摘要：跨越通航河流的大跨度连续刚构桥改扩建设计时，必须满足现行规范及河道通航等级提升的要求，以高速公路大跨度连续刚构桥扩建工程为研究对象，通过对原有桥梁的检测评估、荷载试验及承载力验算，进行桥梁改扩建的方案比选及优化，明确改扩建设计方案，并对旧桥的加固设计及新建桥梁设计进行研究。
关键词：高速公路；连续刚构桥；扩建；加固；方案比选
前言
由于建设年代以及设计计算采取的旧规范的原因，大部分早期建成的跨越通航河流的大跨度桥梁不能满足的，而高速公路的改扩建要综合考虑征地拆迁、旧桥的状况、施工的难易程度及工程造价等方面，因此在高速公路扩建中，大跨度桥梁的改扩建设计是设计中的关键和难点。在考虑交通量增加、河道等级提升及旧桥的承载能力的基础上，通过对原有桥梁的评估及验算，确定旧桥的状况等级，判定能否进行加固利用，并通过对大跨度连续刚构桥改扩建的方案比选及优化，提出了改扩建设计方案，进行旧桥的加固设计及新建桥梁设计。
一、模型建立
1.全桥模型建立
本文在对大跨度连续刚构桥的线形控制中，利用MIDAS67.1桥梁结构分析软件进行全桥施工过程的模拟分析以及控制计算。在建模过程中，采用梁单元模拟桥墩与主梁，钢束单元模拟预应力钢束；连续刚构部分的边界建立中，桥墩与主梁之间为刚臂连接；连续梁部分的边界建立中，桥墩与主梁之间采用主从约束形式，即主梁的竖向、横向自由度以及顺桥向扭转自由度由桥墩约束；桥墩底部设置固结约束。
2.扩建工可设计方案根据工程可行性研究报告
（1）方案一：利用并加固旧桥、单侧加宽的方案，单侧加宽的桥梁中心线距离大桥桥梁中心线下游5m，新建主桥的桥型方案为（85＋2×155＋85）m连续刚构桥。待旧桥下游四车道桥梁建成后，近期内旧桥作为柳州至南宁单向四车道利用；因旧桥净空不满足航道远期航道规划的要求，远期拆除旧桥，利用部分旧桥下构基础，进行桥梁改建以满足远期航道规划的净空要求。
（2）方案二：加固旧桥，在旧桥下游新建两幅八车道的新桥。主桥布置为（80＋125＋125＋75）m预应力混凝土连续梁桥，引桥为30ｍ跨径先简支后连续Ｔ梁。新桥建成后对旧桥进行拆除。大桥仅投入使用十余年，旧桥加固后可利用，虽然不满足航道规划净空的要求，但考虑到柳江上不满足航道规划要求的桥梁有20余座，如近期拆除洛维大桥的社会影响性大、建设成本高，固推荐方案二—加固旧桥，为保证本项目工可的顺利开展，在工可阶段进行洛维大桥通航、行洪的论证，以保证洛维大桥改扩建方案的可行性。
二、状态评估
1.旧桥的技术状况
为了客观评价该桥当前的技术状况，为泉南高速桂林至南宁段改扩建工程提供设计依据，根据外观检测结果对桥梁的技术状况进行了评估，并对其进行了特殊检测。特殊检测内容为：
（1）结构材料缺损状况诊断，其中包括混凝土强度测试评定、钢筋位置及保护层厚度检测评定、钢筋锈蚀电位状况检测评定；
（2）结构整体状况、功能状况评估，结构承载能力检算分析。对桥梁技术状况采用分层综合评定与５类桥梁单项控制指标相结合的方法进行评定。技术状况描述为主要构件有大的缺损，影响承载能力，不能保证正常使用。
2.承载能力评估
（1）主桥承载能力检算系数的确定根据桥梁结构或构件表观缺损状况、混凝土碳化深度、混凝土保护层厚度、混凝土强度、桥梁自振频率的检测结果。结构检算表明：洛维大桥主桥承载能力极限状态和正常使用极限状态均满足原设计规范（汽－超20，挂－120级）要求。
（2）为确定旧桥在公路－Ｉ级荷载作用下的工作性能及承载力，还进行了桥梁的荷载试验。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为确定试验桥梁在公路－Ｉ级汽车荷载作用下的测试截面内力、挠度及试验车辆的配置等，可通过有限元方法进行计算。
