既有跨河桥梁接长方案研究

刘立博

（石家庄市交通设计咨询集团有限公司，河北石家庄 050000）

0 引言

随着我国对河道管理的日益重视，很多河道进行了防洪整治规划，重新规划后的河道断面比既有河道断面宽，导致一些既有桥梁的桥头引道落在规划河道行洪断面内，行洪期间桥头引道存在被冲毁的安全隐患。同时，既有的桥头引道也阻碍了规划加宽后河道的正常行洪，因此，对既有跨河桥梁接长的要求越来越高。

1 工程概述

某国道跨河大桥现状为双幅桥梁，建于2010 年，桥长505m，跨径为20×25m，桥梁全宽25.5m。其中，每幅桥梁宽为净11.25+2×0.5m，两幅中间间隔1m。上部结构为装配式预应力混凝土简支变连续小箱梁，梁高1.4m，下部结构为柱式墩、台，钻孔灌注桩基础，柱径1.4m，桩径1.5m，设计荷载标准为公路-Ⅰ级。桥梁设计时既有河道宽约460m，桥梁长度505m 满足当时防洪评价的要求。2020 年根据该河道最新综合整治规划及防洪评价单位要求，桥梁长度应不小于1 100m，河道整治后需对原有桥梁接长。

本文以该桥梁接长工程为背景，提出了四种接长方案并进行对比，分析了各接长改造方案的优缺点。

2 接长方案

根据该河道规划要求，河道加宽后需在北侧桥台处对桥梁接长，接长后的桥梁长度不小于1 100m，接长段桥梁跨径采用与既有桥梁相同的跨径。

既有桥梁设计时未考虑后期接长，桥台处桩基承载力比桥墩处桩基承载力小，且桥台背墙处宽度为40cm，接长段桥梁上部结构梁端至盖梁边缘距离不满足桥梁抗震规范要求。因此，桥梁接长的关键在于对既有桥梁北侧桥台的改造。

2.1 改造方案一：增设一孔过渡跨

北侧增设1～5m过渡跨。原设计桥台桩基承载力只考虑了边跨上部荷载，桥台改造为桥墩后，若直接增设一孔25m跨径桥梁，桥台桩基础承载力肯定不够，故在北侧桥台以北增设的跨径越短越好，上部荷载越小越好，综合考虑新旧桩基距离、支座距梁端距离等，凿除原北侧桥台背墙，在北侧增设1～5m过渡跨，过渡跨北侧正常布孔。立面示意图见图1。

图1 改造方案一立面示意图（单位：cm）

本方案需对既有桥台盖梁进行改造，凿除既有桥台的耳墙及一部分背墙，将既有桥台的盖梁及背墙改造为“L”形桥墩盖梁，将新增的过渡跨现浇板放置于改造后的“L”形盖梁较高一侧，同时在改造背墙时植入抗震锚栓，对新增的过渡跨现浇板起到保护作用。

2.2 改造方案二：拆除最后一联上部结构，废掉既有桥台并新做桥墩

拆除最后一联上部结构，废掉既有桥台并新做桥墩。既有桥梁不能直接接长的关键在于既有桥台处桩基承载力不满足，因此将原桥台桩基废掉不用，桥台处重新钻孔布设桥墩桩基，同时由于上部结构最后一联为一整体，需将最后一联上部结构全部拆除新建。

根据现行的《公路桥涵地基与基础规范》（JTG 3363—2019）第6.2.6 条规定，摩擦型钻孔桩的中距不应小于桩径的2.5 倍，即钻孔桩中距大于2.5×1.5m=3.75m。既有桥梁每幅宽度为12.25m，桥台桩基间距6.6m，若在既有两桩基之间加设1根桩基，桩间距3.3m＜3.75m，无法满足规范要求；同时既有桥台内侧两桩基间距6.65m，最多只能新增1 根桩基，且需将新增的桥墩盖梁作为整体式盖梁，整体式盖梁下部设置5根桥墩桩基。改造方案二立面示意图见图2。

图2 改造方案二立面示意图（单位：cm）

本改造方案适用范围有限，对既有桥台桩基间距较小的桥梁，中间新增桥墩后，桩基间距不能满足规范要求的最小间距，因此，本方案仅适用于既有桥梁宽度较宽的桥梁改造。且本方案需拆除既有桥梁最后一联，同时废掉既有桥台，改造成本较高，存在浪费。

