改扩建桥梁方案设计

闫嗣伦

摘 要：桥梁改扩建，本文通过三种方案进行技术分析、综合比较后得出最佳桥梁改造方案。

关键词：T梁;空心板;优点;缺点;比较

一.概述

原桥全长43米，角度为90°，桥梁全宽为净7.5米+2×0.5米防撞墙，上部结构为3×13米装配式钢筋混凝土空心板，下部结构为柱式墩、柱式台，钻孔桩基础;原路为三级公路，原桥结构设计安全等级为二级，汽车荷载等级为公路—Ⅱ级，设计洪水频率为1/50。

原桥于2018年进行桥梁检测，检测结果为所有空心板底均有横向裂缝，铰缝也均有开裂状况，桥面铺装墩台顶处均有横向裂缝，伸缩缝混凝土剥落;墩台盖梁均有水刷麻面病害。桥梁技术评定等级为二类。

二.设计基本资料

1.设计标准

荷载等级：公路—I级

环境类别：Ⅱ类

设计安全等级：一级

设计基准期： 100年

设计洪水频率：中桥：1/100

设计使用年限：50年

地震动峰值加速度：0.1g

桥梁全宽：13米=净12.0米+2×0.5米防撞墙;

护栏防撞等级：A级

2.设计依据

1） 交通部交公路发[2007]358号《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》

2）《公路工程技术标准》JTG B01-2014

3）《公路路线设计规范》JTG D20-2017

4）《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2015

5）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG 3362-2018

6）《公路圬工桥涵设计规范》JTG D61-2005

7）《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG 3363-2019

8）《公路工程抗震规范》JTG B02-2013

9）《公路桥梁抗震设计规范》JTG/T2231-01-2020

10）《公路工程水文勘测设计规范》JTGC30-2015

11）《公路交通安全设施设计规范》JTG D81-2017

12）《公路交通安全设施设计细则》JTG/T D81-2017

三.原桥承载能力验算

1.计算方法

空心板及墩盖梁采用同济大学“桥梁博士V3.6.0”计算程序计算部分单项作用效应，按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）及《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）的相关规定进行组合，并使计算结果满足相应条款的要求。

2.验算结果

经计算，原路公路技术等级为三级公路，设计汽车荷载等级为公路—Ⅱ级，原桥上部普通钢筋混凝土空心板结构满足原路设计荷载标准要求，但现公路技术等级提级为二级公路，设计汽车荷载等级提高为公路—I级，原空心板结构不能满足现行设计荷载标准要求;原桥下部盖梁结构满足原路设计荷载标准要求，但不能满足现行设计荷载标准要求;原路设计洪水频率为1/50，现提升为1/100，经计算桥下局部冲刷以及一般冲刷加大，下部桩基础桩长可以满足原桥基础承载力以及冲刷要求，但无法满足加宽后现桥梁基础承载力以及冲刷要求。

四.设计方案比较

1.推荐方案

采用拆除原桥，新建先简支后桥面连续预应力混凝土T梁：

根据相关文件要求，路线为省级公路，综合考虑安全、耐久、适用、环保、经济、美观等因素，选择装配式预应力混凝土T梁结构形式，具有外观简洁、美观，线形流畅，抗弯抗扭刚度大，整体受力性能好，结构耐久性好，后期维修养护费用小，施工经验成熟等特点

桥梁跨径布置为3×13m，桥梁全长45m，桥梁全宽为净12.0+2×0.5m，上部采用先简支后桥面连续T梁结构，下部为柱式墩、0#台为柱式台、3#台为肋板台、桩基础。

优点：结构安全更加稳定，结构耐久性更好，后期维修养护费用及难度相对较小。

缺点：拆除新建，工程造价略高。

2.比较方案一

采用上部空心板结构加固利用方式，下部结构盖梁加固、加宽新建。

跨径布置为3×13m，角度90°，桥梁全长45m，桥梁全宽为净12.0+2×0.5m，原桥上部空心板中板采用粘贴碳纤维板方式加固，边板以及其余中板采用新建装配式先张法预应力混凝土空心板。

下部结构选择加固加宽新建方式，原桥盖梁采用增大正截面的方式加固，以满足现桥梁承载力要求。墩柱以及桩基础采用加宽新建方式，考虑冲刷深度加大，桥下设置浆砌片石铺砌，桥梁上游10米和下游20米处分别设置一道拦水墙以减小冲刷对基础的冲刷影响，新建桩基础设计加长。

优点：节省部分材料以及成本，充分利用原桥结构。

缺点：加固设计新旧结构连接处容易出现裂缝，增加后期养护成本以及难度;桥下铺砌以及拦水墙河水冲刷过程中容易开裂脱落，后期需要持续维修及养护，增加后期养护成本及难度;空心板以及铰缝位置容易产生严重病害，增加后期养护成本以及难度。

3.比较方案二

采用上部結构拆除新建，下部结构盖梁加固利用、加宽新建。

跨径布置为3×13m，桥梁全长45m，桥梁全宽为净12.0+2×0.5m，上部采用先简支后桥面连续T梁结构。

下部结构选择加固加宽新建方式，原桥盖梁采用增大正截面的方式加固，以满足现桥梁承载力要求。墩柱以及桩基础采用加宽新建方式，考虑冲刷深度加大，桥下设置浆砌片石铺砌，桥梁上游10米和下游20米处分别设置一道拦水墙以减小冲刷对基础的冲刷影响，新建桩基础设计加长。

优点：节省部分材料以及成本

缺点：加固设计新旧结构连接处容易出现裂缝，增加后期养护成本以及难度;桥下铺砌以及拦水墙河水冲刷过程中容易开裂脱落，后期需要持续维修及养护。上部T梁结构梁高提高，本桥控制高抬高。

4.综合比较表

三种方案综合比较

五.结论

预应力T梁为常规桥型，施工工艺成熟、安全、周期短;横向稳定性较好、梁高较高、结构刚度较大，运营过程中的挠度较小，行驶舒适性较高;结构断面为开放式断面，施工过程中没有芯模，施工简单质量容易控制，后期养护维修也较为方便。

考虑设计洪水频率提高，桥下局部冲刷以及一般冲刷加大，对桥梁桩基础影响加大，桥下铺砌方案不利于长期使用，无法从根本上解决冲刷问题。加固部分施工需有资质单位专业人员进行施工，施工困难度提升。

综上所述，本桥采用拆除新建方式，上部结构采用装配式预应力混凝土T梁，下部柱式墩台、桩基础。

参考文献：

[1] JTG 3362-2018.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.

[2] JTG B01-2014.公路工程技术标准.

[3] JTG D60-2015.公路桥涵设计通用规范.