摘要：本文笔者根据多年实践经验，就上海辰山植物园辰山大桥维修新建项目进行了一些粗浅的阐述，希望可以为类似工程项目提供些参考。
关键词：辰山植物园；辰山大桥；维修；加固；工程；探析
1工程概况
辰山大桥(原山塘桥)建成于1984年，至今已使用近34年，为钢筋混凝土肋拱桥。拱桥是我国处于少筋少水泥时期修建的桥型，其主要特点是将主拱圈以“化整为零”的方法按先后顺序进行施工，再以“集零为整”的组合式结构承重，存有结构整体性差的缺陷，该类桥梁大都已处于设计使用寿命的后期。按相关规定一般小型桥梁设计按25年考虑，该桥已达到设计使用年限，在长期超限车辆的作用下，加上自身存在的构造缺陷，致使桥梁主拱结构、立柱等主要受力体系存在钢筋严重锈蚀、部分钢筋全截面损失、混凝土保护层局部严重剥离等多处多种病害;桥面系及附属设施也存在桥面铺装纵向开裂、护栏断裂、桥面渗水等病害，其整体性正在加速退化。
鉴于以上明显不利于桥梁安全通行的现象，辰山植物园于2008年、2017年分别对该桥进行了安全检测，并依据《城市桥梁养护技术规程》（DGTJ08-2145-2014）4.6.3条规定得出结论，该桥目前属于D级危桥，且正处于进一步加速受损的现状，应立即维修重建，防患于未然。
2 维修加固方案与新建方案对比
维修设计根据结构模型计算，加固计算，造价计算结合地质勘探资料和施工条件，对该桥可采用桥身加固和拆除重建两种方案进行比选。
1）安全性
根据检测，桥身的关键受力构件肋拱多处受损开裂，肋拱中的钢筋长期暴露于外部环境，发生严重的锈蚀，部分钢筋全截面损失，混凝土保护层局部严重剥落；立柱普遍钢筋锈蚀外露、保护层开裂；盖梁普遍底部露筋；桥面板渗水现象严重。如采用加固方案，加固点多，几乎覆盖全桥。经加固设计计算，加固后，桥梁的整体重量大增，增加重量大约为原有上部结构重量的二分之一，加固完全抹杀了钢筋混凝土肋拱桥体重量轻的优点。同时，由于现有桥墩的状况不明，增加重量后的桥体将对桥墩基础产生过大的负重，存在桥墩无法承受桥体的重大安全隐患。
2）先进性、拓展性
由于改革开放初期，我国的生产力水平与现在有着非常大的差距，建筑材料也有着长足的发展和进步。作为超级工程大国，现有的建筑材料更加牢固、耐久、重量轻、易于施工。辰山大桥由于年代较久，碳化严重，通过经无损检测混凝土强度发现，当前桥梁混凝土强度等级已无法达到当时的设计要求。
同时，唐山大地震后，我国桥梁抗震的理论研究才在著名桥梁工程与力学专家李国豪的领导下，开始从零起步发展至今。辰山大桥由于建成年代较早，在抗震方面与现代桥梁抗震设计还有一定差距。因此，在保持桥梁外观基本不变的情况下，采用更先进的建筑材料、桥梁抗震设计、以及施工手段进行原样重建维修，能在保持桥梁原有风貌的基础上，使辰山大
桥的安全性、功能性和耐久性都得到大幅度提高，更符合国家可持续发展的科学发展观。
3）经济性
就总体造价而言，对该桥桥身加固的费用为261.24万元略低于原样重建维修方案造价，但由于桥身整体重量的大幅度增加，加固后的日常使用中仍然需要限流，这就需要大量的人力来进行交通指挥和疏导；另加固后，根据规定，需要对桥梁进行定期的安全检测和必要的实时监测，后继需要更多的持续性投入，且年份较长。综合评估后，拆除重建方案的总投资额大大低于对桥体加固的费用。
4）一体协同性和文化性
辰山大桥虽然没有赵州桥那样的千年历史，但辰山大桥本身屹立于辰山塘之上也已经有34载春秋，见证了辰山至改革开放以来的发展和变化，是时代的印记，是历史的见证。多年的陪伴，辰山大桥已经与周边的环境形成了一种浑然一体、和谐统一的关系。大范围大面积的加固桥梁会破坏了原桥梁的风貌，违反了辰山植物园项目规划师当初保留老桥的初衷。
