎采用3 m厚承臺接9根直徑φ150 cm鉆孔灌注樁,如圖1所示。引橋采用跨徑30 m的裝配式部分預應力混凝土連續(xù)箱梁，單幅橋橫向設置5片小箱梁，通過濕接縫連接，梁高為1.6 m，結構體系為先簡支后連續(xù)的結構，下部結構為柱式墩接承臺，雙排鉆孔灌注樁基礎，樁徑為1.2 m。橋臺采用分離式橋臺，臺樁樁徑采用1.2 cm。

圖1 現(xiàn)狀蘇昆太高速公路橋

蘇昆太高速公路橋的橋梁中心線和航道中心線夾角為120°，主橋位于半徑2 800 m的圓曲線上。橋下通航孔按照內(nèi)河集裝箱通道Ⅲ級航道60 m寬計算時，通航凈高為5.17 m，不滿足7 m的通航凈高要求，礙航問題比較突出。主橋南側的主墩位于水中，墩身與駁岸基本齊平，通行船舶對橋梁存在一定安全隱患。另外，根據(jù)橋梁定期檢測報告，主橋上部結構的技術狀況接近3類，說明橋梁結構具有中度的缺損，對正常使用有一定的影響。因此，蘇昆太高速公路橋的改造必要且迫切。

2 快速化改造方案

針對現(xiàn)狀蘇昆太高速公路橋礙航特點，其主橋跨徑較大，只有通航凈高不滿足通航要求，因此可以采取主橋和引橋整體頂升的改造方案與拆除重建的方案進行比選。

現(xiàn)狀蘇昆太高速公路橋的斷面為雙向六車道+硬路肩，為兩幅獨立的橋梁，因此可采用半幅通車半幅改造的方案，保證施工期間不中斷交通，以減小對區(qū)域交通的影響。經(jīng)過計算，現(xiàn)狀蘇昆太高速公路橋的服務水平為一級，半幅封閉后，臨時改為限速單幅雙向四車道通行，服務水平降為三級，仍可滿足高速公路設計服務水平要求。

基于上述考慮，本工程提出3種快速化改造方案。

2.1 方案一

蘇昆太高速公路橋改造方案一為全橋整體頂升方案，整體頂升是通過千斤頂將橋梁上部結構的重量轉(zhuǎn)移到托換系統(tǒng)上，之后將橋梁結構在同一水平面上整體切斷，并通過PLC系統(tǒng)控制千斤進行頂同步頂升，實現(xiàn)橋梁結構的整體抬高，最后將橋梁截斷部位進行接高加固，完成橋梁的改造[4]，如圖2所示。該方案可以最大限度地改造利用原有橋梁，縮短工程工期，減小對現(xiàn)有交通系統(tǒng)的影響。蘇昆太高速公路橋的最大頂升高度為2.04 m，臺后路基最大加鋪厚度為61.3 cm。該方案頂升后路線的縱坡由老橋的2%提高到最大2.41%，豎曲線的半徑由老橋的16 000 m減小到11 000 m，路線的線形指標有所降低。另外，該方案不能提升老橋的服役性能，南側主墩仍位于駁岸內(nèi)側，有一定的船撞風險。

圖2 方案一主墩頂升系統(tǒng)布置示意圖

方案一改造施工時采用半幅通車半幅施工方案?？焖偈┕し桨赴慈缦虏襟E進行：

(1) 圍擋右半幅橋梁；將雙向交通流引至左半幅，雙向四車道限速通行。

(2) 施工右幅橋的頂升支撐及限位系統(tǒng)。

(3) 將主橋及兩側四聯(lián)引橋頂升至設計高程。

(4) 施工接線道路加鋪層及橋面系附屬設施，荷載試驗，開放臨時交通。

重復以上步驟(1)～(4)，改造另外半幅橋，直至全橋改建完成，全面開放交通。整個工期約為10個月。

2.2 方案二

蘇昆太高速公路橋改造方案二為全橋拆除重建方案，新建主橋采用變截面預應力混凝土連續(xù)梁橋，如圖3所示，主跨跨徑為100 m，一跨過河，兩幅橋錯孔布置；引橋采用跨徑為30 m的預應力混凝土裝配式箱梁橋，橋梁全長增加到1 004.5 m。該方案可以顯著提升全橋的服役性能，兩側主墩均位于駁岸外側，消除了船撞風險。但由于主橋梁高比老橋還大，因此路線的縱坡由老橋的2%提高到最大2.82%，豎曲線的半徑由老橋的16 000 m減小到12 000 m，路線的線形指標有所降低。

