摘 要：關廟漢江大橋位于安康市漢濱區，是207省道跨越漢江的一座大跨徑連續剛構橋。大橋原設計荷載标準低，橋梁存在諸多先天缺陷，部分橋跨強度和剛度不滿足設計要求，管養單位對其進行了張拉體外預應力、粘貼鋼闆等主被動措施加固。由于城市快速擴張，需對其進行擴能改造。結合橋梁先天設計缺陷、已實施加固處治方案和承載能力驗算分析，确定原橋不拆除、不提載的改造原則，根據兩側拼寬和旁位重建兩種改造思路，考慮洩洪、通航以及城市橋梁較高的景觀要求，提出了多個橋型方案供比選。

關鍵詞：連續剛構橋;加固處治;擴能改造;橋型方案研究;

關廟漢江大橋位于安康市漢濱區，是207省道跨越漢江的一座大跨徑連續剛構橋。橋梁全長為587.74 m, 跨徑組合為(7×30 m)(引橋) (50 m 3×90 m 50 m)(主橋),橋梁全寬為12.5m, 雙向兩車道。原設計荷載等級為汽車-20級，挂車-100級。大橋于2000年6月建成通車。

主橋上部結構采用50 m 3×90 m 50 m預應力混凝土連續剛構；下部結構采用雙薄壁墩，鑽孔樁基礎。引橋上部結構采用7×30 m先簡支後連續裝配式預應力混凝土連續箱梁；下部采用雙柱式墩，鑽孔樁基礎。

為緩解安康市中心城區交通壓力，促進沿線旅遊資源開發，帶動安康市經濟快速發展，完善和加快陝西省及安康市“十三五”幹線公路網建設，根據《安康市城市總體規劃(2017～2035)綱要》,需對關廟漢江大橋所處207省道進行擴能改造。改造道路等級為城市主幹道，雙向六車道設計。

大橋建成後，主橋出現了諸多影響結構安全性和耐久性的病害，随即進行了加固處治，橋梁病害發展得以控制和延緩。曆年檢測及加固情況如下。

(1)根據2006年4月橋梁定期檢查報告和2006年8月橋梁特殊檢查報告，主橋主要病害如下：

①部分橋跨強度、剛度不滿足設計要求；

②箱内頂闆出現不同程度的縱向開裂；

③中跨箱内腹闆出現與頂闆呈30°～45°夾角的斜向裂縫，且部分斜向裂縫内外貫通；

④各跨底闆出現不同程度的開裂，中跨合龍段箱外底闆存在超限橫向、縱向裂縫。

(2)根據2008年2月橋梁加固施工圖，主橋主要加固措施如下：

①張拉體外預應力鋼束；

②跨中箱内底闆、腹闆黏貼碳纖維布；

③内、外側腹闆和跨中底闆粘貼鋼闆。

原橋主橋支點截面頂闆通過鋼束為40束9ϕj15.24,跨中截面底闆通過鋼束為26束9ϕj15.24。本次加固，在支點截面靠近頂闆位置新增12束15ϕj15.24體外預應力鋼束，增加約50%;在跨中截面靠近底闆位置新增12束15ϕj15.24體外預應力鋼束，增加約77%。

(3)根據2015年～2017年陝西省國省幹線橋梁隧道定期檢查結果，主橋主要病害為：

①主橋中跨跨中存在下撓，其中第11跨右側橋面跨中下撓值最大，2015年所測弦弧差為7.29 cm, 2016年弦弧差為7.49 cm, 2017年弦弧差為8.10 cm;

②主橋箱梁箱内頂闆、腹闆，箱外底闆、翼緣闆縱向裂縫少量增加；

③箱内、箱外腹闆斜向裂縫少量增加，增加的裂縫較細微。

根據《公路橋梁技術狀況評定标準》(JTG/T H21-2011),該橋2015年～2017年總體技術狀況評定均為2類。其中，2017年主橋上部承重構件評分為62.84分，橋梁部件技術狀況評定為3類。

近年來，在連續剛構橋設計時，主梁跨中梁高一般取主跨跨徑的1/40～1/50,支點梁高一般取主跨跨徑的1/16～1/18。本橋跨中梁高1.4 m, 為主跨跨徑的1/64;支點梁高4.4 m, 為主跨跨徑的1/20.5,梁高取值明顯偏小，橋梁整體剛度較弱，主跨跨中容易産生下撓。

