蘇南運河長橋快速化改造方案研究

徐漢江， 王新明， 李秉南

(1.江蘇省蘇州市航道管理處，江蘇 蘇州 215008；2.東南大學建筑設計研究院有限公司，江蘇 南京 210096)

0 引 言

近年來，江蘇省內河航道運輸持續(xù)健康發(fā)展，在國家戰(zhàn)略物資運輸、服務地區(qū)經濟社會發(fā)展、新型城鎮(zhèn)化建設和綜合交通運輸體系構建等方面發(fā)揮了重要作用[1]。但是隨著經濟社會的不斷發(fā)展，江蘇省內河運輸結構需要進行調整，將以推進大宗貨物、集裝箱運輸“公轉鐵”“公轉水”及集裝箱多式聯(lián)運作為主攻方向，明確提出了大力發(fā)展內河集裝箱運輸的要求，重點打造蘇南至太倉港等內河集裝箱航線[2]。目前，蘇州地區(qū)內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的形成，并存在通航安全隱患[3]。

礙航橋梁改造需根據橋梁結構類型、修建年代及礙航原因綜合考慮后決定，整體應以投資節(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[4]。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。因此對礙航橋梁的快速化改造方案進行研究可以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[5]。

1 工程概況

長橋位于蘇州市吳中區(qū)東吳南路，上跨蘇南運河航道，建成于1989年。主橋采用三跨簡支T梁橋，引橋采用先張法預應力混凝土空心板梁。橋梁跨徑布置為：9×16+30.5+51.76+30.5+9×16 m，主橋長112.86 m，引橋長296.46 m，橋梁全長408.32 m。長橋主橋現(xiàn)狀橋面為雙向4車道，兩側各設5 m非機動車道和2 m寬人行道。橋面中間和機非車道之間設置隔離欄。

長橋主跨橋下單孔雙向通航，通航孔設計凈寬50 m，凈高7 m，凈寬不滿足內河集裝箱通道三級航道的要求(80×7 m)，通行船舶對橋梁的結構安全造成了較大的隱患。橋位處上下游水面開闊，如圖2所示，使得本橋的礙航問題更加突出，是蘇南運河航道等級提升的一大瓶頸。

圖1 現(xiàn)狀蘇南運河長橋

針對現(xiàn)狀長橋礙航特點，主跨兩個主墩必須拆除，調整主跨跨徑。為實現(xiàn)快速化改造，降低造價，采取引橋不動，只改造3跨主橋的思路，道路縱斷面維持原狀不動，主橋采用高跨比較小的結構形式。同時老橋橋面較寬，并且橫向采用預制拼裝的結構形式，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。

基于上述難點，本工程提出2種快速化改造方案。

2 快速化改造方案

2.1 方案一

長橋改造方案一是將主跨跨徑增大至84 m，一跨跨越通航孔，邊跨縮短成14.43 m先張法預應力混凝土空心板。為盡量降低梁高，適應道路縱斷面變化，滿足結構受力要求，主跨采用變高簡支鋼箱梁結構。鋼箱梁梁高采用跨中高支點低的變截面形式，符合簡支梁彎矩特征，最大限度利用材料強度。本方案具有線條明晰，簡潔大方的景觀效果，如圖2所示。

圖2 長橋改造方案一效果圖

方案一改造施工時采用半幅通車半幅改造方案，實現(xiàn)臨時保通，如圖3所示。考慮到鋼箱梁整孔一次吊裝施工難度大，施工時借助老橋中間墩分三段吊裝，后現(xiàn)場焊接連成整體。快速施工方案按如下步驟進行：①改造半幅老橋使之滿足臨時通行需求，中斷另外半幅老橋交通；②拆除半幅橋橋面系和上部結構；③施工新建橋墩蓋梁；④兩側邊跨空心板梁吊裝；⑤主橋鋼箱梁分段吊裝；⑥現(xiàn)場拼裝主橋鋼箱梁；⑦拆除新建鋼箱梁橋下老橋橋墩墩柱；⑧施工鋼箱梁橋面系鋪裝、人行道、欄桿等附屬設施；⑨半幅新建主橋成橋荷載試驗，竣工通行。重復以上步驟①～⑨，改造另外半幅橋，直至成橋竣工。施工工期約為8個月。

