苏南运河长桥快速化改造方案研究

徐汉江， 王新明， 李秉南

(1.江苏省苏州市航道管理处，江苏 苏州 215008；2.东南大学建筑设计研究院有限公司，江苏 南京 210096)

0 引 言

近年来，江苏省内河航道运输持续健康发展，在国家战略物资运输、服务地区经济社会发展、新型城镇化建设和综合交通运输体系构建等方面发挥了重要作用[1]。但是随着经济社会的不断发展，江苏省内河运输结构需要进行调整，将以推进大宗货物、集装箱运输“公转铁”“公转水”及集装箱多式联运作为主攻方向，明确提出了大力发展内河集装箱运输的要求，重点打造苏南至太仓港等内河集装箱航线[2]。目前，苏州地区内河高等级航道已初具规模，但因部分碍航桥梁的影响制约了集装箱通道网的形成，并存在通航安全隐患[3]。

碍航桥梁改造需根据桥梁结构类型、修建年代及碍航原因综合考虑后决定，整体应以投资节省、改造周期短，对沿河地区交通影响最小作为主要原则[4]。碍航桥梁的拆除重建虽然能达到航道提升的目的，但面临着投资大、工期长、影响沿线交通、环境污染大等问题。因此对碍航桥梁的快速化改造方案进行研究可以最大限度地改造利用原有桥梁，对减小区域交通影响和节省建设成本均具有重要的现实意义[5]。

1 工程概况

长桥位于苏州市吴中区东吴南路，上跨苏南运河航道，建成于1989年。主桥采用三跨简支T梁桥，引桥采用先张法预应力混凝土空心板梁。桥梁跨径布置为：9×16+30.5+51.76+30.5+9×16 m，主桥长112.86 m，引桥长296.46 m，桥梁全长408.32 m。长桥主桥现状桥面为双向4车道，两侧各设5 m非机动车道和2 m宽人行道。桥面中间和机非车道之间设置隔离栏。

长桥主跨桥下单孔双向通航，通航孔设计净宽50 m，净高7 m，净宽不满足内河集装箱通道三级航道的要求(80×7 m)，通行船舶对桥梁的结构安全造成了较大的隐患。桥位处上下游水面开阔，如图2所示，使得本桥的碍航问题更加突出，是苏南运河航道等级提升的一大瓶颈。

图1 现状苏南运河长桥

针对现状长桥碍航特点，主跨两个主墩必须拆除，调整主跨跨径。为实现快速化改造，降低造价，采取引桥不动，只改造3跨主桥的思路，道路纵断面维持原状不动，主桥采用高跨比较小的结构形式。同时老桥桥面较宽，并且横向采用预制拼装的结构形式，因此可采用半幅通车半幅改造的方案，保证施工期间不中断交通，以减小对区域交通的影响。

基于上述难点，本工程提出2种快速化改造方案。

2 快速化改造方案

2.1 方案一

长桥改造方案一是将主跨跨径增大至84 m，一跨跨越通航孔，边跨缩短成14.43 m先张法预应力混凝土空心板。为尽量降低梁高，适应道路纵断面变化，满足结构受力要求，主跨采用变高简支钢箱梁结构。钢箱梁梁高采用跨中高支点低的变截面形式，符合简支梁弯矩特征，最大限度利用材料强度。本方案具有线条明晰，简洁大方的景观效果，如图2所示。

图2 长桥改造方案一效果图

方案一改造施工时采用半幅通车半幅改造方案，实现临时保通，如图3所示。考虑到钢箱梁整孔一次吊装施工难度大，施工时借助老桥中间墩分三段吊装，后现场焊接连成整体。快速施工方案按如下步骤进行：①改造半幅老桥使之满足临时通行需求，中断另外半幅老桥交通；②拆除半幅桥桥面系和上部结构；③施工新建桥墩盖梁；④两侧边跨空心板梁吊装；⑤主桥钢箱梁分段吊装；⑥现场拼装主桥钢箱梁；⑦拆除新建钢箱梁桥下老桥桥墩墩柱；⑧施工钢箱梁桥面系铺装、人行道、栏杆等附属设施；⑨半幅新建主桥成桥荷载试验，竣工通行。重复以上步骤①～⑨，改造另外半幅桥，直至成桥竣工。施工工期约为8个月。

