某桥梁改扩建设计方案研究

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1.桥梁现状

某桥于1995年12月竣工，为跨通航河道的一座大桥，桥位处水面宽约188m，最大水深3.7m。河道顺直、平缓，航道中心线与路线中心线交角约为50°。桥梁全长472.908m，位于半径R=7000m的平曲线和半径R=18000m的凸形竖曲线上，不设超高，双向横坡均为2%，桥上纵坡由1.47%变到-1.91%，预制上部结构梁体采取纵向斜置，用预埋钢板高度调整坡差。

全桥左右两线分修，由于河道与主线斜交，为适应水流及通航要求，左右两线主桥错孔布置，并采用调整孔使左右两线引桥桥孔转正对齐。左线桥孔跨：七孔20m预应力砼T形梁十一孔31.4m 预应力砼T梁(调整孔)+(32.5+50+32.5)m 等高度、斜腹板预应力砼连续梁+九孔20m 预应力砼T梁；右线桥孔跨：八孔20m 预应力砼T形梁+(32.5+50+32.5)m连续梁十一孔31.1m预应力砼T梁(调整孔)+八孔20m预应力砼T梁。

桥址地层均为第四系沉积物，地层表面为淤泥质亚黏土，局部为亚黏土；表层地下层为软土、软塑--流塑状软弱土层；其余地层为硬塑亚黏土以及地下水丰富的亚黏土层。

该桥共有21个墩台，其中0#和20#桥台为带耳墙的钢筋砼桩柱式桥台，桩径为150cm。主桥主墩为带承台和桩基础的圆形独柱墩，墩柱直径为220cm，基桩为6根直径为120cm的钻孔桩；边墩为双柱式桥墩，墩柱直径为140cm，桩身直径为150cm，两柱之间设有横系梁。引桥下部采用双桩式墩，墩身直径除左7#和右12#墩为140cm外，其余墩均为120cm。

2.改扩建方案

为适应交通的发展，对该桥所属路线进行改扩建。改扩建的设计线形为根据现有路线进行拟合的曲线，线形拟合设计平曲线半径R=7000m，凸形竖曲线半径R=18150m。扩建桥梁在原桥两侧分别向外加宽8.25m，改扩建设计后的桥梁总宽为42.5m，由双向四车道扩建为双向八车道，跨越河道时将原28m×4.5m通航标准提高为38.0m×5.0m。改建后路线纵断面高程保持不变。

2.1 方案选择

由于通航标准提高，原主桥跨径和梁高不能满足要求，需拆除重建。

经计算，由于路线与渠道斜交，要满足通航净宽38m 的要求并避开旧桥桥墩，该桥主跨跨度需在70.0m 以上。同时，为满足通航净高5.0m 的要求，并考虑横桥向2%的横坡，且路线纵断面标高保持不变，主跨建筑高度需在1.49m以下(包括桥面铺装的厚度)。

鉴于主跨跨度和建筑高度的要求，主桥采用一般的梁式桥不可行，只能从下承式拱桥、斜拉桥、悬索桥、下承式钢桁架桥等单跨跨度大、主梁高度低的桥型中进行选择。

该桥位于正在运营的高速公路上，改扩建过程中仍需维持交通，故主桥拆除重建需分幅进行：先封闭一侧的路线，将交通转移到另一侧，维持双向两车道交通，拆除重建该侧主桥，拼宽引桥，完成后再进行交通的二次转移，进行另一侧的改扩建。改扩建后需保持原有路线位置，施工中应尽量减少对另一侧正在运营的路线的影响。由于该桥位于平曲线上，而钢桁架桥是一种能够满足跨度、净空要求且便于实施的方案。因此，拟定该桥的主桥采用80.0m下承式钢桁架桥方案，左、右幅分开新建，错孔布置；引桥采用在原T梁两侧各拼宽8.8m 的方案。因原主桥边墩需拆除，为使引桥与桁梁相接，与桁架相邻的几跨引桥也需拆除，每侧重新布置全宽20.75m 的T梁。主桥桁梁平面布置见图1。