主橋箱梁為單箱單室截面，如圖1所示。腹闆厚度僅為0.3 m, 且從墩頂到跨中不變；底闆厚度從支點處的0.5 m變化至跨中的0.25 m; 頂闆厚0.2 m, 在同類型結構中，尺寸明顯較小，橋梁剛度不足。同時，核查原橋設計圖紙可知，主橋箱梁普通鋼筋布置間距較大，影響結構的抗裂性。

圖1 主橋箱梁典型橫斷面

本橋未設置腹闆下彎束，對主梁下撓的抑制效果較差。

原橋設計荷載标準低，為汽車-20級，挂車-100級。本次擴能改造道路等級為城市主幹道，根據《城市橋梁設計規範》(CJJ 11-2011)表10.0.3的規定，擴能改造荷載标準應取城-A級，因此荷載标準差距較大。原橋已于2008年對主橋上部主梁進行了加固，加固設計荷載标準為原橋設計荷載标準，加固措施包括張拉體外預應力、粘貼鋼闆和碳纖維布等，加固範圍遍布箱梁内外，缺少二次加固提載空間，如圖2～圖5所示。

圖2 主橋箱内體外預應力鋼束

圖3 主橋箱外底闆粘貼鋼闆

圖4 主橋箱梁合龍段粘貼碳纖維布

圖5 主橋箱内腹闆粘貼鋼闆

大橋在2000年～2007年間出現了諸多病害，嚴重影響結構的安全性和耐久性。雖經曆過系統的加固處治，但由于橋梁先天缺陷較多，部分病害并未得到徹底根治，如主梁跨中下撓仍在繼續，部分裂縫仍在開展，結構損傷對橋梁耐久性的影響無法根本消除。

根據交通運輸部《公路工程技術标準》(JTG B01-2014)6.0.10節的規定，在橋涵改擴建時，對于直接利用的原有橋涵，應進行檢測評估并滿足原設計荷載标準要求，二、三、四級公路提高等級時其極限承載能力應滿足或采取加固措施後滿足現行标準的要求；拼接加寬利用的原有橋涵，應進行檢測評估并滿足原設計荷載标準要求，且其極限承載能力應滿足或采取加固措施後滿足現行标準的要求。本橋原設計荷載标準為汽車-20級，挂車-100級，功能轉變為城市主幹道後橋梁設計汽車荷載等級為城-A級。因此，對本橋的擴能改造時，除應驗算原設計荷載标準外，其極限承載能力還應滿足或采取加固措施後滿足新荷載标準要求。

本橋原設計荷載标準較低，且已經曆過一次系統的加固。加固荷載标準為汽車-20級，挂車-100級，加固方法包含主動的預應力和被動的粘貼加固，加固範圍遍布箱梁内外腹闆、頂底闆，缺少二次加固提載的空間。按照《城市橋梁設計規範》(CJJ 11-2011)10.0.3條規定，城市主幹道橋梁荷載标準采用城-A級；當作為小型車專用道路時，設計汽車荷載采用城-B級車道荷載的效應乘以0.6的折減系數，車輛荷載的效應乘以0.5的折減系數。本橋還可考慮作為公交車專用通道，采用12 m純電動公交車作為标準車輛。考慮到本橋無法進行二次加固提載，因此其極限承載能力難以滿足城-A級荷載标準要求。

本次主橋整體靜力驗算内容包括：(1)原橋原荷載标準驗算；(2)加固後原荷載标準驗算；(3)作為城市主幹道荷載标準驗算；(4)作為小型車專用道路荷載标準驗算；(5)作為公交專用道荷載标準驗算(12 m純電動公交車車隊)。

本次選擇12 m純電動公交車作為标準車輛，其主要技術參數見表1。

模拟公交車車隊如圖6所示。

表1 純電動公交車主要技術參數

圖6 模拟公交車車隊示意

(1)承載能力極限狀态下，主橋原橋10号～12号截面抗彎，次邊支點、中支點截面抗剪承載能力不滿足原設計規範要求。

(2)最不利荷載組合下，主橋原橋主拉應力為2.97 MPa, 不滿足原設計規範0.9Rlb=2.7 MPa的限值要求。

(1)承載能力極限狀态下，主橋加固後各控制截面抗彎承載能力、抗剪承載能力均滿足原設計規範要求。

(2)最不利荷載組合下，主橋加固後各控制截面正應力、主應力滿足原設計規範要求。

(1)承載能力極限狀态下，主橋中支點、10号～12号截面抗彎，次邊支點、中支點截面抗剪承載能力不滿足現行規範要求。

(2)主橋箱梁次邊支點、中支點抗剪截面驗算不滿足現行規範要求。

(3)最不利荷載組合下，主橋最大法向壓應力為16.73 MPa, 不滿足現行規範0.5fck=16.2 MPa的限值要求；最大主拉應力為3.02 MPa, 不滿足現行規範0.5ftk=1.325 MPa的限值要求。

