国省道复杂交通状况下石拱桥桥面系加固改造设计研究

文/腾杰

1 前言

桥梁设计与建设会考虑材料的供应经济性，在山区国省道的公路建设中，桥梁建设主要材料之一的石料取材较为方便、造价经济、承载潜力大。在唐山大地震和汶川大地震后，很多石拱桥震后主体结构仍基本完好，可以说石拱桥在特定的地形条件下是较优的桥型，在过去国省道的跨河大桥桥型往往采用的是石拱桥[1]。然而，现今部分石拱桥仍存在一些问题，例如：许多在役石拱桥桥面系防撞性能薄弱、人行道宽度不足的安全问题，严重影响行车和行人安全。另外，受到交通保畅、施工工期以及工程造价的制约，一般仅考虑桥面系加固改造的方案，设计人员在对桥面系进行加固改造设计的时候存在诸多难题，既要保证结构安全实用，又要考虑复杂交通条件下的施工保畅。

2 石拱桥桥面系加固改造设计问题

国省道的石拱桥往往跨河而建，承担周边的唯一交通要道的角色，桥面行车道净宽一般设计为7m，人行道单侧全宽在1m 左右，多采用悬挑结构，此类石拱桥的人行道两侧多采用混凝土花式护栏，桥面系是石拱桥病害的主要体现点[2]。另外，在行车道与人行道间未设置任何可靠防护结构，即未设置行车道防撞栏杆，因此高速运行的车辆对行人和人行道结构均存在严重的安全威胁。设计人员对桥面系进行加固改造的时候需要考虑行车道防撞设计、人行道悬臂加宽、桥面与引道标高的衔接、复杂交通的施工保畅以及工程造价等诸多方面。若现役旧拱桥桥面宽度不足预加宽桥面，设计人员往往采用扩大截面法、套拱加宽等方法，虽然有效，且设计思路相对简单明确，但此类改造方案一般不经济，新旧拱的搭接也存在施工难度，施工时的扰动对旧桥主体结构影响较大，因此采用桥面系改造的方案往往更有优势，而非简单考虑拆除或主体结构加宽的方案。根据调查，处于城镇的拱桥景观改造效果十分明显，极大提升桥位周边的名片效果，应尽可能考虑保留[3]。

3 优化设计措施

以西部某地国道G210 跨河石拱桥为例，该石拱桥为1×55m 空腹式石拱桥，全长70.72m，主跨净跨径为55m，主拱圈厚1.4m，宽7m。原人行道部分由长8.9米、高27cm 和宽24cm 的挑梁悬出桥梁两侧95cm 构成，挑梁沿桥梁纵向间隔4.7m 布置，挑梁上搁置人行道板。该桥修建于20 世纪70年代，该桥所在道路为周边乡镇交通的主要跨河通道，交通十分繁忙，绕行的路线长度达到15km 左右[4]。加固改造前桥面布置：0.2m（栏杆）+0.75m（人行道）+2×3.5m（行车道）+0.75m（人行道）+0.2m（栏杆）=8.9m。

图1 加固改造前桥面系布置图

拟采用的桥面布置为：1.5m(人行道)+3.5m(左行车道)+3.5m(右行车道)+1.5m(人行道)=10m。

设计思路为采用半幅通车半幅通行的保畅方案，以解决交通保畅问题，拆除原桥挑梁、人行道和部分桥面铺装，重新预制挑梁、增加人行道宽度、增设防撞栏杆、重新铺筑已开槽桥面以及全桥沥青层。桥面铺装使用原桥沥青混合料，桥面铺装后的桥面高程与原桥面高程保持一致，人行道总宽度加宽至1.5m，增高路缘石高度，使得人行道板顶面较铺装层高30cm 左右（根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）3.4.2 条和实际要求确定）。

图2 桥面系加固改造设计

挑梁：根据计算设计挑梁长度为10m，宽度为0.4m，挑梁两端各悬出1.5m。由于保持原桥面标高不变，受拱顶填土厚度限制，挑梁高度仍然采用0.27m，通过减小挑梁间距，平衡悬臂长度增加后的人行道的自重，因此按照3m 间距沿桥梁纵向布置。挑梁采用左右分幅预制吊装，后浇设计，设计需要重视后浇段钢筋搭接以及人行道纵梁的预埋筋设计。

图3 挑梁设计

桥面铺装：为了满足规范要求，下层设计为不小于8cm 的等厚C40 钢筋混凝土桥面板，中间层为FTY-1 防水层，上层为沥青路面，2%的横坡通过铺装层调整，桥梁中心处沥青路面厚15cm，桥梁两侧边缘沥青路面厚8cm[5]。

人行道：人行道宽度为1.5m，高出路面35cm，人行道设置1%的横坡排水，人行道外侧设置高1.2m 的栏杆。人行道通过两片纵垫梁沿桥纵向搭接在挑梁外悬部位，纵梁构造钢筋与桥路面板的预埋钢筋进行连接，纵垫梁上放置人行道盖板，盖板搁置长度宜控制为5cm 左右，盖板采用预制，人行道设置1%的横坡排水。设计时应注意预埋钢筋的间距和锚固长度以及人行护栏栏杆间距等指标是否满足相关规范要求。

车行道防撞栏杆：隔离栏杆可采用钢板焊立柱，纵梁通过法兰盘螺栓连接。

实施阶段分为三个阶段七个流程。三个阶段：准备阶段、施工阶段、竣工阶段。七个流程：施工准备→拆除栏杆、人行道、桥面铺装（部分）、挑梁→运输安装挑梁并搭接→搭设支架浇筑纵垫梁→桥面铺装→安装栏杆，交安设施→检验签证。

4 结语

石拱桥桥面系加固改造设计的经济效益突出，设计时除了充分掌握原设计文件信息、桥梁检测报告等资料，还必须重视现场交通情况、施工对主体结构的扰动，综合考虑，设计才能兼顾安全、美观、实用。

挑梁设计是重难点。加宽人行道对设计人员的验算水平提出更高要求，挑梁的设计必须确保尺寸和配筋均满足规范要求。此外，考虑半幅通行和半幅施工，挑梁一般采用预制设计，此时需要特别注意预埋筋的设计以及后浇连续段的钢筋搭接设计，确保构件之间的有效联系。根据受力情况，挑梁安装顺序一般从两侧拱脚位置开始，安装方向沿纵桥向对称于拱顶。

人行道纵梁设计要注意其防撞性能以及钢筋锚固长度和车行道防撞栏杆的连接设计。采用半幅通行半幅封闭施工的方式，由于国省干线全天过往重车多，人流量大，安全隐患大，因此需加强交通管制，项目施工全周期内应设专人组织交通安全管理，原则上全天实行安全管制。

通过对本文提及的设计方法应用，能有效解决以往设计工作中存在的安全问题，进一步完善国省道复杂交通状况下石拱桥桥面系加固改造设计中存在的普遍性问题，使石拱桥的经济效益更加突出，充分发挥出应有的作用和效果。