未來一路跨滬渝高速公路橋梁拼寬改造方案設(shè)計研究

摘要：文章介紹了未來一路跨滬渝高速公路橋梁拼寬改造方案。該項目橋梁改造設(shè)計邊界條件復(fù)雜，涉及滬渝高速、重要光纜、高壓燃?xì)夤艿赖龋脑旆桨感璞M量減少橋梁改造施工期間對武漢區(qū)域交通的影響，同時保證改造后橋梁結(jié)構(gòu)安全、耐久、經(jīng)濟、美觀、環(huán)保。綜合考慮上述情況，采用了充分利用現(xiàn)狀橋梁結(jié)構(gòu)的拼寬改造方案，并針對上部結(jié)構(gòu)連接、下部結(jié)構(gòu)不連接的車行橋拼寬方案進(jìn)行了受力分析，結(jié)果表明車行橋拼寬后整體結(jié)構(gòu)受力合理，該方案可為其他橋梁拼寬改造項目提供參考。

關(guān)鍵詞：橋梁拼寬；預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁；橫向連接；人行橋

中圖分類號：U445.6

0 引言

隨著城市的發(fā)展，部分早期建設(shè)的橋梁已不能滿足通行需求。提升既有橋梁的通行能力是目前城市發(fā)展亟待解決的問題。對既有橋梁進(jìn)行拼寬改造是提升橋梁通行能力的重要方法，既能繼續(xù)利用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)提高資源利用率，又能減少新建橋梁的規(guī)模和改造費用［1］。本文以未來一路跨滬渝高速橋梁拼寬改造項目為基礎(chǔ)，進(jìn)行了橋梁拼寬方案研究，分析了橋梁拼寬改造設(shè)計要點及車行橋拼寬結(jié)構(gòu)構(gòu)造方案，可為其他項目提供參考。

1 工程概況

未來一路跨滬渝高速橋梁為現(xiàn)狀高架橋，是進(jìn)入武漢市光谷科學(xué)島的重要通道。隨著區(qū)域建設(shè)發(fā)展，現(xiàn)狀橋梁已不能滿足通行需求。為配合科學(xué)島區(qū)域戰(zhàn)略規(guī)劃，現(xiàn)對未來一路既有橋梁進(jìn)行提升改造，橋梁改造起止點與現(xiàn)狀橋梁起止點一致，紅線寬度50 m。改造后橋梁設(shè)置雙向六車道，并在現(xiàn)狀橋梁兩側(cè)各設(shè)置一座人行天橋。同時設(shè)計建筑塔結(jié)構(gòu)，提高區(qū)域整體景觀效果，改造后效果如圖1所示。

2 現(xiàn)狀橋梁

未來一路跨滬渝高速公路現(xiàn)狀橋梁全長465.7 m，共分為四聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁和兩座人行坡道橋。現(xiàn)狀高架橋設(shè)計荷載為現(xiàn)行公路Ⅰ級荷載。第一、二聯(lián)橋設(shè)置雙向四車道和兩側(cè)人行道，第三、四聯(lián)橋僅設(shè)置雙向四車道，現(xiàn)狀橋梁兩側(cè)人行道在科學(xué)北路道口附近采用坡道橋的形式落地，高架橋車行道跨越科學(xué)北路后接引道落地。

現(xiàn)狀橋梁上部結(jié)構(gòu)均采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，各聯(lián)跨徑及結(jié)構(gòu)形式如表1所示。

現(xiàn)狀橋梁橋墩采用矩形截面鋼筋混凝土柱式墩，橫橋向墩柱的上端外側(cè)采用弧線加寬形成花瓶形。現(xiàn)狀高架橋橋梁起點側(cè)橋臺為肋板式橋臺，止點側(cè)橋臺為一字型橋臺，橋臺樁基均為雙排直徑1.2 m鉆孔灌注樁。

人行坡道橋，全長92 m，橋?qū)?.5 m，跨徑布置為（4×16.25+14.05） m，引道長12.95 m。人行坡道橋上部結(jié)構(gòu)采用C40普通鋼筋混凝土連續(xù)π形梁。

3 橋梁改造設(shè)計方案

3.1 橋梁拼寬改造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）拼寬橋汽車荷載與原橋一致，采用《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTGB01-2014）公路-Ⅰ級荷載；人行天橋荷載按4.11 kN/m2計算。

