牡丹江大橋改建項目設計與施工

付忠安+王小平+顧亮

摘 要：原牡丹江大橋建于1984年，橋長520米，13跨，每跨40米，橋寬20.8米，雙向四車道，簡支T梁結構。本項目將對其進行拓寬改造，拓寬后的牡丹江大橋總寬41.5米，雙向8車道。新建大橋寬21.5米，除邊跨為36米外其余跨徑與舊橋相同，上部結構采用預制小箱梁，簡支轉連續體系。本橋為黑龍江目前規模最大的橋梁改擴建工程，文章重點介紹該橋的總體設計、結構設計、舊橋加固及施工技術難點等，為同類橋梁的設計與施工提供參考。

關鍵詞：牡丹江大橋；舊橋加固；拓寬改造

中圖分類號：U442 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）22-0103-03

1 工程概況

原牡丹江大橋建于1984年，橋長520米，13跨，每跨40米，橋寬20.8米，雙向四車道，簡支T梁結構。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，所以大橋本身已經成為南北兩岸交通通行和經濟發展的瓶頸，對其實施拓寬改造已是勢在必行。拓寬后的牡丹江大橋總寬41.5米，雙向8車道。新建大橋寬21.5米，除邊跨為36米外其余跨徑與舊橋相同，上部結構采用預制小箱梁，簡支轉連續體系，下部結構采用鉆孔灌注樁、橋墩樣式與舊橋一致為墻式墩。

2 主要技術標準

（1）道路等級：城市主干路；（2）設計速度：50km/h；（3）荷載標準：城-A級（舊橋：汽-20，掛100）；（4）設計使用年限：100年；（5）橋面布置：0.5m（欄桿）+2.4m（人行道）+0.35m（隔離欄）+3.0m（非機動車道）+14m（機動車道）+0.5m（隔離欄） +14m（機動車道）+0.35m（隔離欄）+3.5m（非機動車道）+2.4m（人行道）+0.5m（欄桿）=41.5m；（6）抗震設防要求：基本烈度6度；（7）橋梁設計安全等級：一級，γ0=1.1；（8）防洪標準：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 總體設計

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，便成了考驗設計智慧的一個難點。由于新舊橋結構形式差異大，且舊橋已經完成沉降，為避免差異沉降，新舊橋間設計了3cm寬的型鋼沉降縫。經過反復比選論證，新舊橋各布置4個車道，并將此斷縫恰與雙黃線位置重合，這樣的設計不但受力合理，而且可以完美的掩蓋新舊橋間的空隙。

在新舊橋外側設置裝飾柱擱置裝飾拱，不但可以在裝飾拱上設計歐式花鏈遮擋舊橋的熱力管線，而且裝飾柱本身可以設計成觀景平臺，既方便了游人駐足觀賞江景，也起到了紓解過橋人流，保證行人安全的作用，同時，這些觀景臺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。

在設計裝飾拱時，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 結構設計

4.1 上部結構

本橋采用預制小箱梁結構，結構體系為簡支轉連續。橫橋向布置7片單箱梁，主梁間距為3.03m，其預制寬度中梁為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。跨中及梁端設橫隔板。

裝飾拱采用鋼箱結構，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 下部結構

橋墩采用墻式橋墩，基礎采用鉆孔灌注樁。承臺高2.5m。每個承臺下設4根直徑1.5m鉆孔灌注樁。一般墩采用圬工結構，制動墩采用鋼筋砼結構。

橋臺采用輕型橋臺，承臺高2.0m，樁基為直徑1.3m鉆孔灌注樁。

裝飾柱橫橋向結構寬2.3m，順橋向結構寬為2m，圬工結構，頂板厚0.2～0.3m，外掛石材裝飾。裝飾柱下為破冰棱，承臺高2.5m，上游設4根直徑1.5m鉆孔灌注樁，下游設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。

橋頭堡基座順橋向寬7.0m，橫橋向寬6.0m，壁厚0.5m，承臺高2.0m，下設5根直徑1.3m鉆孔灌注樁。

4.3 結構計算

整體計算采用Midas/Civil2012 V8.0.5版進行計算。在實際建模中，對主梁采用梁單元模擬，如圖2所示。

全橋采用梁格模型，支座采用彈性連接模型。邊支點采用四氟板式橡膠支座；邊中支點為中支點非固定墩，采用盆式橡膠支座，單向滑動（順橋向滑動）；中支點為中支點固定墩，采用板式橡膠支座。各個墩頂處每片梁底設置設置2個支座，一聯共70個支座。

