海宁桥拓宽改建工程方案设计浅析

罗海兵，张 涛

（江苏华新城市规划市政设计研究院有限公司，江苏 连云港 222006）

1 项目概况

1.1 桥梁现状

海宁中路跨西盐河桥建于2003年，桥梁结构为5×13 m简支预应力混凝土空心板梁桥，连续桥面，桥梁的右偏角为75°，桥梁宽度50.5 m，见图1。

图1 桥梁立面图（标高单位为m，其它为cm）

桥梁位于海宁中路与盐河南路交叉口范围内，拓宽改造前，交叉口进口道为“一左三直一右”五个车道，出口道为三个车道。

三幅桥梁横向布置为：4.25 m（人行道和栏杆）+6.0 m（机非混行车道）+3.0 m（侧分带）+24.0 m（机动车道）+3.0 m（侧分带）+6.0 m（非机动车道）+4.25 m（人行道和栏杆），见图2。

图2 桥梁横断面布置图（单位：cm）

上部结构主梁采用先张法预应力混凝土简支空心板梁，梁长12.96 m，板梁高度0.55 m。板梁底标高不小于4.0 m。桥面铺装原设计为14 cm厚钢筋混凝土现浇层，后期道路改造加铺了6 cm厚沥青混凝土。

下部结构桥台采用桩接盖梁桥台，桥墩采用桩柱式桥墩，均为钻孔灌注桩基础，墩台桩径1.2 m，桥墩柱径1.0 m。盖梁桥墩宽1.3 m、桥台宽1.2 m。

1.2 桥梁检测结果

根据2016年度结构定期检测结果，上部结构评价为C级，板梁有裂缝，但裂缝宽度均不超过0.15 mm。

2019年度结构定期检测，机动车道上部结构评定为D级桥-不合格级，病害板梁主要分布在中幅机动车道桥的南半幅，为板梁的腹板斜裂缝宽度超过0.15 mm，部分达到3 mm，斜裂缝距离梁端约1.8 m。与2016年度的检测结果相比，裂缝数量和裂缝宽度均有明显的发展，见图3。

图3 板梁腹板斜裂缝（左为2019年，右为2016年）

经检算，原设计板梁的抗弯能力和抗剪能力均满足2003版《公路工程技术标准》要求，但安全储备不一致。在超载车辆（由西向东行驶较多）的作用下，板梁因抗剪承载能力不足导致腹板斜裂缝超标，但跨中未见异常，其抗弯承载能力尚能承受超载车辆荷载。

1.3 桥梁改建概况

鉴于板梁的严重病害，及对桥梁上机非混行的现状，采用拆除中幅桥上部结构，利用既有的侧分带空间拓宽中幅桥的改建方案。

2 改建设计

2.1 改建设计分析

与新建桥梁相比，桥梁改建设计的限制条件及需要考虑的设计要素颇多，方案在执行2014版《公路工程技术标准》的基础上，主要考虑的要素：

（1）新建结构按2014版《标准》设计，而利用的现状结构是按照2003版《标准》设计的；

（2）现状桥梁13 m跨度板梁梁高0.55 m，2014版《标准》汽车荷载增大，板梁承载能力提高，且从构造措施上提高了钢筋混凝土的耐久性，板梁梁高调整为0.70 m；

（3）2011版《城市桥梁抗震设计规范》要求7度区13 m预应力空心板梁在盖梁上的搁置长度不小于76.5 cm，现状盖梁宽度不满足抗震要求；

（4）纵断面宜与现状保持基本一致，以减小桥两端特别是盐河南路交叉口区域路面抬高衔接工程量；

（5）以人为本，优化现状交叉口，机非分行。

2.2 改建设计方案

拆除中幅桥的桥面铺装、预应力空心板梁、支座、搭板和盖梁，拆除侧分带，铣刨非机动车道沥青混凝土面层和更换支座，见图4。

图4 中幅桥拆除示意图（单位：cm）

在侧分带位置新建两个桩基，新建盖梁、板梁和桥面系。板梁底标高按不小于3.85 m控制，保持新建桥面标高与现状桥梁标高基本一致。改建后中幅桥桥面净宽为28.0 m，设置5个进口道和3个出口道，包含两个BRT专用车道，见图5。

图5 桥梁改建示意图（单位：cm）

新建桩基采用钻孔灌注桩，桩底标高、截面尺寸与现状保持一致，桩径1.2 m，柱径1.0 m。中幅桥利用的桩、柱材料强度和承载能力经验算满足改建后的2014版《标准》的受力要求。