综上所述，为了消除结构安全隐患，经过资料收集分析、结合前后两次安全检测分析报告、数次现场踏勘调查、方案深入比选，桥梁重建在安全、经济、先进、展性、文化传承、环境和谐等多方面都有明显的优势考虑到本桥位于辰山植物园，桥梁对景观要求特别高。若实施加固方案，一方面影响桥梁景观，正是景观风景区所忌讳的；另一方面对今后桥梁的使用安全留下隐患，根据已有桥梁加固案例，一般加固后的效果不能达到100%理论效果，而且桥梁更容易在加固后的不久出现新的病害。故本工程推荐拆除重建方案。
3 拆除重建设计思路
3.1总体设计
本桥梁工程作为服务辰山植物园的主要道路，园区路网的重要组成部分，其中辰山大桥作为跨越截流河的一个重要节点，其桥梁的功能、景观等要求都需与园区整体设计相协调统一。
3.2抗震设计
本路线的地震基本烈度为7度（即地震动峰值加速度为0.1g），根据抗震规范进行抗震设计，并按抗震规范要求设置抗震措施，为防落梁，除设置防震挡块及锚栓外，并按要求确定帽梁尺寸。加强下部结构抗剪设计、增强结构构造配筋、加强墩柱箍筋设置；加强梁片之间横向连接，以提高上部结构的整体性。
3.3桥梁结构选型
3.3.1上部结构选型
由于桥梁上部结构的造价占桥梁工程总造价比重大，结构的合理选型是设计工作的重要内容。
上承式钢筋混凝土拱桥跨越能力较大，可以减少下部桥墩工程量，缩减工期。对于类似山塘类似规模的河流可以一跨而过，不需要再河流中架设桥墩，减少桥墩对起影响；材料的适应性强，节省钢材，主拱圈以受压为主，能很好的发挥混凝土的强抗压性能；桥型美观优雅，尤其是在公园中对景观要求较高的场地，其优越性尤其突出；耐久性好，养护维修费用省，节省后期养护造价。
图1:上承式拱桥效果图
上承式拱桥优美的主拱轴线孕育着强大的力量，产生着一跃而过的力动感与跨越感，加上柔美的拱轴线与直线形的梁柱、杆结合，呈现出刚柔并济、韵律优美的绰约风姿。以一种或几种建筑要素连续重复的排列可形成连续的韵律。不论是圆曲线、抛物线、悬链线拱轴线，都有着规则的曲率编号，因此拱桥是富有韵律的桥型。拱曲线是柔性的，桥面板是直线型的；但拱桥轴线在力的作用下产生的曲线，不似千丝万缕，拱轴线是肉中有刚、刚柔相济。
本工程位于植物园景观区，建筑物的景观性尤为重要，拱桥相比不其他类型桥梁有着较大优势。故本设计推荐钢筋混凝土上承式拱桥方案。
3.3.2下部结构选型
桥梁墩台型式的选定，除应有足够的强度和稳定性外，还应方便施工且经济合理。同时应结合上部结构的选型，使上下部结构协调一致、轻巧美观；与周边环境相协调。桥梁的墩台宜简洁、轻盈、通透、挺拔，与上部结构比例协调并与周围环境尽可能协调与融合。
针对本项目所在区域特点，为了使桥梁下部结构与上部结构的协调统一，充分重视桥梁美学和环境设计，力求结构新颖、美观、富有时代气息，与周围环境相协调。
（1）本工程方案
桥型方案充分考虑经济、美观、施工、设计等因素，结合河道宽度、地质情况、防洪标准、桥台高度、技术经济等综合因素，该桥提出了两个桥型方案进行比选：
1）方案一:上承式分离双拱肋钢筋混凝土拱桥
平面线形为直线，桥头两侧无匝道，呈“一”字型布置，桥梁平面与河道正交。桥梁全长56米，桥宽4.6米，桥面面积257.6m2，主拱计算跨径为L=50m，计算矢高f=7.143，计算矢跨比为1/7，桥面宽度为：4m（人行道）+2.5m（非机动车道）+9.5m（车行道）=16m。
图3：:方案一断面图