（2）拼寬橋與人行橋縱坡與既有橋梁保持一致。拼寬橋橋梁橫坡與既有橋梁橫坡一致，橫坡為1.5%；人行橋采用單向1.5%橫坡。

（3）設(shè)計安全等級：一級。

（4）橋梁凈空：跨武黃高速公路處橋下凈空5.5 m，跨科學(xué)北路處橋下凈空4.5 m。

（5）橋梁環(huán)境類別：Ⅰ類。

（6）車行橋護(hù)欄防護(hù)等級：SA級。

（7）設(shè)計使用年限：主體結(jié)構(gòu)100年，欄桿、伸縮裝置及支座等15年。

（8）抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：抗震烈度6度；抗震設(shè)防類別B類；抗震措施按7度設(shè)防。

3.2 方案設(shè)計要點

該橋為光谷科學(xué)島的門戶，橋梁總體設(shè)計需滿足安全、耐久、環(huán)保、經(jīng)濟及美觀的要求，同時展現(xiàn)科學(xué)島的風(fēng)采。橋梁總體方案設(shè)計在既有橋梁基礎(chǔ)上進(jìn)行，充分利用現(xiàn)狀橋梁結(jié)構(gòu)，節(jié)約資源，踐行低碳環(huán)保理念，同時橋梁拼寬改造設(shè)計應(yīng)充分考慮橋址處各控制因素。

未來一路跨滬渝高速公路橋梁拼寬改造總體方案設(shè)計應(yīng)考慮的問題有：

（1）對利用的既有結(jié)構(gòu)按現(xiàn)行設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)核驗算，必要時進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固，同時采用可靠措施保證新老結(jié)構(gòu)連接。

（2）橋梁上跨滬渝高速公路，橋梁拼寬改造設(shè)計方案應(yīng)充分考慮滬渝高速公路后期加寬需求，同時降低拼寬橋梁施工對橋下高速公路通行的影響。

（3）橋址處存在多根不同等級的國防光纜，橋梁設(shè)計方案應(yīng)盡量減少對國防光纜的影響。

（4）橋址處存在環(huán)城高壓燃?xì)夤艿溃瑯蛄涸O(shè)計方案應(yīng)盡量減少對高壓燃?xì)夤艿赖挠绊憽?/p>

（5）橋址處存在雨水箱涵，橋梁設(shè)計方案應(yīng)充分考慮雨水箱涵的影響。

（6）橋梁拼寬方案需減少對既有橋梁結(jié)構(gòu)造成不利影響。

（7）橋梁設(shè)計方案需考慮現(xiàn)狀橋梁結(jié)構(gòu)特點，特別是橋梁基礎(chǔ)方案設(shè)計應(yīng)充分考慮現(xiàn)狀橋梁的影響，方便施工。

（8）橋梁景觀需求高，橋梁結(jié)構(gòu)需配合進(jìn)行景觀造型設(shè)計，同時保證新建結(jié)構(gòu)與現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)。

3.3 總體方案設(shè)計

該工程橋梁總體方案設(shè)計分如圖2所示。

3.3.1 拆除橋梁結(jié)構(gòu)

（1）拆除原混凝土坡道橋；（2）拆除原第一聯(lián)、第二聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁人行道結(jié)構(gòu)；（3）拆除原第三聯(lián)、第四聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁車道外側(cè)混凝土防撞護(hù)欄并鑿除外側(cè)90 cm混凝土挑臂結(jié)構(gòu)。

3.3.2 新建人行橋結(jié)構(gòu)

在現(xiàn)狀橋梁兩側(cè)各新建一座跨武黃高速公路人行橋與一座建筑塔，人行橋設(shè)計為：2×30 m鋼箱梁橋+（26.6+2×32.5+28.4+32.5） m鋼箱梁橋+（17+15.5+18） m鋼箱梁坡道橋+15 m混凝土坡道，橋面寬度為6.0 m。新建人行橋箱梁中心線處高程為原橋道路中心線高程按橫橋向1.5%橫坡計算出的高程，并在科技五路側(cè)橋頭與道路人行道銜接，在科學(xué)北路側(cè)采用1∶10的坡道與橋下道路銜接。新建人行橋拼寬方案如圖3所示。

4 新建拼寬橋結(jié)構(gòu)