(1)承載能力極限狀态下，主橋各控制截面抗彎承載能力、抗剪承載能力均滿足現行規範要求。

(2)最不利荷載組合下，主橋主拉應力為2.55 MPa, 不滿足現行規範0.5ftk=1.325 MPa的限值要求。

(1)承載能力極限狀态下，主橋各控制截面抗彎承載能力、抗剪承載能力均滿足原設計規範要求。

(2)最不利荷載組合下，主橋各控制截面正應力、主應力均滿足原設計規範要求。

相對于現行規範體系、大橋實際使用現狀及擴能改造的目标，關廟漢江大橋主橋原橋結構尺寸偏小，配筋、配束偏弱，橋梁剛度先天不足。大橋已經曆過一次系統的加固，缺少二次加固提載的基礎和空間。加固後，部分病害并未得到徹底根治，結構耐久性無法保證，原管養單位已對本橋進行限載。由目前的驗算結果可知，本橋在無法進行二次加固提載的情況下，其極限承載能力不滿足城-A級荷載标準要求，其安全性難以保證。與本橋同一時期修建的大跨徑連續剛構橋，由于先天缺陷較多，均出現了諸多影響結構安全性和耐久性的病害。目前，這批橋梁大都已進入維修加固期，少數橋梁已進入拆除重建期。本橋目前是兩岸唯一的過江通道，拆除原橋不僅會中斷兩岸交通，其造成的社會影響也較大。因此，本次擴能改造的原則是原橋不拆除、不提載，對其進行限載利用，改造的總體思路如下。

在原橋兩側各新建一幅新橋，新橋不宜與原橋上、下部結構相連，避免出現新舊橋梁結構受力、變形和沉降不協調等問題。原橋不加固提載，維持原荷載标準不變，常規修補後作為小型車專用道路使用。

大橋于2000年建成通車，運營僅19年，其現狀下承載能力不滿足擴能改造後的荷載标準要求，使用功能受限，景觀效果欠佳。即便僅從耐久性考慮，運營維護也需要一定持續投入。因此結合207省道擴能改造工程，旁位重建新橋；原橋近期作為公交車專用道或小型車專用道，遠期視橋梁病害發展狀況，擇機對其進行拆除。

新關廟漢江大橋在設計中應突出展現安康旅遊城市、宜居小城的城市魅力和精神面貌，總體設計遵循以下原則。

(1)設計方案應符合安康中心城市總體規劃和區域片區規劃要求，同時滿足通航和洩洪要求。

(2)本橋作為安康市漢江上的又一座城市橋梁，應符合“一橋一景”的要求，力争将其建設成安康市的新地标。

(3)充分考慮207省道的保通需求，采用新材料、新工藝，确保橋梁快速建成。

(4)安康是南水北調中線工程的核心水源區，承擔着“一江清水供北京”的使命和責任。橋梁方案應重視環境保護，盡量減少或避免對漢江水質造成影響，踐行綠色交通，完成《交通運輸節能環保“十三五”發展規劃》目标，推進綠色橋梁建設。

作為城市的标志性建築，要起到為城市增色的效果，橋型方案應盡量避免與既有橋梁雷同。本橋建成後将作為安康中心城市溝通江南片區、江北片區、城東新區的重要通道，成為繼七裡溝漢江大橋、漢江大橋和東壩漢江大橋後，安康又一壯美橋梁。

漢江是長江的一級支流，也是陝南地區的主要河流。黃洋河是漢江的一級支流。本橋位于黃洋河入漢江彙合口下遊約700 m位置，原橋設計洪水頻率為1/100,設計流量Q1/100=32 300 m3·s-1,設計洪水位H1/100=253.4 m, 通航水位H1/10=238.2 m。本次擴能改造方案的設計洪水位可參照原橋設計洪水位。

漢江安康～白河段航道标準為内河Ⅳ-(3)級航道。根據中華人民共和國國家标準《内河通航标準》(GB 50139-2014),原橋為主跨90 m連續剛構橋，橋下淨寬為86.3 m, 滿足Ⅳ-(3)級航道單向通航淨寬要求。

根據原橋地質鑽孔資料可知，橋址範圍内河床表層0～9 m為亞黏土、粉砂，其下為卵礫石、雲母石英片岩，基岩抗壓強度為13～17 MPa, 地質條件相對較好，基本上所有橋型均适用。