图3 方案一快速施工示意图

本文采用MIDAS软件对方案一84 m主跨进行建模分析验算，计算结果表明：基本组合作用下钢箱梁顶板最大压应力184.6 MPa，底板最大拉应力202.9 MPa。汽车活载作用下最大竖向位移12.1 cm，人群活载作用下最大竖向位移2.17 cm。结构整体应力及变形均满足规范要求。结构动力特性分析表明：结构第1阶振型为整体竖弯，振动频率0.92 Hz。结构整体较柔，桥梁在行车激励下可能产生明显的振动，影响桥上行人的舒适性。

2.2 方案二

为进一步减小梁高，同时提升桥梁景观效果，长桥改造方案二采用简支梁拱组合体系桥，由钢拱承担部分恒载和桥面活载，减小钢梁受力，从而达到以更小的梁高一跨跨越通航孔，增大通航净空。主桥跨径布置同方案一。本方案丰富了桥梁的立面变化，造型优雅，结构受力更加合理，如图3所示。

图4 长桥改造方案二效果图

方案二改造施工时仍然采用半幅通车半幅施工方案。为减小吊装及运输难度，钢箱梁和主拱施工时利用老桥中间墩，分三段吊装，后现场焊接连成整体。快速施工方案按如下步骤进行：①改造半幅老桥使之满足临时通行需求，中断另外半幅老桥交通；②拆除半幅桥桥面系和上部结构；③施工新建桥墩盖梁；④两侧边跨空心板梁吊装；⑤主桥钢箱梁分段吊装；⑥现场拼装主桥钢箱梁；⑦吊装主拱圈就位后与主梁现场焊接，安装吊杆并进行初次张拉；⑧拆除新建钢箱梁桥下老桥桥墩墩柱；⑨施工钢箱梁桥面系铺装、人行道、栏杆等附属设施；⑩二次张拉吊杆至成桥索力；半幅新建主桥成桥荷载试验，竣工通行。重复以上步骤①～，改造另外半幅桥，直至成桥竣工。施工工期约为11个月。

图5 方案二快速施工示意图

本文采用MIDAS软件对方案二84 m主跨进行建模分析验算，计算结果表明：基本组合作用下钢箱梁结构最大拉应力120.7 MPa，最大压应力74.3 MPa，钢主拱最大压应力217.6 MPa。汽车活载作用下最大竖向位移为2.64 cm，人群活载作用下最大竖向位移为0.42 cm。结构整体应力及变形均满足规范要求。结构动力特性分析表明：结构第1阶振型为主拱平面外弯曲，振动频率1.23 Hz，结构第2阶振型为整体竖向弯曲，振动频率2.09 Hz。结构稳定性分析表明：主拱在恒载和活载组合下的第1阶屈曲系数为7.5，结构稳定性满足要求[6]。综上所述，方案二结构整体刚度较大，稳定性强，人行舒适性好。

3 方案比选

通过对两个方案的改造效果、结构受力性能、景观造型、交通组织、施工工期及工程造价等方面的综合比选，变高简支钢箱梁桥方案虽然工期和造价占优势，但其结构刚度偏小、行人舒适性差、景观效果不突出，并且桥下通航净高没有富余，因此推荐采用简支梁拱组合体系桥方案。

4 结束语

目前，我国内河航道上仍存在较多碍航桥梁亟待改造。如何快速、经济地对碍航桥梁进行改造是该类工程项目的关键。本文充分分析长桥的现有建设条件及其碍航改造需求，在改造方案的设计时始终遵循快速化、经济性的理念，创新性的采用只改造主桥和半幅通车半幅施工的改造方案，并提出切实可行的施工流程。同时对新建桥梁进行力学分析，确保结构的强度、刚度及稳定性。本工程可为类似位于市区交通繁忙地区的碍航桥梁快速化改造提供技术借鉴。