2.3 改造方案三：北侧增设一段路基过渡段

由于方案二需废掉既有桥梁的北侧桥台及最后一联上部结构，改造成本较高。在条件允许的情况下可在桥台北侧增设一段6～8m路基过渡段，路基过渡段北侧再新建桥梁，即新旧桥梁分开，两桥台可共用一个桥头搭板。改造方案三立面示意图见图3。

图3 改造方案三立面示意图

为保证行洪期间过渡段路基不被冲毁，对该段路基可采取加强措施，如在上游设置圆弧形防冲刷挡墙或铅丝石笼等，下游也需设置相应防冲刷措施。

本方案在河道内设置一段过渡路基，路基本身存在被冲毁的风险，设计时需加强抗冲设计，同时河道内设置的路基存在一定程度的阻水，防洪评价单位需要模拟建模，并评价其是否满足河道管理部门的要求。过渡路基上、下游可设置重力式挡墙或铅丝石笼。

本方案适用于河道较为平缓、水流速度不大的河段，不适用于山区河道纵坡较大、水流速度较大的河段。

2.4 改造方案四（北侧增设双悬臂梁过渡段）

在新旧桥梁之间设置一双悬臂梁过渡段。在既有桥梁北侧增设一双悬臂梁过渡段，即可减少对既有桥台的改造工程量，尽可能减少既有桥台处新增荷载，也可满足既有桥台桩基与新建桩基之间的距离要求。

对既有桥台的背墙进行简单改造，原搭板处改造为一小跨径现浇板，现浇板北侧搭在新建的双悬臂梁上，另一侧与之对称。

本方案对河道行洪影响小，对既有桥台的改造也较少，既有桥梁上部结构均可利用。但建成后有3孔跨径与其他孔跨径不同，视觉上不美观；悬臂梁与短跨现浇板之间的接缝距伸缩缝较近，短距离内存在4 道缝，行车不舒适；同时由于悬臂梁结构存在一定缺陷，实际工程中应用较少。

3 方案对比

本文主要在河道行洪、后期运营安全性、施工便利性、投资估算、工期长短等方面对以上四种方案进行对比。

3.1 施工方案对比

3.1.1 方案一（增设一孔过渡跨）

优点：（1）仅需拆除既有桥台耳墙，对背墙进行简单改造，将既有桥台盖梁改造为L 形桥墩盖梁即可；（2）改造后运营期间对河道行洪影响很小；（3）既有桥梁上部结构可完全利用。

缺点：（1）改造前需验算既有桥台桩基承载力是否能满足新增1孔过渡跨后的荷载；（2）需对既有桥台盖梁进行改造，使上部结构梁端至墩、台盖梁边缘距离a满足《公路桥梁抗震设计规范》（JTG/T 2231—01—2020）中式（11.2.1）[2]的规定，但实际改造中很难满足。

式（1）中：a为简支梁桥和连续梁桥上部结构梁端至墩、台盖梁边缘距离（cm）；L为一联上部结构总长度（m）；H为支撑一联上部结构桥墩的平均高度（m），桥台的高度取值为0；Lk为一联上部结构的最大单孔跨径（m）。

3.1.2 方案二（拆除最后一联上部结构，废掉既有桥台并新做桥墩）

优点：（1）新做过渡墩桩基承载力可按正常设计；（2）全桥统一跨径设置，无须过渡跨，建成后统一美观。

缺点：（1）需废掉既有桥梁最后一联上部结构及一侧桥台，改造成本高；⑵既有桥台废掉后新做桥墩桩基距离原桥台桩基较近，桩间距很难满足规范中对桩间距的要求；（3）由于左右两幅桥台桩基间距较小，两幅内侧桩基间仅能增设1根，导致此处无法按分幅设计，改造后此处为整体式桥墩盖梁，与其他桥墩处分幅设计体系不同。

3.1.3 方案三（北侧增设一段路基过渡段）

优点：（1）无须改造既有桥台的耳背墙、盖梁等结构，上部机构可全部利用；（2）对既有桥台桩基无影响。

缺点：（1）两桥之间修建过渡段路基，河道阻水，需由防洪评价单位对其进行计算分析，并征得河道管理部门的同意；（2）过渡段路基外侧需修建挡墙，对于水流速度较大的河段，行洪期间过渡段路基有被冲毁的风险。

