冼庄立交旧桥利用方案分析

何则干，蔡宪棠

（广州市市政工程设计研究院，广东广州510060）

冼庄立交旧桥利用方案分析

何则干，蔡宪棠

（广州市市政工程设计研究院，广东广州510060）

旧桥利用是城市道路建设的难题，结合广明高速冼庄立交旧桥利用的实际工程，开展旧桥利用方式选择的分析研究。通过检测验算，掌握冼庄立交既有旧桥的状况，根据广明高速及冼庄立交的功能需求和建设条件，比选旧桥利用方案。建立空间有限元模型模拟新旧桥连接的力学行为，并以此作为开展旧桥加宽加固工作的依据。冼庄立交旧桥利用方案分析将为其它工程旧桥利用提供参考。

旧桥；桥梁加宽；数值模拟；比选

0　前言

随着社会、经济的发展，交通量的不断增长，大量新的道路建设不断涌现。而旧桥利用往往是城市道路建设必须面临的难题。

旧桥利用通常有以下三种方式［1］［2］：（1）拆除重建；（2）旧桥加固；（3）旧桥加固拓宽。

拆除重建设计不受既有旧桥的影响，但工程量大，费用高，对施工期交通组织要求高。旧桥加固使用，费用经济，对交通影响小，但检测加固工作繁复，而且无法满足交通量提升的需求。旧桥加固拓宽经济费用介于前面二者之间，能满足交通量提升的需求，但对新旧桥连接要求高，设计施工难度大。

本文就结合广明高速冼庄立交旧桥利用的实际工程，开展旧桥利用方式分析。

1　工程概况

广明高速公路是广州番禺至佛山高明高速公路的简称，位于广佛都市圈中部、广州环城高速公路南段与国道主干线广州绕城公路南段之间，路线总体呈东西走向，根据地理位置及项目建设安排，广明高速公路划分为三段：广州段、佛山段（陈村至西樵段）、高明段（西樵至更楼段）。

根据总体方案设计，广明高速广州段冼庄立交处拟利用既有冼庄立交主线跨线桥，跨越地面番禺大道，贯通东西，见图1。

既有冼庄立交主线桥建于1998年（见图2），桥梁上部结构为后张法预制预应力空心板，中墩采用薄壁墩。盖梁采用后张法预应力结构，冼庄立交既有主线跨线桥设计荷载为：汽车-超20级，挂车-120。

图1　冼庄立交主桥平面布置

图2　冼庄立交既有旧桥

2　既有旧桥利用方案比选

2.1旧桥检测验算

冼庄立交既有跨线桥是按照旧规范设计，是否满足现行规范要求，需作出全面检测和验算。

根据提交的桥梁承载能力检测评定报告，既有冼庄立交主线跨线桥外观状态基本正常，未发现梁体存在异常开裂现象，存在局部钢筋外露锈蚀和混凝土破损情况；

旧桥混凝土抗压强度满足原设计要求，钢筋分布及保护层厚度测试表明钢筋平均保护层厚度满足原设计规范要求，混凝土碳化速率正常。

动静载检测表明考虑结构损伤后桥梁承载能力极限状态截面强度满足现行规范要求，在原设计荷载等级下各测试梁体抗裂性满足要求。

将原设计混凝土标号换算成现行规范的混凝土强度等级，预应力计算参数按现行规范取值，全面验算既有桥梁结构在加铺铺装层后，在公-I级汽车荷载下安全性和使用性能。

验算结果如下：

（1）两种跨径的上部结构空心板承载能力、正常使用极限状态下验算指标均能满足规范要求，可继续使用。

（2）预应力混凝土盖梁抗弯承载力满足规范要求，但抗剪承载力不能满足新规范要求，正常使用极限状态下，预应力盖梁长期、短期效应组合作用下的部分正应力及主应力均不满足现行规范要求。

（3）钢筋混凝土墩柱偏压承载力验算、墩柱抗裂验算和最小配筋率均不能满足现行规范要求。

（4）原桩基和承台耐久性难以保证，利用与否需检测评估。

综上所述，既有桥梁经过适当加固就能满足现行规范要求，可以用作广明高速的主线桥梁。

2.2桥梁结构方案比选

根据验算结果，广明高速公路冼庄立交主线桥梁结构可采用三种型式：

方案一：拆除既有跨线桥，新建跨线桥；

方案二：加固既有跨线桥作为新建冼庄立交主线桥梁；

方案三：加固既有跨线桥，并两侧加宽桥梁至34.5m宽（广明高速主线宽）。

方案一易使跨线桥的使用标准满足广明高速线路需要，结构设计能完全满足现行标准的要求。但拆除、重建，工程量大，费用高，现状冼庄立交交通量大，重建过程中的交通组织困难，而且其下跨多条现状繁忙道路，施工难度较大。