（3）主桥控制截面平均应变校验系数在0.32～1.07之间，但正弯矩控制截面的应变校验系数普遍较大，有多个测点大于1.0，边跨正弯矩控制截面的应变校验系数最大为1.07，说明主桥结构的整体强度不满足公路—Ⅰ级汽车荷载要求；部分应变测点的相对残余应变超过２０％，说明主桥结构的变形已超出弹性工作范围。试验中箱梁腹板斜裂缝无明显扩展，也未出现新的裂缝。
（4）静载试验表明，主桥左幅连续刚构的整体承载能力不满足公路－Ｉ级汽车荷载的要求。
（5）动载试验中，主桥的实测频率大于理论频率，桥梁阻尼在正常范围内，实测的冲击系数在0.034～0.056之间，与理论冲击系数0.05较为接近，基本小于理论冲击系数，说明主桥动力性能良好。
3.引桥荷载试验结果
（１）引桥静载工况的加载效率为0.903～1.306，符合《公路旧桥承载能力鉴定办法（试行）》中加载效率的规定。
（2）引桥Ｔ梁的控制截面应变的校验系数在0.27～0.90之间，也均小于1.0，说明引桥结构的整体强度满足要求；相对残余应变均小于２０％，引桥结构的变形仍处于弹性工作阶段。
（3）静载试验表明，引桥连续Ｔ桥的整体承载能力满足公路－Ｉ级汽车荷载的要求。引桥Ｔ梁在静载试验荷载作用下，理论计算的应力增量最大值为11.07ＭＰａ，对应实测的应力增量为7.49ＭＰａ，应力水平相对较高，应引起足够地重视。
三、扩建桥梁总体方案选择
根据2015年4月国务院下发《关于珠江流域综合规划的批复》航道规划（明确本桥位的航道等级为Ⅱ级），从减小征地范围、削减工程造价、降低行洪阻水比、减轻对通航的影响等各方面考虑。扩建设计方案通过不断优化比选，同时对原有桥梁进行相应的加固改造，使其荷载等级满足现行规范要求。主桥桥孔位置处于柳江的深水区，平均水深达２０ｍ，因其边中跨比较大，若边跨现浇段过长，对水中搭设满堂支架带来较大的困难，经相关研究，宜采用不对称悬浇的设计方案，即在中跨合龙后，再进行边跨的悬浇，最后边跨合龙。
结语
（1）对跨越通航河流的大跨度连续刚构桥改扩建工程设计，要结合远景预测交通量、航道规划等级、地物条件、原有桥梁的现状等工程实际情况，合理选择改扩建方案。
（2）为了充分利用原桥梁，必须对其进行相应的检测评定、荷载试验及承载力等验算，看能否满足现行规范要求，当不能满足要求时应通过适当的加固设计以满足现行技术标准的要求，其中增设体外纵向预应力钢束对旧桥的承载力提升，遏制裂缝发展效果明显。
（3）由于国内航运河流近年都对航道规划等级进行了提升，对于原桥不能满足新的航道规划等级的静空等要求时，要充分考虑沿河其他相应桥梁的情况，可按需要近期利用旧桥，后期制定顶升旧桥或拆除重建等相应的措施以保证符合航运部门的要求；但新建的桥梁必须要满足航道规划等级要求。
（4）大跨度连续刚构桥扩建工程中，新建单幅桥梁要满足现行技术标准的要求，结构形式应当与旧桥基本保持一致，同时平面位置选择要合理，不能距离旧桥太远，造成新建路线增加；但也不能距离旧桥过近，以避免新桥施工时影响旧桥安全。
（5）对大跨度连续刚构桥的施工进行了分析，利用计算机专业辅助软件进行建模，模拟桥梁的成桥施工过程，计算其成桥后的桥面标高，与实际成桥后测得的桥面标高进行对比分析，实测值与理论值相差较小且均满足规范要求，能够达到设计要求，该桥线性流畅。
参考文献：
[1]徐强，等．高速公路改扩建工程技术与实践［Ｍ］．北京：人民交通出版社，2015．
[2]陈金涛，高巍，来猛刚，战昂．基于承载力潜在因素和生命周期成本的既有旧桥利用［Ｊ］．公路，2014．
[3]唐庚，杨鉴生，唐咸远．广西八尺江大桥加宽设计方法探讨［Ｊ］．西部交通科技，2016．
论文作者:刁琪,郭香
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/10
标签：桥梁论文; 荷载论文; 航道论文; 引桥论文; 改扩建论文; 状况论文; 结构论文; 《基层建设》2017年第36期论文;