某大桥桥梁改扩建方案比选研究
2017-03-20
1 概述
本桥位于某省道跨越石头河处，老桥采用16+30+8×16m简支T梁跨越，桥面布置为1.5+9+1.5=12m，T梁结构宽度为11.2m，老桥设计荷载等级为汽-20，挂-100，人群荷载为3.5kN/m2。需要对原有大桥进行改建，改建后宽度为24.5m，行车道为双向四车道。
2 老桥现状检测及验算
2.1 桥梁现状
每跨桥面均有较长的纵向裂缝，部分跨径桥面有横向裂缝，裂缝总长约为325m，桥面破碎严重。左右侧护栏局部有锈胀露筋现象，且护栏连接块有多处松动；人行通道表面混凝土老化剥落严重；人行道板底面横挑梁混凝土均不同程度风化、剥落，钢筋锈胀；左侧护栏局部有破损露筋。伸缩缝堵塞现象较严重。泄水孔排水通畅。16mT梁翼板底面均有碎裂、露筋、锈蚀现象；T梁翼板底面及横隔板湿接缝位置均有修补。
16mT梁在1/2位置及1/4位置均有多条竖向裂缝，裂缝宽度为0.15mm。
0-1#立柱表层大量干缩裂缝；0#台帽及2#、3#、4#盖梁表层混凝土均有风化、剥落现象，且多处锈胀露筋，其中0#台盖梁锈胀长1.2m；第1、2排立柱下部均有冲蚀现象；第1、4、7排立柱表层混凝土均有风化、剥落现象，局部锈胀露筋。
2.2 检测结论
桥面系及附属结构综合评定等级为三类；上部结构综合评定等级为四类；下部桥墩及基础综合评定等级为三类；桥台及基础综合评定等级为二类，本桥综合评价等级为三类桥梁。
2.3 桥梁结构验算
采用“桥梁博士V3.0”对T梁进行分析计算，并以《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）为标准进行检算。结构按A类预应力混凝土结构进行检算。
装配式预应力混凝土简支T梁，共7片T梁。梁间距1.6m，其中内梁预制宽度1.58m、边梁预制宽度1.58m，翼缘梁中间湿接缝宽度0.26m。主梁跨中肋厚0.16m，两端部均匀加厚段0.36m。其中30m主梁高度1.9m，16m主梁高度1.1m。
通过对30m预应力T梁设计图纸的验算，持久状况承载能力极限状态中端部附近个别截面抗剪截面尺寸不满足要求；使用阶段T梁混凝土下缘最大压应力不满足规范要求；现箍筋采用R235直径为8mm，不满足规范要求；其它状况的各项指标均满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）的要求。
通过对16m装配式T梁设计图纸的验算，其承载能力极限状态下跨中附近抗弯能力不满足规范要求，边梁和中梁抗剪能力满足规范要求，边梁抗剪截面尺寸不满足规范要求；正常使用极限状态下的中梁裂缝满足规范要求，边梁裂缝宽度不满足规范要求。
3 设计方案
所跨河为规划六级航道，原老桥桥跨净高、净宽均不满足通航和洪评要求，结构宽度11.2m不满足半幅桥宽要求，根据计算结构，16mT梁边梁最大弯矩效应值2069N.m，最大弯矩抗力值1426KN.m，加固需要提高承载力达到50%以上，抗弯能力严重不足。
建议对老桥进行拆除，新建一座同时满足通航和洪评要求的新桥。
4 桥梁方案比选
4.1 推荐方案
孔径布置：4x25+3x45+25+25+22m。本桥断面布置为：0.5m（防撞护栏）+11m（行车道）+0.5m（防撞护栏）+0.5m（中分带）+ 11m（行车道）+ 0.5m（防撞护栏）=24.5m。主桥上部结构采用3x45m预应力混凝土等截面连续大箱梁，单箱单室结构，单幅箱梁顶板宽度12.00m ，底板宽度为5.7m ，顶板厚0.25m ，底板厚0.25～0.55m，腹板厚0.5m，梁高2.7m；主桥下部结构采用柱式墩，承台，桩基础。
引桥采用先简支后连续25m预应力混凝土组合小箱梁，梁高1.4m。一幅宽19.0m，单幅桥面2%的单向横坡通过组合箱梁腹板变高度来实现。单幅6片小箱梁，双幅12片。小箱梁采用C50混凝土，预应力均采用低松弛高强钢绞线，公称直径φ15.2mm，标准强度Ryb=1860Mpa。其中，一期束采用3股、4股、5股钢绞线，配YM15-3、YM15-4、YM15-5锚具；二期负弯矩束采用5股钢绞线，配YMB15-5扁锚。下部结构：下部主要为柱式桥墩，肋式桥台，钻孔灌注桩基础。
施工方案：基础按常规方法施工；桥台施工时应与台后填土同时进行，并要求填土分层夯实，不得采用大型机械筑高的方法进行填土。一孔主桥上部的施工主要程序如下：上部箱梁采用搭支架现浇施工。主桥上部的施工主要程序如下：地基处理→搭设满堂钢管支架→支架预压重→铺装底模→测量放样→支座安装→梁部钢筋绑扎→外侧模板安装→隐蔽检查→灌浇梁体混凝土→养护→拆除外侧模板→预应力筋张拉→压浆→拆除底模→拆除支架→完成桥面系施工。
4.2 比较方案
孔径布置：4x25+3x45+25+25+22m。本桥断面布置为：0.5m（防撞护栏）+11m（行车道）+0.5m（防撞护栏）+0.5m（中分带）+ 11m（行车道）+ 0.5m（防撞护栏）=24.5m。主桥上部结构采用3x45m预应力混凝土T梁，单幅5片梁。T梁梁高2.8m，中梁宽1.5m，边梁宽1.85m，现浇湿接缝宽0.95m。T梁采用C50混凝土，预应力均采用低松弛高强钢绞线，公称直径φ15.2mm，标准强度Ryb=1860Mpa。其中，一期束采用9股、10股钢绞线，配OVM15-9、OVM15-10锚具；二期负弯矩束采用5股股钢绞线，配BM15-5扁锚。主桥下部结构采用柱式墩、桩基础。引桥采用和推荐方案相同的结构形式。下部结构：下部主要为柱式桥墩，肋式桥台，钻孔灌注桩基础。
施工方案：基础按常规方法施工；桥台施工时应与台后填土同时进行，并要求填土分层夯实，不得采用大型机械筑高的方法进行填土。主桥上部的施工主要程序如下：兜吊方法进行安装预制主梁→焊接钢筋→绑扎桥面板钢筋→逐跨现浇一期湿接缝→安装墩顶现浇连续段及翼缘板的模板、焊接或绑扎中横梁及翼缘板钢筋→逐墩现浇墩顶连续段及翼缘板混凝土→待现浇墩顶砼强度达到设计强度的90%时，张拉墩顶负弯矩钢束；然后逐孔浇筑剩余部分的砼，形成连续-刚构体系。
4.3 方案比较
参考文献：
[1]范立础.预应力混凝土连续梁桥.北京：人民交通出版社，1996.
[2]姚玲森，桥梁工程.北京：人民交通出版社，1997.
[3]李莉.某大桥通航标准提高后扩建设计方案研究[J].公路交通科技（应用技术版），2012（02）.
作者简介：王静（1981-），女，浙江萧山人，工程师，工学学士，主要从事公路及城市道路桥梁设计工作。
