牡丹江大桥改建项目设计与施工

付忠安+王小平+顾亮

摘 要：原牡丹江大桥建于1984年，桥长520米，13跨，每跨40米，桥宽20.8米，双向四车道，简支T梁结构。本项目将对其进行拓宽改造，拓宽后的牡丹江大桥总宽41.5米，双向8车道。新建大桥宽21.5米，除边跨为36米外其余跨径与旧桥相同，上部结构采用预制小箱梁，简支转连续体系。本桥为黑龙江目前规模最大的桥梁改扩建工程，文章重点介绍该桥的总体设计、结构设计、旧桥加固及施工技术难点等，为同类桥梁的设计与施工提供参考。

关键词：牡丹江大桥；旧桥加固；拓宽改造

中图分类号：U442 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）22-0103-03

1 工程概况

原牡丹江大桥建于1984年，桥长520米，13跨，每跨40米，桥宽20.8米，双向四车道，简支T梁结构。由于大桥所连接的西三条路和乌苏里路均具备8车道的通行能力，所以大桥本身已经成为南北两岸交通通行和经济发展的瓶颈，对其实施拓宽改造已是势在必行。拓宽后的牡丹江大桥总宽41.5米，双向8车道。新建大桥宽21.5米，除边跨为36米外其余跨径与旧桥相同，上部结构采用预制小箱梁，簡支转连续体系，下部结构采用钻孔灌注桩、桥墩样式与旧桥一致为墙式墩。

2 主要技术标准

（1）道路等级：城市主干路；（2）设计速度：50km/h；（3）荷载标准：城-A级（旧桥：汽-20，挂100）；（4）设计使用年限：100年；（5）桥面布置：0.5m（栏杆）+2.4m（人行道）+0.35m（隔离栏）+3.0m（非机动车道）+14m（机动车道）+0.5m（隔离栏） +14m（机动车道）+0.35m（隔离栏）+3.5m（非机动车道）+2.4m（人行道）+0.5m（栏杆）=41.5m；（6）抗震设防要求：基本烈度6度；（7）桥梁设计安全等级：一级，γ0=1.1；（8）防洪标准：采用百年一遇洪水位；（9）常水位：230.5m；（10）冲刷：一般冲刷2m，局部冲刷2m～4m；

3 总体设计

由于本工程景观要求较高，如何将新旧桥合而为一，使得拓宽后的牡丹江大桥辨不出拓宽痕迹，就好像新建了一座大桥一样，便成了考验设计智慧的一个难点。由于新旧桥结构形式差异大，且旧桥已经完成沉降，为避免差异沉降，新旧桥间设计了3cm宽的型钢沉降缝。经过反复比选论证，新旧桥各布置4个车道，并将此断缝恰与双黄线位置重合，这样的设计不但受力合理，而且可以完美的掩盖新旧桥间的空隙。

在新旧桥外侧设置装饰柱搁置装饰拱，不但可以在装饰拱上设计欧式花链遮挡旧桥的热力管线，而且装饰柱本身可以设计成观景平台，既方便了游人驻足观赏江景，也起到了纾解过桥人流，保证行人安全的作用，同时，这些观景台也是桥梁装饰不可或缺的一部分，极大的丰富了桥梁的立面装饰效果，使得桥梁更有韵律感和层次感。

在设计装饰拱时，不但让其具有装饰功能，还使其具有检修通道的功能，检修人员在装饰拱上可以无障碍的从南岸走到北岸，安全便捷的检修景观照明灯和热力管线。

4 结构设计

4.1 上部结构

本桥采用预制小箱梁结构，结构体系为简支转连续。横桥向布置7片单箱梁，主梁间距为3.03m，其预制宽度中梁为2.40m，边梁为2.85m，翼板及横隔板间留有0.63m湿接缝。箱梁中心梁高2.2m，底板宽度1.0m；顶板厚度0.2m，腹板厚度0.2m，底板厚度0.18～0.32m。跨中及梁端设横隔板。

装饰拱采用钢箱结构，箱高0.8m，宽1.5m，板厚0.012m。每跨共有11根装饰立柱，立柱采用H型钢，截面尺寸300×300×12×15mm。

4.2 下部结构

桥墩采用墙式桥墩，基础采用钻孔灌注桩。承台高2.5m。每个承台下设4根直径1.5m钻孔灌注桩。一般墩采用圬工结构，制动墩采用钢筋砼结构。

桥台采用轻型桥台，承台高2.0m，桩基为直径1.3m钻孔灌注桩。

装饰柱横桥向结构宽2.3m，顺桥向结构宽为2m，圬工结构，顶板厚0.2～0.3m，外挂石材装饰。装饰柱下为破冰棱，承台高2.5m，上游设4根直径1.5m钻孔灌注桩，下游设2根直径1.5m钻孔灌注桩。桥头堡截面尺寸为3.0×3.0m，壁厚0.3m。

桥头堡基座顺桥向宽7.0m，横桥向宽6.0m，壁厚0.5m，承台高2.0m，下设5根直径1.3m钻孔灌注桩。

4.3 结构计算

整体计算采用Midas/Civil2012 V8.0.5版进行计算。在实际建模中，对主梁采用梁单元模拟，如图2所示。

全桥采用梁格模型，支座采用弹性连接模型。边支点采用四氟板式橡胶支座；边中支点为中支点非固定墩，采用盆式橡胶支座，单向滑动（顺桥向滑动）；中支点为中支点固定墩，采用板式橡胶支座。各个墩顶处每片梁底设置设置2个支座，一联共70个支座。