根据验算结果，上部结构-预制预应力混凝土空心板可继续使用，但预应力盖梁和墩柱则须加固后方可继续使用。因此，方案二工程量小，费用低，只需适当加固就能满足工程需求，对现状繁忙的交通量影响很小。但既有桥梁的宽度不满足广明高速主线宽度要求，在此处易形成交通瓶颈。

方案三则是介于以上两个方案之间，工程量中等，对于现状交通的影响也适中，但新旧桥相接难度大，设计施工要求高。

广明高速工期紧张，而冼庄立交处为当地交通枢纽，大范围围蔽施工的可能性不大，综合比较三个方案的优劣，方案三最为适合，既满足高速公路高等级需求，又对当地交通影响较小。

3　旧桥加宽形式的选择

旧桥加宽中的主要难点在于桥梁横向拓宽连接中对上部构造的处理。目前主要有三种处理方式：（1）不连接；（2）刚接；（3）铰接。

三种方式，各有优劣，若新旧桥上部结构不连接，则新旧桥结构各自受力，相互影响小，但直接做桥面铺装很容易使桥面铺装开裂，影响行车舒适性和桥面外观增加后期的养护维修工作；若采用刚接方式连接，则行车舒适性和桥面外观能得到充分满足，但后期运营中的收缩徐变和沉降差以及行车引起的挠度差都会对旧桥的内力状态产生较大影响，某些关键截面可能处于不利的受力状态；若新旧桥上部结构采用铰接方式连接，则处于上述二者之间，新桥对旧桥内力产生的影响在铰接构造处得到一定释放，行车舒适性有一定影响，会有跳车现象，有一定的后期养护维修工作。

考虑到广明高速对行车舒适性、安全新要求高，管养维护工作难以时时跟进，以及既有冼庄立交桥边板悬臂较长等因素，所以在旧桥加宽中选用上部结构刚接的连接方式，见图3。

3.1计算模型

计算采用MIDAS CIVIL 2010进行空间梁格分析，可计入整体化层对结构受力的影响。

桥梁整体化层参与结构受力，但其与预应力空心板结构形式不同为普通钢筋结构，为了有效详细分析结构受力情况，在建模中分别建立后浇层和预应力空心板两片梁的双梁模型（后浇层作为附梁）。

其中预应力张拉前采用临时支撑，在各中间支点位置设置竖向支座。模型按实际斜交角度建模，建成的梁格模型见图4。

图3　新旧桥刚接横断面图（单位：cm）

图4　结构计算模型图

3.2计算结果

计算结果汇总于表1～表3，表格中应力值受拉为负，受压为正。根据计算结果可知：

（1）各片主梁抗弯及抗剪承载能力均符合规范要求；

（2）正常使用极限状态应力验算：预制梁除11#梁支点上缘在长期组合下因预应力空间效应的作用不满足规范要求外，其余各项应力指标均满足规范要求；整体化层在长短期效应组合作用下跨中及支点均存在拉应力超过规范限值的现象。

（3）持久状况应力验算：预制梁及后浇层各项应力指标均满足规范要求。

3.3旧桥加固

根据计算结果，桥梁上部结构除11#梁外均是整体化层应力超限。因此，旧桥加固中拆除铺装层和既有整体化层，重新铺筑，根据计算配置钢筋，使后浇层满足抗裂要求。

表1　预制空心板中梁验算汇总表

表2　预制空心板5#边板验算汇总表

11#梁因预应力空间效应的作用造成梁支点上缘在长期组合下应力超限，在加固中考虑将造成空间效应的长悬臂拆除，通过后浇改造的方式释放预应力空间效应。

表3　预制空心板11#边板验算汇总表

为进一步减小新建桥梁对旧桥的受力影响，新旧桥相接还可以考虑先铰接或不连接（设置纵缝），待新桥沉降及收缩徐变完成后再刚接的连接方式，可减小新、旧桥之间的沉降应力或收缩徐变应力。

旧桥下部结构的改造为常规加固，本文就不赘述了。

3　结论

本文结合广明高速冼庄立交工程，详细分析旧桥利用方案的选择。

旧桥利用方式的选用应结合工程的实际情况作出分析，应重点关注旧桥自身结构，其和新建道路的匹配，建设条件和工程建设经济性。

同时，在旧桥加宽中，新旧桥相接形式的选择也是旧桥利用的一个核心问题，其决定了旧桥加固的方案。有效的分析和详尽的数值计算是做出选择的基础。

［1］ 李波，吴文清.旧桥拓宽中拼接形式对旧桥受力的影响分析［J］.现代交通技术，2009（5）：32-34.

［2］ 张丽芳，郭涛，吴文清，等.旧桥拓宽中拼接方式对旧桥受力状态的影响分析［J］.公路交通科技，2006（2）：102-105.

U445.6

B

1009-7716（2015）01-0061-04

2014-08-25

何则干（1978-），男，福建福州人，高级工程师，从事桥隧设计和研究工作。