圖3 方案一快速施工示意圖

本文采用MIDAS軟件對方案一84 m主跨進行建模分析驗算，計算結果表明：基本組合作用下鋼箱梁頂板最大壓應力184.6 MPa，底板最大拉應力202.9 MPa。汽車活載作用下最大豎向位移12.1 cm，人群活載作用下最大豎向位移2.17 cm。結構整體應力及變形均滿足規(guī)范要求。結構動力特性分析表明：結構第1階振型為整體豎彎，振動頻率0.92 Hz。結構整體較柔，橋梁在行車激勵下可能產生明顯的振動，影響橋上行人的舒適性。

2.2 方案二

為進一步減小梁高，同時提升橋梁景觀效果，長橋改造方案二采用簡支梁拱組合體系橋，由鋼拱承擔部分恒載和橋面活載，減小鋼梁受力，從而達到以更小的梁高一跨跨越通航孔，增大通航凈空。主橋跨徑布置同方案一。本方案豐富了橋梁的立面變化，造型優(yōu)雅，結構受力更加合理，如圖3所示。

圖4 長橋改造方案二效果圖

方案二改造施工時仍然采用半幅通車半幅施工方案。為減小吊裝及運輸難度，鋼箱梁和主拱施工時利用老橋中間墩，分三段吊裝，后現(xiàn)場焊接連成整體。快速施工方案按如下步驟進行：①改造半幅老橋使之滿足臨時通行需求，中斷另外半幅老橋交通；②拆除半幅橋橋面系和上部結構；③施工新建橋墩蓋梁；④兩側邊跨空心板梁吊裝；⑤主橋鋼箱梁分段吊裝；⑥現(xiàn)場拼裝主橋鋼箱梁；⑦吊裝主拱圈就位后與主梁現(xiàn)場焊接，安裝吊桿并進行初次張拉；⑧拆除新建鋼箱梁橋下老橋橋墩墩柱；⑨施工鋼箱梁橋面系鋪裝、人行道、欄桿等附屬設施；⑩二次張拉吊桿至成橋索力；半幅新建主橋成橋荷載試驗，竣工通行。重復以上步驟①～，改造另外半幅橋，直至成橋竣工。施工工期約為11個月。

圖5 方案二快速施工示意圖

本文采用MIDAS軟件對方案二84 m主跨進行建模分析驗算，計算結果表明：基本組合作用下鋼箱梁結構最大拉應力120.7 MPa，最大壓應力74.3 MPa，鋼主拱最大壓應力217.6 MPa。汽車活載作用下最大豎向位移為2.64 cm，人群活載作用下最大豎向位移為0.42 cm。結構整體應力及變形均滿足規(guī)范要求。結構動力特性分析表明：結構第1階振型為主拱平面外彎曲，振動頻率1.23 Hz，結構第2階振型為整體豎向彎曲，振動頻率2.09 Hz。結構穩(wěn)定性分析表明：主拱在恒載和活載組合下的第1階屈曲系數為7.5，結構穩(wěn)定性滿足要求[6]。綜上所述，方案二結構整體剛度較大，穩(wěn)定性強，人行舒適性好。

3 方案比選

通過對兩個方案的改造效果、結構受力性能、景觀造型、交通組織、施工工期及工程造價等方面的綜合比選，變高簡支鋼箱梁橋方案雖然工期和造價占優(yōu)勢，但其結構剛度偏小、行人舒適性差、景觀效果不突出，并且橋下通航凈高沒有富余，因此推薦采用簡支梁拱組合體系橋方案。

4 結束語

目前，我國內河航道上仍存在較多礙航橋梁亟待改造。如何快速、經濟地對礙航橋梁進行改造是該類工程項目的關鍵。本文充分分析長橋的現(xiàn)有建設條件及其礙航改造需求，在改造方案的設計時始終遵循快速化、經濟性的理念，創(chuàng)新性的采用只改造主橋和半幅通車半幅施工的改造方案，并提出切實可行的施工流程。同時對新建橋梁進行力學分析，確保結構的強度、剛度及穩(wěn)定性。本工程可為類似位于市區(qū)交通繁忙地區(qū)的礙航橋梁快速化改造提供技術借鑒。