根據本項目的技術特點以及較高的橋梁景觀要求，結合原橋結構現狀和建設條件，對橋型方案進行了以下的初步比選。

鋼桁梁橋由桁架杆件組成。整體上看，鋼桁梁橋以受彎和受剪為主，但每根桁架杆件具體則主要承受軸向力。與實腹梁相比，鋼桁梁是用稀疏的腹杆代替整體的腹闆，從而節省鋼材和減輕結構自重；同時，腹杆鋼材用量比實腹梁的腹闆有所減少，因此鋼桁梁可做成較大高度，具有較大的剛度及更大的跨越能力。另一方面，鋼桁梁杆件和節點較多，構造較為複雜，制造較為費工。由于本橋型作為安康主城區缺少的橋型之一，對豐富安康市區橋梁類型具有重要意義，因此本橋型方案可選擇兩側拼寬方案。

斜拉橋的橋面建築高度較小，橋梁的跨越能力較大，便于懸臂施工，跨徑适應性較強，且造型美觀，在200～500 m跨徑範圍内具有競争力。根據本橋的橋梁規模，采用雙塔或多塔斜拉橋時，主跨跨徑不在斜拉橋的經濟跨徑範圍。因此，可考慮采用獨塔斜拉橋。

在河床地形、地質條件比較均勻一緻時，獨塔斜拉橋與雙塔斜拉橋相比，具有下列優點：獨塔斜拉橋可以省掉一個基礎，便于搶出洪水期，可采用轉體施工；在總體布置上，可設較長的無索區，使拉索用量減少；活載撓度較小，最大撓度發生在拉索區内，對受力有利，而雙塔斜拉橋最大撓度發生在無索區，會形成拉彎曲；在收縮徐變以及溫度梯度的影響下，無論是梁的撓度和塔頂的水平變位，獨塔斜拉橋均較小；獨塔斜拉橋塔梁墩固結時，梁可采用變高，更适合斜拉橋的受力；便于與T構配合，形成組合體系，以進一步擴大跨徑。在安康主城區河段的既有橋梁之中，缺少大跨度斜拉橋，因此，本橋型可作為旁位重建方案之一。

懸索橋分為地錨式和自錨式兩種類型。自錨式懸索橋結構造型美觀，經濟性能較好，對地形和地質狀況适應性強，是城市橋梁100～400 m跨徑内極具競争力的橋梁方案。自錨式懸索橋不同于一般的地錨式懸索橋，它不需要龐大的錨碇，而是直接把主纜錨固在橋面闆或加勁梁的兩端，由它們來承擔主纜的水平分力；端部支撐隻需要承擔主纜的豎向分力，這就給不方便建造錨碇的地方修建懸索橋提供了一種解決方法。自錨式懸索橋采用“先梁後纜”的施工順序，需要大量的大型臨時設施，造價高，工期長。但自錨式懸索橋保留了傳統懸索橋的外形，線形輕巧美觀。由于自錨式懸索橋是安康主城區另一種缺少的橋型，因此本橋型也可作為旁位重建方案之一。

鋼桁架連續梁橋、獨塔斜拉橋和自錨式懸索橋等橋型方案均适用于本橋，其中鋼桁架連續梁橋可作為兩側拼寬方案的選擇橋型，獨塔斜拉橋和自錨式懸索橋作為旁位重建方案的選擇橋型。

在老橋兩側各新建一幅新橋。老橋橋面改造後僅滿足雙向兩車道小車通行即可，其餘機動車、非機動車和行人利用新橋通行。

主橋為主跨90 m變高鋼桁架連續梁橋，跨徑組成為50 m 3×90 m 50 m, 橋梁全長587.96 m, 如圖7、圖8所示。

圖7 方案一橋型總體布置立面

拆除橋面鋪裝、人行道及欄杆，在兩側新建混凝土防撞護欄，重新鋪設瀝青混凝土橋面鋪裝；老橋不加固提載，維持原設計荷載不變；對老橋結構出現的病害進行常規修補，提高其耐久性。老橋改造完成後，僅作為小車道通行，新橋和老橋上下部不相連。

圖8 方案一橋型總體布置斷面

方案一的效果圖如圖9、圖10所示。

圖9 方案一效果圖(日景)

圖10 方案一效果圖(夜景)

主橋為主跨270 m獨塔雙索面預應力混凝土斜拉橋，跨徑組成為50 m 150 m 270 m, 如圖11所示。

上部主梁采用雙邊主肋π形預應力混凝土主梁；索塔采用鋼筋混凝土索塔，下接承台及群樁基礎。

安康的漢字拼音為AN’KANG。本方案索塔造型取自于安康二字拼音的首字母A和K,高聳的橋塔如同巨大的A和K字母，屹立于安康東大門之上，提醒着遠道而來的客人：安康到了，安康歡迎您!

