海寧橋拓寬改建工程方案設(shè)計(jì)淺析

羅海兵，張 濤

（江蘇華新城市規(guī)劃市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 連云港 222006）

1 項(xiàng)目概況

1.1 橋梁現(xiàn)狀

海寧中路跨西鹽河橋建于2003年，橋梁結(jié)構(gòu)為5×13 m簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋，連續(xù)橋面，橋梁的右偏角為75°，橋梁寬度50.5 m，見(jiàn)圖1。

圖1 橋梁立面圖（標(biāo)高單位為m，其它為cm）

橋梁位于海寧中路與鹽河南路交叉口范圍內(nèi)，拓寬改造前，交叉口進(jìn)口道為“一左三直一右”五個(gè)車道，出口道為三個(gè)車道。

三幅橋梁橫向布置為：4.25 m（人行道和欄桿）+6.0 m（機(jī)非混行車道）+3.0 m（側(cè)分帶）+24.0 m（機(jī)動(dòng)車道）+3.0 m（側(cè)分帶）+6.0 m（非機(jī)動(dòng)車道）+4.25 m（人行道和欄桿），見(jiàn)圖2。

圖2 橋梁橫斷面布置圖（單位：cm）

上部結(jié)構(gòu)主梁采用先張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板梁，梁長(zhǎng)12.96 m，板梁高度0.55 m。板梁底標(biāo)高不小于4.0 m。橋面鋪裝原設(shè)計(jì)為14 cm厚鋼筋混凝土現(xiàn)澆層，后期道路改造加鋪了6 cm厚瀝青混凝土。

下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)采用樁接蓋梁橋臺(tái)，橋墩采用樁柱式橋墩，均為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，墩臺(tái)樁徑1.2 m，橋墩柱徑1.0 m。蓋梁橋墩寬1.3 m、橋臺(tái)寬1.2 m。

1.2 橋梁檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)2016年度結(jié)構(gòu)定期檢測(cè)結(jié)果，上部結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)為C級(jí)，板梁有裂縫，但裂縫寬度均不超過(guò)0.15 mm。

2019年度結(jié)構(gòu)定期檢測(cè)，機(jī)動(dòng)車道上部結(jié)構(gòu)評(píng)定為D級(jí)橋-不合格級(jí)，病害板梁主要分布在中幅機(jī)動(dòng)車道橋的南半幅，為板梁的腹板斜裂縫寬度超過(guò)0.15 mm，部分達(dá)到3 mm，斜裂縫距離梁端約1.8 m。與2016年度的檢測(cè)結(jié)果相比，裂縫數(shù)量和裂縫寬度均有明顯的發(fā)展，見(jiàn)圖3。

圖3 板梁腹板斜裂縫（左為2019年，右為2016年）

經(jīng)檢算，原設(shè)計(jì)板梁的抗彎能力和抗剪能力均滿足2003版《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》要求，但安全儲(chǔ)備不一致。在超載車輛（由西向東行駛較多）的作用下，板梁因抗剪承載能力不足導(dǎo)致腹板斜裂縫超標(biāo)，但跨中未見(jiàn)異常，其抗彎承載能力尚能承受超載車輛荷載。

1.3 橋梁改建概況

鑒于板梁的嚴(yán)重病害，及對(duì)橋梁上機(jī)非混行的現(xiàn)狀，采用拆除中幅橋上部結(jié)構(gòu)，利用既有的側(cè)分帶空間拓寬中幅橋的改建方案。

2 改建設(shè)計(jì)

2.1 改建設(shè)計(jì)分析

與新建橋梁相比，橋梁改建設(shè)計(jì)的限制條件及需要考慮的設(shè)計(jì)要素頗多，方案在執(zhí)行2014版《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的基礎(chǔ)上，主要考慮的要素：

（1）新建結(jié)構(gòu)按2014版《標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)計(jì)，而利用的現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)是按照2003版《標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)計(jì)的；

（2）現(xiàn)狀橋梁13 m跨度板梁梁高0.55 m，2014版《標(biāo)準(zhǔn)》汽車荷載增大，板梁承載能力提高，且從構(gòu)造措施上提高了鋼筋混凝土的耐久性，板梁梁高調(diào)整為0.70 m；