主拱圈采用悬链线，拱轴系数为m=1.988，主拱圈采用分离式双箱截面，沿桥纵向设置6片横隔梁。主拱肋采用箱型截面，拱肋高1.1m，宽0.6m，腹板及顶底板厚15cm，横梁采用工字形截面，腹板厚30cm。拱上建筑采用双立柱+盖梁形式，立柱采用70×50矩形截面，盖梁高50cm，宽90cm。
上部结构主梁采用8m装配式简支钢筋混凝土空心板，横桥向布置4片空心板，空心板梁高42cm。全桥在桥台处设两道D80型伸缩缝。方案一布置图如上所示。
下部结构桥台承台高1.5m，设6根φ120cm钻孔灌注桩，桩长30m。台后设挡墙，为平衡拱脚处水平推力，设置8m长与承台同高的摩阻板。
2）方案二:上承式钢筋混凝土板拱
平面线形为直线，桥头两侧无匝道，呈“一”字型布置，桥梁平面与河道正交。桥梁全长60米，桥宽4.6米，桥面面积276m2，主拱计算跨径为L=50m，计算矢高f=7.143，计算矢跨比为1/7，桥面宽度为：4m（人行道）+2.5m（非机动车道）+9.5m（车行道）=16m。
图5：方案二断面图
主拱圈采用460cm×70cm矩形截面，主拱圈线形采用R=4682cm的圆弧，拱上建筑采用侧墙+26cm厚桥面板，桥面板全桥连续，在桥台侧墙出设置D80伸缩缝。侧墙间距为400cm，拱圈跨中设置14m实心段，即桥面板与拱圈浇筑在一起，如上图所示。
下部结构桥台承台高1.5m，设6根φ100cm钻孔灌注桩，桩长30m。台后设挡墙，为平衡拱脚处水平推力，设置8m长与承台同高的摩阻板。
（2）方案比较
1）方案一特点
（1）整个桥型先进优美，与周围环境协调，立体感良好。
（2）整体稳定性和承载能力强较之钢结构和混凝土结构有极大的优越性。
（3）具有较好的耐冲击能力和动力性能，跨越能力增强。
（4）桥面板采用预制结构，预制装配化程度高（按体积比，预制装配率达85%以上），安装速度快，工期较短；
（5）主拱圈采用分离式双箱，拱肋横梁及拱上立柱盖梁均对加强了双拱肋的整体作用，能提供更强的横向稳定性。采用双拱肋减轻了主拱圈自重和减少混凝土用量，一方面降低了拱脚水平推力，提高拱桥受力的安全系数，另一方面节省了整个工程造价。
（6）主拱圈截面挖空，受压面积减小，而主拱圈主要受压，往往需要更大截面才能保证受力安全。
2）方案二特点
（1）主拱圈采用实心截面、拱上建筑采用侧墙形式，使整个结构自重增大，拱脚产生巨大水平力，往往需要更可靠的抗阻力措施。
（2）墩梁固结省去大型桥梁支座。
（3）采用现浇桥面板，间距小，导致侧墙较多，增大结构自重。本工程中的桥梁位于公园内，桥型方案在经济安全的基础上，还应兼顾美观、大方与环境相协调，充分体现现代化桥梁建筑的艺术风格，富有时代气息。桥梁位于辰山公园内，桥梁基础地质较差，需要可靠的抗水平推力措施来保证结构安全，故更轻更简洁的主拱结构更能符合本设计要求。
经综合分析比较工程造价、结构合理性及景观环境，并尊重专家业主和群众的意见，将方案一作为推荐方案。
4 结束语
本项目是辰山植物园区内的重要交通基础设施之一。该工程具有重要的园区交通功能，对推动区内基础设施建设，拉动城市建设健康有序发展，挖掘规划区土地增值的潜力，促进城市社会经济的快速发展均有积极的意义。因此做好本项目建设与管理极其重要。希望可以给相关工程项目提供点参考。
论文作者:杨榕
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/27
标签：桥梁论文; 拱圈论文; 结构论文; 桥面论文; 方案论文; 拱桥论文; 截面论文; 《基层建设》2019年第16期论文;