對現(xiàn)狀第三聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁（4×32.5） m、第四聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁（2×28.5+2×31.5+30） m進(jìn)行拼寬，每側(cè)拼寬3.75 m，新建橋梁寬4.65 m。拼寬車行橋縱斷面設(shè)計與原橋保持一致，依據(jù)實際線型進(jìn)行拼寬橋施工。橋梁拼寬采用上部結(jié)構(gòu)連接，下部結(jié)構(gòu)分離的連接方案。現(xiàn)狀橋梁外側(cè)挑臂鑿除0.9 m，拼寬橋先澆筑4.05 m寬的單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，待新建橋梁養(yǎng)護(hù)28 d后通過挑臂間濕接縫實現(xiàn)拼寬橋主梁與現(xiàn)狀橋梁主梁連接，濕接縫寬0.6 m。新建拼寬車行橋下部采用板式花瓶墩，承臺長邊順橋向布置，承臺下設(shè)兩根1.2 m鉆孔灌注樁，方便樁基及承臺施工，新建車行橋拼寬方案如圖4所示。

5 橋梁橫向連接設(shè)計

橋梁拼寬采用的橫向連接方式有新舊橋梁上下部均不連接、新舊橋梁上部連接下部不連接、新舊橋梁上下部均連接［2-3］。該項目拼寬橋橫向連接采用上部連接下部不連接，通過濕接縫使新舊橋梁橋面板形成一體結(jié)構(gòu)，保證拼寬改造后橋面平順。新老結(jié)構(gòu)上部連接下部不連接的方式需保證新老結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)，該項目拼寬橋跨徑及結(jié)構(gòu)材料與既有橋梁一致，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)基本公式，若新建拼寬橋箱梁單位寬度慣性矩與既有橋梁單位寬度慣性矩協(xié)調(diào)，即可保證新老結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)。該項目剛度信息如表2所示，新建橋梁與既有橋梁箱梁單位寬度慣性矩之比為1.075，新建橋梁慣性矩略大，新建拼寬橋截面選擇合理。

該項目進(jìn)行了整體驗算，驗算結(jié)果滿足要求，同時本文重點進(jìn)行了新舊橋梁橫向框架分析，驗算拼寬后的結(jié)構(gòu)局部受力。本文采用有限元軟件建立新舊橋梁橫向框架模型，有限元模型如圖5所示，模型考慮整體升降溫、梯度溫度、新舊橋梁主梁不均勻收縮徐變及下部結(jié)構(gòu)不均勻沉降對結(jié)構(gòu)的影響，汽車荷載采用公路Ⅰ級車輛荷載。

經(jīng)驗算拼寬后橋梁橫向整體受力滿足規(guī)范要求，圖6為橋面板裂縫寬度驗算折線云圖，如圖所示裂縫寬度小于規(guī)范要求的0.2 mm，拼寬橋梁設(shè)計合理。

該項目還采取了一些提高拼寬橋梁整體受力性能的措施，如新建橋梁樁基選擇不低于現(xiàn)狀橋梁持力層性能的巖層作為樁基持力層，并對新建橋梁樁底進(jìn)行壓漿［4］，減小新舊橋梁間不均勻沉降對結(jié)構(gòu)的影響。拼寬橋養(yǎng)護(hù)28 d以上再進(jìn)行拼寬橋與既有橋梁濕接縫施工，減小不均勻收縮徐變對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，現(xiàn)場濕接縫鋼筋綁扎。

6 結(jié)語

本文以未來一路跨滬渝高速公路拼寬改造項目為基礎(chǔ)，分析了該項目橋梁改造設(shè)計邊界條件，橋梁改造方案充分考慮了現(xiàn)狀橋梁結(jié)構(gòu)特點及現(xiàn)狀國防光纜、高壓燃?xì)夤艿馈⒂晁浜蛳赂咚俟返挠绊懀A(yù)留了橋下滬渝高速公路后期拼寬條件。橋梁方案具備施工可行性與便捷性，盡量降低了橋梁改造施工對滬渝高速公路交通的影響，充分利用既有結(jié)構(gòu)提高了經(jīng)濟性。該項目人行道改造采用在現(xiàn)狀橋梁兩側(cè)新建人行橋的方案，車行橋拓寬采用在現(xiàn)狀橋梁兩側(cè)新建預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁并將新舊橋梁上部結(jié)構(gòu)連接的方案，該方案要求新舊橋梁變形協(xié)調(diào)，在新舊橋梁跨度相同的情況下，建議新舊橋梁單位寬度慣性矩一致。本文還進(jìn)行了橫向框架驗算，驗算表明該方案橋結(jié)構(gòu)受力合理，滿足規(guī)范要求，同時提出減少不均勻沉降與不均勻收縮徐變的措施，該方案可為其他橋梁拼寬改造項目提供參考。

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收稿日期：2024-03-20

作者簡介：張 駿（1994—），碩士，工程師，主要從事橋梁設(shè)計工作。