（3）2011版《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》要求7度區(qū)13 m預(yù)應(yīng)力空心板梁在蓋梁上的擱置長(zhǎng)度不小于76.5 cm，現(xiàn)狀蓋梁寬度不滿足抗震要求；

（4）縱斷面宜與現(xiàn)狀保持基本一致，以減小橋兩端特別是鹽河南路交叉口區(qū)域路面抬高銜接工程量；

（5）以人為本，優(yōu)化現(xiàn)狀交叉口，機(jī)非分行。

2.2 改建設(shè)計(jì)方案

拆除中幅橋的橋面鋪裝、預(yù)應(yīng)力空心板梁、支座、搭板和蓋梁，拆除側(cè)分帶，銑刨非機(jī)動(dòng)車道瀝青混凝土面層和更換支座，見(jiàn)圖4。

圖4 中幅橋拆除示意圖（單位：cm）

在側(cè)分帶位置新建兩個(gè)樁基，新建蓋梁、板梁和橋面系。板梁底標(biāo)高按不小于3.85 m控制，保持新建橋面標(biāo)高與現(xiàn)狀橋梁標(biāo)高基本一致。改建后中幅橋橋面凈寬為28.0 m，設(shè)置5個(gè)進(jìn)口道和3個(gè)出口道，包含兩個(gè)BRT專用車道，見(jiàn)圖5。

圖5 橋梁改建示意圖（單位：cm）

新建樁基采用鉆孔灌注樁，樁底標(biāo)高、截面尺寸與現(xiàn)狀保持一致，樁徑1.2 m，柱徑1.0 m。中幅橋利用的樁、柱材料強(qiáng)度和承載能力經(jīng)驗(yàn)算滿足改建后的2014版《標(biāo)準(zhǔn)》的受力要求。

3 危險(xiǎn)性較大分部分項(xiàng)工程方案及驗(yàn)算

3.1 拆除、吊裝方案

3.1.1 拆除、吊裝方案考慮因素

（1）主體結(jié)構(gòu)拆除宜先拆除非承重結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)施，再拆除承重結(jié)構(gòu)。

（2）分析確定拆除順序及方向，確定吊車擺放位置并記錄吊裝作業(yè)半徑內(nèi)的吊重能力，確認(rèn)切割線并放線定位，為拆除部位設(shè)置吊裝孔槽，按最大切割塊重量配備吊車，做好吊裝、轉(zhuǎn)運(yùn)、破碎、碴土處理工作。

（3）拆除與新建在工序上相結(jié)合，如在拆除板梁過(guò)程中，利用現(xiàn)狀橋面平臺(tái)施工鉆孔灌注樁；拆除過(guò)程與塊件吊裝過(guò)程相配合，如橋面系分步拆除、吊車與運(yùn)梁車相協(xié)調(diào)；還需考慮吊車旋轉(zhuǎn)范圍、運(yùn)梁車進(jìn)出路線等。

（4）分析在拆除、吊裝、運(yùn)輸過(guò)程中，板梁、蓋梁、樁柱等結(jié)構(gòu)的最不利工況和承載能力。

3.1.2 拆除、吊裝方案

橋面系拆除施工流程：中央護(hù)欄拆除、側(cè)分帶拆除、橋面瀝青面層銑刨。

板梁拆除施工流程：由東向西、由南向北依次拆除；先切割橋面鋼筋混凝土鋪裝層和鉸縫以分割板梁，再逐片吊裝板梁；切割一跨吊裝一跨，吊機(jī)所在跨橋面鋪裝和鉸縫不得切割，見(jiàn)圖6。

圖6 板梁拆除吊裝順序圖

板梁拆除前進(jìn)行臺(tái)后土壓力引起橋臺(tái)偏載、單邊恒活載引起橋墩偏載的檢算。

蓋梁拆除施工流程：將蓋梁按下圖所示順序切割，柱頂以上蓋梁塊段人工鑿除，其余塊段吊裝運(yùn)離現(xiàn)場(chǎng)處理，見(jiàn)圖7。

圖7 蓋梁拆除順序圖（單位：cm）

注意切割順序10時(shí)，塊體H對(duì)邊柱的不平衡彎矩。

為了保證樁柱鋼筋的完整性，樁柱頂剩余蓋梁采用小型碎型錘施工，離設(shè)計(jì)標(biāo)高頂30cm處采用風(fēng)鎬人工鑿除處理。

3.2 拆除、吊裝不利工況下板梁承載力檢算

采用筆者編寫的橋梁荷載試驗(yàn)計(jì)算程序，通過(guò)吊車荷載和設(shè)計(jì)汽車荷載作用下的板梁關(guān)鍵截面內(nèi)力的比值（荷載試驗(yàn)中的加載效率），初步判斷板梁是否可承載吊車。