方案二的效果圖如圖12、圖13所示。

主橋為主跨160 m三塔雙索面自錨式懸索橋，跨徑組成為75 m 160 m 160 m 75 m, 如圖14所示。

上部采用鋼主梁，雙箱單室結構，由縱梁、橫梁和正交異性橋面闆組成。主纜由3跨組成，采用有限位移體系。索塔采用鋼筋混凝土索塔，下接承台及群樁基礎。

奠安塔位于本橋橋址附近，建于1917年。塔分7層，高約30 m, 面西而立，在第一層正對市區的一孔石門上方嵌有青石镌刻的“奠安塔”楷書匾額。塔名取“長安永康，奠定宏基”之意，據說建此塔是為了鎮安康地氣，配金州風物。

圖1 1 方案二橋型總體布置立面

圖1 2 方案二效果圖（日景）

圖1 3 方案二效果圖（夜景）

圖1 4 方案三橋型總體布置立面

本方案索塔造型取材自奠安塔，古樸典雅，曆史沉澱和現代氣息交融共存，寓意安州安泰康甯。

方案三的效果圖如圖15、圖16所示。

經綜合比選确定：方案一(兩側拼寬)利用了原橋，其耐久性無法保證，且後續運營維護也需要一定持續投入，因此首先排除方案一；方案二(旁位重建)相對于方案三(旁位重建),具有跨度大，有利于通航和洩洪，對周圍環境和地形适應性較好的優勢，且施工方便，造價适中，因此拟将方案二作為推薦方案。

圖15 方案三效果圖(日景)

圖16 方案三效果圖(夜景)

本橋原橋存在的結構尺寸偏小、橋梁剛度不足、鋼筋配置不合理等設計缺陷具有鮮明的時代特征，其設計理念已逐漸被摒棄。原橋運營幾年便出現了跨中下撓、主梁開裂等影響結構安全性和耐久性的病害，在經曆一次系統性的主、被動加固後，橋梁的使用性能得到了一定改善。随着地方經濟的發展，原橋的設計荷載、通行能力均已經不能滿足未來交通發展需要，需對其進行擴能改造。結合本橋已實施的加固處治方案、承載能力驗算結論以及城市橋梁較高的景觀需求，本研究提出了多個擴能改造方案供比選。本研究工作也為同類型項目提供了設計思路，可供業内人士參考。

[1] 王偉華，楊永平，王海蛟.懸澆變截面預應力混凝土連續剛構橋設計的幾點體會[J].黑龍江交通科技，2005,(2):45-48.

[2] 宋甯，牛宏，許宏元.某大跨徑預應力混凝土連續剛構橋的加固設計[J].公路，2007,(7):35-37.

[3] 謝官模，劉志.不對稱獨塔斜拉橋塔梁同步施工的可行性研究[J].公路工程，2014,39(1):169-176.

[4] 張哲，韓立中，萬其柏.自錨式斜拉—懸吊協作體系橋的設計研究[J].公路交通科技，2010,27(6):46-52.

[5] 賴波，王技.新草灘渭河特大橋的橋型設計方案[J].築路機械與施工機械化，2019,36(8):50-53.

[6] 王技，鐘海輝.軟土地基橋梁病害成因分析及加固技術研究[J].築路機械與施工機械化，2014,31(12):90-93.

[7] 王繼林.橋梁基礎維修加固措施[J].築路機械與施工機械化，2009,26(12):74-76.

[8] 王技.預應力混凝土T形剛構拼寬加固技術研究[J].築路機械與施工機械化，2017,34(2):85-89.

[9] 汪雙傑，李志棟，黃曉明.水泥混凝土橋瀝青鋪裝系設計與鋪裝技術發展[J].築路機械與施工機械化，2017,34(2):34-41.

[10] 田世寬，張強.膨脹土地區公路路基施工關鍵技術與控制[J].築路機械與施工機械化，2017,34(2):101-104.

[11] 賈傑.對連續梁施工監控的研究[J].築路機械與施工機械化，2014,31(12):98-99.

[12] 韓紅.水泥攪拌樁在高速公路軟基加固中的應用[J].築路機械與施工機械化，2014,31(12):57-60.

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!