3 危险性较大分部分项工程方案及验算

3.1 拆除、吊装方案

3.1.1 拆除、吊装方案考虑因素

（1）主体结构拆除宜先拆除非承重结构及附属设施，再拆除承重结构。

（2）分析确定拆除顺序及方向，确定吊车摆放位置并记录吊装作业半径内的吊重能力，确认切割线并放线定位，为拆除部位设置吊装孔槽，按最大切割块重量配备吊车，做好吊装、转运、破碎、碴土处理工作。

（3）拆除与新建在工序上相结合，如在拆除板梁过程中，利用现状桥面平台施工钻孔灌注桩；拆除过程与块件吊装过程相配合，如桥面系分步拆除、吊车与运梁车相协调；还需考虑吊车旋转范围、运梁车进出路线等。

（4）分析在拆除、吊装、运输过程中，板梁、盖梁、桩柱等结构的最不利工况和承载能力。

3.1.2 拆除、吊装方案

桥面系拆除施工流程：中央护栏拆除、侧分带拆除、桥面沥青面层铣刨。

板梁拆除施工流程：由东向西、由南向北依次拆除；先切割桥面钢筋混凝土铺装层和铰缝以分割板梁，再逐片吊装板梁；切割一跨吊装一跨，吊机所在跨桥面铺装和铰缝不得切割，见图6。

图6 板梁拆除吊装顺序图

板梁拆除前进行台后土压力引起桥台偏载、单边恒活载引起桥墩偏载的检算。

盖梁拆除施工流程：将盖梁按下图所示顺序切割，柱顶以上盖梁块段人工凿除，其余块段吊装运离现场处理，见图7。

图7 盖梁拆除顺序图（单位：cm）

注意切割顺序10时，块体H对边柱的不平衡弯矩。

为了保证桩柱钢筋的完整性，桩柱顶剩余盖梁采用小型碎型锤施工，离设计标高顶30cm处采用风镐人工凿除处理。

3.2 拆除、吊装不利工况下板梁承载力检算

采用笔者编写的桥梁荷载试验计算程序，通过吊车荷载和设计汽车荷载作用下的板梁关键截面内力的比值（荷载试验中的加载效率），初步判断板梁是否可承载吊车。

3.2.1 板梁抗弯承载能力计算

分别按杠杆法和铰接板法计算既有中幅桥的梁端和跨中横向分布影响线，见图8。

图8 中幅桥板梁的横向分布影响线

计算设计汽车荷载作用下各主梁的横向分布系数、各主梁的最大弯矩，结果见图9。

图9 汽车荷载主梁横向分布系数、最大弯矩

设计汽车荷载作用下，板梁跨中最大弯矩约为270 kN·m。

采用130 t吊机，吊装盖梁时起重量约106 kN，工作半径约16.0 m。吊车在靠近中幅桥边缘安装就位，计算以下工况板梁的弯矩数值。

工况一：吊车在靠近中幅桥边缘安装就位，尚未起吊。吊车总重约960 kN，每个支撑点重量240 kN。

工况二：起吊盖梁，前脚每个支撑点受力453 kN，后脚每个支撑点受力102 kN。

工况三：起吊盖梁，吊机在工况二的基础上旋转180°，后脚每个支撑点受力453 kN，前脚每个支撑点受力102 kN。

计算各工况作用下的板梁弯矩与设计汽车荷载作用下的弯矩比值，结果见图10。

图10 吊车荷载作用下主梁弯矩

吊车荷载作用下的板梁弯矩，最大为设计汽车荷载作用下的0.79，板梁抗弯承载能力满足要求。

3.2.2 抗剪承载力验算

分析主梁的横向分布影响线，板梁在工况二作用下梁端的剪力值最大，即吊机前脚每个支撑点受力453 kN，后脚每个支撑点受力102 kN。

考虑靠近支座处横向分布系数较大，接近单板受力，取吊车荷载作用下板梁最大剪力为453 kN。

板梁抗剪承载力约为324 kN，板梁自重作用下剪力122 kN，单块板的可承受的汽车荷载剪力约为202 kN，需453/202=2.2块板梁提供抗剪承载力。因此吊机支脚位置需设置横向分配梁做荷载分配，横向分配梁长度按不小于3.0 m设置。

3.2.3 承载能力验算结论

拆除、吊装运输过程中，既有中幅桥板梁抗弯承载能力满足要求；单片梁抗剪能力不足，吊机支脚位置需设置横向分配梁，分配梁长度按不小于3.0 m设置。

4 结 语

海宁桥改建工程采用拆除中幅桥上部结构和盖梁，拓宽中幅桥的改建方案。拆除吊装方案的确定考虑起吊能力、工作条件、拆建结合等多方面因素，并结合既有板梁承载能力的加载效率比较结果编制方案，有效缩短项目总工期、降低工程总投资，最终顺利完成桥梁的拆建工作。开放交通一年多，各方面运营指标良好，对类似工程具有一定的借鉴意义。