3.2.1 板梁抗彎承載能力計(jì)算

分別按杠桿法和鉸接板法計(jì)算既有中幅橋的梁端和跨中橫向分布影響線，見(jiàn)圖8。

圖8 中幅橋板梁的橫向分布影響線

計(jì)算設(shè)計(jì)汽車荷載作用下各主梁的橫向分布系數(shù)、各主梁的最大彎矩，結(jié)果見(jiàn)圖9。

圖9 汽車荷載主梁橫向分布系數(shù)、最大彎矩

設(shè)計(jì)汽車荷載作用下，板梁跨中最大彎矩約為270 kN·m。

采用130 t吊機(jī)，吊裝蓋梁時(shí)起重量約106 kN，工作半徑約16.0 m。吊車在靠近中幅橋邊緣安裝就位，計(jì)算以下工況板梁的彎矩?cái)?shù)值。

工況一：吊車在靠近中幅橋邊緣安裝就位，尚未起吊。吊車總重約960 kN，每個(gè)支撐點(diǎn)重量240 kN。

工況二：起吊蓋梁，前腳每個(gè)支撐點(diǎn)受力453 kN，后腳每個(gè)支撐點(diǎn)受力102 kN。

工況三：起吊蓋梁，吊機(jī)在工況二的基礎(chǔ)上旋轉(zhuǎn)180°，后腳每個(gè)支撐點(diǎn)受力453 kN，前腳每個(gè)支撐點(diǎn)受力102 kN。

計(jì)算各工況作用下的板梁彎矩與設(shè)計(jì)汽車荷載作用下的彎矩比值，結(jié)果見(jiàn)圖10。

圖10 吊車荷載作用下主梁彎矩

吊車荷載作用下的板梁彎矩，最大為設(shè)計(jì)汽車荷載作用下的0.79，板梁抗彎承載能力滿足要求。

3.2.2 抗剪承載力驗(yàn)算

分析主梁的橫向分布影響線，板梁在工況二作用下梁端的剪力值最大，即吊機(jī)前腳每個(gè)支撐點(diǎn)受力453 kN，后腳每個(gè)支撐點(diǎn)受力102 kN。

考慮靠近支座處橫向分布系數(shù)較大，接近單板受力，取吊車荷載作用下板梁最大剪力為453 kN。

板梁抗剪承載力約為324 kN，板梁自重作用下剪力122 kN，單塊板的可承受的汽車荷載剪力約為202 kN，需453/202=2.2塊板梁提供抗剪承載力。因此吊機(jī)支腳位置需設(shè)置橫向分配梁做荷載分配，橫向分配梁長(zhǎng)度按不小于3.0 m設(shè)置。

3.2.3 承載能力驗(yàn)算結(jié)論

拆除、吊裝運(yùn)輸過(guò)程中，既有中幅橋板梁抗彎承載能力滿足要求；單片梁抗剪能力不足，吊機(jī)支腳位置需設(shè)置橫向分配梁，分配梁長(zhǎng)度按不小于3.0 m設(shè)置。

4 結(jié) 語(yǔ)

海寧橋改建工程采用拆除中幅橋上部結(jié)構(gòu)和蓋梁，拓寬中幅橋的改建方案。拆除吊裝方案的確定考慮起吊能力、工作條件、拆建結(jié)合等多方面因素，并結(jié)合既有板梁承載能力的加載效率比較結(jié)果編制方案，有效縮短項(xiàng)目總工期、降低工程總投資，最終順利完成橋梁的拆建工作。開放交通一年多，各方面運(yùn)營(yíng)指標(biāo)良好，對(duì)類似工程具有一定的借鑒意義。