3.1.4 方案四（北侧增设双悬臂梁过渡段）

优点：（1）过渡跨处可正常布设桥孔，对河道行洪影响小；（2）仅需对既有桥台的耳背墙进行简单改造即可，改造工程量小；（3）过渡段可与其他新建部分同时施工，工期短；（4）悬臂梁桥一般为静定结构，结构内力不受地基变形的影响，对基础要求较低；（5）悬臂梁桥与简支梁相比，墩上均只需设置一个支座，减小了桥墩尺寸，节省了基础工程量。

缺点：（1）悬臂梁桥虽然在力学性能上优于简支梁桥，可适用于更大跨径的桥梁方案，但由于悬臂梁的某些区段同时存在正、负弯矩，无论采用何种主梁截面形式，其构造较为复杂；（2）跨径增大以后，梁体重量快速增加，不宜采用装配式施工，往往要在费用昂贵、速度缓慢的支架上现浇；（3）钢筋混凝土悬臂梁因支点负弯矩的存在，不可避免地在梁顶产生裂缝，虽有桥面防水措施，但仍由于支点为单点简支，施工时必须采用临时固结措施；（4）由于结构构造和施工方法等方面的问题，无论是钢筋混凝土悬臂梁还是预应力混凝土悬臂梁，在实际桥梁工程中较少采用。

3.2 施工工期对比

方案一仅需简单改造既有桥台耳背墙及盖梁即可，施工用时较少；方案二需拆除既有桥梁最后一联上部结构，且需废掉既有桥台，用时最多；方案三直接进行接长即可，接长段施工期间可同时修筑过渡段路基，总工期最短；方案四双悬臂梁桥对既有桥台的改造较少，但上部结构需现浇，所需工期比方案一长，但比方案二短。

四个接长改造方案施工工期对比：方案三＜方案一＜方案四＜方案二。

3.3 投资估算对比

方案一仅需简单改造既有桥台耳背墙及盖梁，过渡段之间跨径较小，改造成本低；方案二需拆除既有桥梁最后一联上部结构，且需废掉既有桥台，在既有桥台处增设5 根桥墩桩基，同时将盖梁作为整体式盖梁，所需费用最多；方案三在过渡段内设置路基和挡墙，所需费用介于方案一和方案二之间；方案四对既有桥台改造较少，所需费用少，但双悬臂结构需要现浇，所需费用比方案一高，与方案三接近。

四个接长改造方案投资估算对比：方案一＜方案四＜方案三＜方案二。

3.4 综合评价

本文所述四种改造方案各有优缺点和适用范围。

方案一：仅需拆除既有桥台耳墙，对背墙进行简单改造，施工工期短，投资少，既有结构利用率高，适用于工期紧张，投资有限制的项目。

方案二：对既有桥台进行了彻底改造，改造后的桥墩桩基长度按新做设计，结构安全方面有保证，但是需拆除既有桥梁最后一联，存在浪费，投资费用较高，且既有桥台处桥墩盖梁需做成整体式。本方案建成后桥梁跨径均为25m，对河道的阻水最小，适用于投资和工期均较富裕，防洪评价中对该段河道要求较高的项目。

方案三：无需改造既有桥台的耳背墙、盖梁等结构，上部结构可全部利用；且接长段施工期间可同时修筑过渡段路基，总工期最短；但该方案在河道内设置过渡段路基，对河道的阻水较大。本方案适用于总投资适中，工期要求短，河道平缓，水流速度较小，对河道阻水要求不高的项目。

方案四：对河道行洪影响小，对既有桥台的改造也较少，施工时可与其他部分同期实施，所需工期短，适用于河道行洪要求高，改造投资受限，道路等级不高的项目。但由于悬臂梁结构力学上存在一些缺陷，实际工程中应用较少，因此设计时应对悬臂梁细部进行认真计算，多方案比选，慎重选择。

设计时可根据投资估算、工期、河道部门要求、桥型应用范围、后期运营养护成本等多方面进行比选，选择合适的方案。

4 结论与建议

4.1 结论

通过以上对比分析可见，本文所述四种既有桥梁接长改造方案在河道行洪、投资估算、施工便利性、工期长短等方面各有优缺点，具体项目可根据具体情况选择不同的接长改造方案。

4.2 建议

（1）既有跨河桥梁接长方案应尽可能减少对河道行洪的影响，符合河道规划，保证行洪期间桥梁运营安全。

（2）既有跨河桥梁接长改造方案的确定应综合考虑河道行洪、投资估算、施工便利、工期、后期运行养护等多方面因素，可根据项目具体情况选择相应的接长改造方案。