國省道復雜交通狀況下石拱橋橋面系加固改造設計研究

文/騰杰

1 前言

橋梁設計與建設會考慮材料的供應經濟性，在山區國省道的公路建設中，橋梁建設主要材料之一的石料取材較為方便、造價經濟、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構仍基本完好，可以說石拱橋在特定的地形條件下是較優的橋型，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，設計人員在對橋面系進行加固改造設計的時候存在諸多難題，既要保證結構安全實用，又要考慮復雜交通條件下的施工保暢。

2 石拱橋橋面系加固改造設計問題

國省道的石拱橋往往跨河而建，承擔周邊的唯一交通要道的角色，橋面行車道凈寬一般設計為7m，人行道單側全寬在1m 左右，多采用懸挑結構，此類石拱橋的人行道兩側多采用混凝土花式護欄，橋面系是石拱橋病害的主要體現點[2]。另外，在行車道與人行道間未設置任何可靠防護結構，即未設置行車道防撞欄桿，因此高速運行的車輛對行人和人行道結構均存在嚴重的安全威脅。設計人員對橋面系進行加固改造的時候需要考慮行車道防撞設計、人行道懸臂加寬、橋面與引道標高的銜接、復雜交通的施工保暢以及工程造價等諸多方面。若現役舊拱橋橋面寬度不足預加寬橋面，設計人員往往采用擴大截面法、套拱加寬等方法，雖然有效，且設計思路相對簡單明確，但此類改造方案一般不經濟，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構影響較大，因此采用橋面系改造的方案往往更有優勢，而非簡單考慮拆除或主體結構加寬的方案。根據調查，處于城鎮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，應盡可能考慮保留[3]。

3 優化設計措施

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95cm 構成，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70年代，該橋所在道路為周邊鄉鎮交通的主要跨河通道，交通十分繁忙，繞行的路線長度達到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，重新預制挑梁、增加人行道寬度、增設防撞欄桿、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《公路橋涵設計通用規范》（JTGD60-2015）3.4.2 條和實際要求確定）。

圖2 橋面系加固改造設計

挑梁：根據計算設計挑梁長度為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制吊裝，后澆設計，設計需要重視后澆段鋼筋搭接以及人行道縱梁的預埋筋設計。

圖3 挑梁設計

橋面鋪裝：為了滿足規范要求，下層設計為不小于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整，橋梁中心處瀝青路面厚15cm，橋梁兩側邊緣瀝青路面厚8cm[5]。

人行道：人行道寬度為1.5m，高出路面35cm，人行道設置1%的橫坡排水，人行道外側設置高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，縱梁構造鋼筋與橋路面板的預埋鋼筋進行連接，縱墊梁上放置人行道蓋板，蓋板擱置長度宜控制為5cm 左右，蓋板采用預制，人行道設置1%的橫坡排水。設計時應注意預埋鋼筋的間距和錨固長度以及人行護欄欄桿間距等指標是否滿足相關規范要求。

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：準備階段、施工階段、竣工階段。七個流程：施工準備→拆除欄桿、人行道、橋面鋪裝（部分）、挑梁→運輸安裝挑梁并搭接→搭設支架澆筑縱墊梁→橋面鋪裝→安裝欄桿，交安設施→檢驗簽證。

4 結語

石拱橋橋面系加固改造設計的經濟效益突出，設計時除了充分掌握原設計文件信息、橋梁檢測報告等資料，還必須重視現場交通情況、施工對主體結構的擾動，綜合考慮，設計才能兼顧安全、美觀、實用。

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

人行道縱梁設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，因此需加強交通管制，項目施工全周期內應設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計方法應用，能有效解決以往設計工作中存在的安全問題，進一步完善國省道復雜交通狀況下石拱橋橋面系加固改造設計中存在的普遍性問題，使石拱橋的經濟效益更加突出，充分發揮出應有的作用和效果。