2.2 主桥上部结构

下承式钢桁梁具有自重轻、跨越能力强、建筑高度小、施工速度快的特点，广泛用于跨越大江大河的桥梁上。该桥桥下净空净高比原设计提高了0.5m，需对新建桥的建筑高度予以控制。大桥扩建为左右幅先后进行，施工过程中需转移交通至一侧路线，拆除重建另一侧，待施工完成后再进行交通的二次转移，完成全桥的重建。下承式连续钢桁梁能够满足该桥主跨跨度大、建筑高度小、工期短的要求。

该桥位于R=7000m的平曲线上，由于桁架桥平面上做成曲线形式结构上比较复杂，制造和安装困难，施工速度慢。为此，采用80.0m下承式简支钢桁梁一跨跨越，弯桥直做，行车道仍按路线走向曲线布置。左右幅桥先后分开修建，主梁、墩台、基础均不相连。

主桁采用三角形腹杆体系，节间长度8.0m，主桁高度12.8m，高跨比为1/6.25。两片主桁中心距采用21.5m，桥面行车道宽度19.25m，满足该路线扩建后单幅四车道的要求。

由于主桁宽度大，主桁杆件受力较大，上下弦杆均采用箱形截面，截面宽度500mm，高度均为720mm，最大板厚30mm，工厂焊接，在工地通过高强螺栓在节点内拼接。除端斜杆采用箱形截面以增加面内外刚度外，其余腹杆均采用焊接H形截面，截面宽度500mm，高度420-600mm。

桥面系仍采用纵横梁体系。受建筑高度的限制，桥面系高度需控制在1.49m以下(包括桥面铺装的厚度)。设计横梁高度为1.05m，桥面可采用砼桥面板，也可采用钢桥面板。砼桥面板便于制造、安装，刚度大，桥面铺装容易，养护工作量小，但自重较大，导致横梁钢板较厚，且需按结合梁进行设计，造成纵横梁的构造及横梁与主桁间、纵横梁间的连接均有一定的难度；钢桥面板自重轻，可在工厂加工，但现场需分块焊接拼装，施工过程繁琐，且使用过程中需经常进行桥面养护，行车噪音大，运营条件不太好。综合考虑，设计采用砼桥面方案。横梁高1050mm，工字形钢梁，上下翼缘钢板厚50mm，与主桁在节点上通过高强螺栓连接；纵梁高500mm，工字形钢梁，上缘与横梁上翼缘的底面齐平，在纵梁腹板上设一对角钢与横梁腹板相连，横向每2m设置一道；桥面板采用钢筋砼结构，板厚15cm，与纵、横梁相交处带肋，板厚增至25-30cm，通过大头钉与纵、横梁相连。

上、下平面纵向联结系采用K字形式，通过角钢与弦杆在节点处相连，以抵抗横向风力及弦杆变形产生的内力。在桁架两端斜杆所在的斜平面设置桥门架，上弦节点设横向联结系。

每片主桁两端设盆式橡胶支座。

2.3 引桥上部结构

因原主桥边墩为拆除重建结构，与主桥相邻的引桥也需拆除重建。主梁采用预应力砼T梁，单桥面宽度为20.75m，横向布置10片梁，腹板中心距为2.07m，跨度为15-25m。梁端每片梁布置1个支座。

其他各跨引桥采用与原结构相同的结构形式，在两侧拼接，宽度均为8.8m，跨度布置与原桥相同。每侧拼接结构横向采用4片预应力砼T粱，梁底与原结构保持一致，腹板中心距2.2m，桥面与原桥顺接，横坡相同，拼接方式为刚性连接。

2.4 下部结构

改扩建下部结构与原桥均不进行连接。主桥桥墩采用Y形墩，底部墩柱横断面尺寸为650cm×210cm，顶部帽梁横断面尺寸为2330cm×250cm。新建T梁桥墩为带盖梁的三柱式墩，墩径130cm；其他T梁桥墩均采用与原结构相同的带盖梁的双柱墩，直径110cm。两端桥台均为桩柱式桥台。

墩台均采用钻孔桩基础，按摩擦桩设计，拼宽部分桥梁的墩台适当加长桩长以尽量降低新结构桩基的沉降量。

3.结语

受力均满足设计要求。通车运营后，各构件受力良好，承载能力满足要求，证明所用改建方案可行。伴随着国民经济的快速发展，公路荷载等级和交通量不断增加，许多公路面临着改扩建问题，以提高公路的通行能力。在改扩建设计中应充分考虑利用原有构件以缩短工期、降低造价。

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