计算模型共分7个施工阶段及1个运营阶段（详见下表1）。

经计算，计算结果均满足规范要求。

5 旧桥加固设计

5.1 旧桥现状

牡丹江大桥旧桥始建于1982年5月，于1984年9月建成通车，由北京市市政设计院设计，设计荷载等级为汽车-20级、挂车-100，人群荷载为3.5kN/m2，两端桥头现设20t限载标志牌。每跨上部结构均由8榀预应力混凝土T梁组成，梁高均为2.4m，梁间中心距为2.4m，相邻T梁间采用0.6m宽的现浇湿接带，每跨主梁间均设7道横隔梁，相邻两横隔梁间中心距为6.48m。全桥桥面总宽为20.8m，改建后旧桥桥面宽度为20m。

牡丹江大桥拓宽后，旧桥的受力状态发生变化，无法满足原设计荷载等级要求。经检测，大桥技术状况总体评定为B级（良好状态），能满足现有交通功能要求，因此经过专家评审会讨论，建议改造加固后的桥梁维持原有荷载设计标准，不宜提高设计荷载等级。

5.2 加固措施

5.2.1 主体结构

通过采用Midas/Civil计算软件，仿照实际状况进行建模计算，拓宽改造后，原旧桥共有5片T梁承载能力不能满足设计荷载等级安全承载能力要求。由于体外预应力加固技术不仅能提高结构承载力，而且提高了结构刚度，降低结构挠度和减小裂缝宽度，也提高了结构弹性恢复能力，同时具有施工方便和不过多增加结构自重等优点，因此本工程采用体外预应力技术对这5片T梁进行加固，并对影响结构耐久性及使用性的病害一并维修及修复，保证结构的安全运营。

5.2.2 桥面系

凿除全桥桥面铺装、两侧栏杆和人行道，重新铺筑桥面铺装，横坡设为单向坡，坡度为0.65%，改造后旧桥桥面采用厚0.08-0.191m钢筋混凝土层+0.1m沥青混凝土。为保证桥面铺装与T梁工作的整体性，在T梁腹板和横隔梁上种植结合面钢筋，纵横交错布置。新旧桥在纵向接缝处设置纵向伸缩缝，且在相接的旧桥翼板底面增设不锈钢板滴水槽。

在桥梁西侧建浇人行道，并新设花岗岩栏杆，重新对人行道砖面进行铺砌。

5.2.3 耐久性修补

对全桥两侧边梁与中梁间翼缘、T梁腹板和湿接带、人行道下方悬臂板底面泛白、泛碱处，刷洗干净后，涂刷两遍水泥基渗透结晶型浆料进行耐久性防护。

对全桥局部钢筋锈胀、混凝土破损处，先凿除锈胀和破损处疏松的混凝土，对鋼筋彻底除锈并清理干净后，采用聚合物修补砂浆予以修复。

6 施工技术难点

（1）采用预应力钢套箱技术，确保了水中封底成功，保证了桥梁下部结构施工的工期和质量。

（2）受工程整体施工进度及施工成本影响，本工程需要进行冬季施工，通过采用提高混凝土标号，调整混凝土配合比和加入防冻剂，搭设保温棚，锅炉供暖，炭炉加热、暖风炮加热等措施，保证冬季施工质量。整个冬季施工期间完成了主桥下部结构的90%的工程量，累计浇筑17000m3，在经历一个冬季施工后，现场所有冬施结构经检测，合格率达到100%。实现了省内乃至东北地区冬施的历史性突破，为尽早架梁及工程竣工创造了条件。

（3）为使得加固作业得以顺利进行，项目部技术人员开展技术创新活动，并成功设计了可以悬吊在T梁下方的作业平台，申报了专利。通过悬吊平台，施工作业人员可在梁下完成支座更换、裂缝修补、体外预应力束的安装及张拉、混凝土表面的防腐处理等作业。

（4）采用同步顶升方法成功更换旧桥支座。

（5）由于植筋施工时间在3、4月份，气温在-5度到15度左右。而常规植筋施工过程要求气温达到15度以上才能施工，为此展开了非常规气温条件的植筋技术研究。通过植筋胶的现场工艺性试验，明确植筋胶的选型及低温条件下钻孔植筋的工艺要求。比如，钢筋的埋设深度应大于15d、孔径应比钢筋直径大4-6mm；在进行成孔作业时，将钢筋植入孔内后，要在常温下进行养护作业，经过实验确定，必须从底部开始注胶，胶水的流动性越好对植筋质量越有保证。

7 结束语

随着我国经济和交通基础建设的发展，将有越来越多尚有使用价值的桥梁面临拓宽、加固等改造工程。本文对牡丹江大桥改建工程的设计和施工技术做了较为详细的介绍，旨在对旧桥拓宽改造项目及冬季施工项目积累宝贵的经验，具有一定的实用价值，可供今后同类桥梁的设计、施工借鉴和参考。

参考文献：

[1]唐宁.桥梁加宽改造设计与施工[J].交通世界：工程技术，2014，7.

[2]王静，裴伟民，叶政权.桥梁建设工程的施工设计措施[J].中国水运月刊，2015，15（9）.