計算模型共分7個施工階段及1個運營階段（詳見下表1）。

經計算，計算結果均滿足規范要求。

5 舊橋加固設計

5.1 舊橋現狀

牡丹江大橋舊橋始建于1982年5月，于1984年9月建成通車，由北京市市政設計院設計，設計荷載等級為汽車-20級、掛車-100，人群荷載為3.5kN/m2，兩端橋頭現設20t限載標志牌。每跨上部結構均由8榀預應力混凝土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寬的現澆濕接帶，每跨主梁間均設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，舊橋的受力狀態發生變化，無法滿足原設計荷載等級要求。經檢測，大橋技術狀況總體評定為B級（良好狀態），能滿足現有交通功能要求，因此經過專家評審會討論，建議改造加固后的橋梁維持原有荷載設計標準，不宜提高設計荷載等級。

5.2 加固措施

5.2.1 主體結構

通過采用Midas/Civil計算軟件，仿照實際狀況進行建模計算，拓寬改造后，原舊橋共有5片T梁承載能力不能滿足設計荷載等級安全承載能力要求。由于體外預應力加固技術不僅能提高結構承載力，而且提高了結構剛度，降低結構撓度和減小裂縫寬度，也提高了結構彈性恢復能力，同時具有施工方便和不過多增加結構自重等優點，因此本工程采用體外預應力技術對這5片T梁進行加固，并對影響結構耐久性及使用性的病害一并維修及修復，保證結構的安全運營。

5.2.2 橋面系

鑿除全橋橋面鋪裝、兩側欄桿和人行道，重新鋪筑橋面鋪裝，橫坡設為單向坡，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合面鋼筋，縱橫交錯布置。新舊橋在縱向接縫處設置縱向伸縮縫，且在相接的舊橋翼板底面增設不銹鋼板滴水槽。

在橋梁西側建澆人行道，并新設花崗巖欄桿，重新對人行道磚面進行鋪砌。

5.2.3 耐久性修補

對全橋兩側邊梁與中梁間翼緣、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晶型漿料進行耐久性防護。

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

6 施工技術難點

（1）采用預應力鋼套箱技術，確保了水中封底成功，保證了橋梁下部結構施工的工期和質量。

（2）受工程整體施工進度及施工成本影響，本工程需要進行冬季施工，通過采用提高混凝土標號，調整混凝土配合比和加入防凍劑，搭設保溫棚，鍋爐供暖，炭爐加熱、暖風炮加熱等措施，保證冬季施工質量。整個冬季施工期間完成了主橋下部結構的90%的工程量，累計澆筑17000m3，在經歷一個冬季施工后，現場所有冬施結構經檢測，合格率達到100%。實現了省內乃至東北地區冬施的歷史性突破，為盡早架梁及工程竣工創造了條件。

（3）為使得加固作業得以順利進行，項目部技術人員開展技術創新活動，并成功設計了可以懸吊在T梁下方的作業平臺，申報了專利。通過懸吊平臺，施工作業人員可在梁下完成支座更換、裂縫修補、體外預應力束的安裝及張拉、混凝土表面的防腐處理等作業。

（4）采用同步頂升方法成功更換舊橋支座。

（5）由于植筋施工時間在3、4月份，氣溫在-5度到15度左右。而常規植筋施工過程要求氣溫達到15度以上才能施工，為此展開了非常規氣溫條件的植筋技術研究。通過植筋膠的現場工藝性試驗，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，鋼筋的埋設深度應大于15d、孔徑應比鋼筋直徑大4-6mm；在進行成孔作業時，將鋼筋植入孔內后，要在常溫下進行養護作業，經過實驗確定，必須從底部開始注膠，膠水的流動性越好對植筋質量越有保證。

7 結束語

隨著我國經濟和交通基礎建設的發展，將有越來越多尚有使用價值的橋梁面臨拓寬、加固等改造工程。本文對牡丹江大橋改建工程的設計和施工技術做了較為詳細的介紹，旨在對舊橋拓寬改造項目及冬季施工項目積累寶貴的經驗，具有一定的實用價值，可供今后同類橋梁的設計、施工借鑒和參考。

參考文獻：

[1]唐寧.橋梁加寬改造設計與施工[J].交通世界：工程技術，2014，7.

[2]王靜，裴偉民，葉政權.橋梁建設工程的施工設計措施[J].中國水運月刊，2015，15（9）.