圖3 方案二立面布置圖

方案二改造施工時也采用半幅通車半幅施工方案。為減小對航道通航的影響，主橋采用懸臂澆筑施工?？焖偈┕し桨赴慈缦虏襟E進行：

(1) 圍擋右半幅橋梁；將雙向交通流引至左半幅，雙向四車道限速通行。

(2) 將右半幅主橋以及兩側四聯(lián)引橋的上下部結構全部拆除。

(3) 新建右半幅主橋及兩側六聯(lián)引橋。

(4) 右半幅橋面系附屬設施施工，成橋荷載試驗，開放臨時交通。

重復以上步驟(1)～(4)，改造另外半幅橋，直至全橋改建完成，全面開放交通。整個工期約為40個月。

2.3 方案三

蘇昆太高速公路橋現(xiàn)狀主橋采用變截面預應力混凝土箱梁結構，主墩附近梁高為4.8 m。方案三為主橋拆除重建方案，即僅拆除主橋，新建主橋采用低梁高的下承式鋼桁架橋(考慮橫坡梁高約2.2 m)，如圖4所示，可以顯著提升橋下凈空。路線縱斷面不變，原有引橋不動，主橋通航凈高尚有約0.65 m富余。主橋鋼桁架橋采用簡支結構，為了一跨跨過通航水域，主橋跨徑增大為93.4 m，兩側各增設兩跨現(xiàn)澆箱梁引橋與老橋引橋相接。

圖4 方案三立面布置圖

方案三改造施工時仍采用半幅通車半幅施工方案。為減小對航道通航的影響，主橋采用浮拖法施工?？焖偈┕し桨赴慈缦虏襟E進行：

(1) 圍擋右半幅橋梁；將雙向交通流引至左半幅，雙向四車道限速通行。

(2) 拆除右半幅主橋上部結構以及老橋主墩。

(3) 新建右半幅主墩、邊墩樁基及承臺。

(4) 新建主橋主墩和邊墩。

(5) 新建主橋邊跨上部結構。

(6) 在引橋及主橋邊跨橋面預制主橋鋼桁架，以浮船為臨時支撐，將新建主橋鋼桁架頂推就位。

(7) 右半幅橋面系附屬設施施工，成橋荷載試驗，開放臨時交通。

重復以上步驟(1)～(7)，改造另外半幅橋，直至全橋改建完成，全面開放交通。整個工期約為18個月。

3 方案比選

通過對三個方案的結構性能提升、路線線形指標、橋墩船撞風險、交通組織、施工工期及工程造價等方面的綜合比選(表1)，推薦采用方案三即主橋拆除重建鋼桁架橋的方案。

表1 蘇昆太高速橋快速化改造方案比選

4 結束語

目前，我國內(nèi)河航道上仍存在較多礙航橋梁亟待改造，如何快速、經(jīng)濟地對礙航橋梁進行改造是該類工程項目的關鍵。礙航橋梁的拆除重建雖然能達到航道提升的目的，但面臨著投資大、工期長、影響沿線交通、環(huán)境污染大等問題。如何最大限度地改造利用原有橋梁，對減小區(qū)域交通影響和節(jié)省建設成本均具有重要的現(xiàn)實意義。本文根據(jù)蘇昆太高速公路橋的現(xiàn)有建設條件及其礙航改造需求，創(chuàng)新性地提出主橋采用低梁高的下承式鋼桁架橋替換老橋梁高較大的變截面預應力混凝土連續(xù)梁橋，使橋下凈高滿足通航要求，引橋可以完全不動，從而快速、經(jīng)濟地完成橋梁的改造。本工程可為類似礙航橋梁的快速化改造提供技術借鑒。