基于潮汐交通流特征的小城镇拱桥局部加宽加固方法

摘要

基于潮汐交通流特征的小城镇拱桥局部加宽加固方法。该方法首先拆除拱桥桥头桥面板(1)及桥头人行道结构(2)，通过新建变宽度预应力钢筋混凝土桥面板(4)和新建桥头人行道结构(3)，以发挥桥头进出口车道展宽段及渐变段功能，满足桥头交叉口交通流平稳过渡要求；并用桥头可变车道隔离栏(5)隔离对向车道，辅以道路标线实施桥头可变车道(6)交通管理措施，以满足潮汐交通流特征需要。同时桥梁主拱圈、边拱波、拱桥侧墙也相应加强以满足桥梁结构强度要求。本发明提出的桥梁桥头局部加宽加固方法相比全线扩宽加固方法改造面积小、造价低、工时短、施工难度小，可应用于长度超过150m，桥墩及基础承载能力有一定富余的拱桥加宽加固。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于小城镇交通流特征的拱桥局部加宽加固方法，尤其涉及基于潮汐交 通流特征的小城镇拱桥局部加宽加固方法。

背景技术

我国早期公路桥梁中多采用拱桥，并以双曲拱桥为主，往往存在桥头距离交叉口过近， 因此桥头缺乏有效渠化，导致桥头通行能力比桥梁中部低30％以上，容易成为桥梁交通的 瓶颈，随着小城镇城市交通的迅猛发展，许多公路桥梁成为城市桥梁，平峰时段交通流量 不大，通行能力尚能满足交通需求；但高峰时段桥上交通量急剧增加，且呈现典型的潮汐 交通现象，极容易造成桥头拥堵，因此亟需加宽改善。

目前为解决该交通问题一般采用拆除新建和全线拓宽这两种思路。对于拆除新建，一 方面对主体结构保存良好、无重大病害的桥梁设施是较大浪费，同时新建桥梁不但投资大， 而且美观性，与环境的协调难以与旧桥相比。早期建设拱桥，由于未能充分发挥拱桥连拱 作用，因此在设计中，往往造成桥墩桥台设计过于保守，下构承载能力有一定富余；同时 拱桥结构自身潜力很大，再加上拱上建筑的联合作用，在役拱桥承载潜力未能充分发挥。 因此很有必要利用现有拱桥结构，进行加宽加固。

全线扩宽改造的思路，常用加固方法有：从主拱下面加厚主拱、增大拱圈截面，用顶 推法消除桥台位移，用体外预应力加固桥梁等。

许汉铮在“双曲拱桥病害分析与加固方法研究”一文(公路，2004年8月)提出老桥 的两侧建造箱肋，并设置横向预应力筋与老结构连接成整体，该加固改造方法加强了桥梁 的整体性，提高了桥梁承载力，同时也加宽了桥面。廖碧海，王国鼎在“拱桥加固新方法 的研究及应用”一文(公路，2006年10月)从主拱圈上部进行加固拱桥，具有加强控制 截面，充分利用富裕的截面，从拱背以上进行加固的特点。

总体而言，现有加宽加固都采用全线加宽加固方法，未能根据小城镇潮汐交通流特性， 针对性的改善桥梁结构通行能力的短板桥头部分。加宽加固面积大，费用高，施工时间长， 而新建桥梁也极易在桥头形成新的交通瓶颈。因此亟需新的设计方法，发挥现有拱桥结构的 最大效益。

发明内容

本发明针对小城镇桥梁潮汐交通流特点，对于主拱圈保存较好、桥墩及基础承载能力有一 定富余的拱桥，参照道路交叉口渠化的原理及可变车道设置方法，提出桥梁横向利用变宽度 桥面预应力板适当增加桥面宽度，并用可移动对向隔离栏隔离对向车辆，并设置可变车道， 桥梁纵向设置渐变段与展宽段以实现交通流上下桥梁车流顺畅，通行能力缓和过渡，全面提 高拱桥通行能力。加宽思路如图6。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于潮汐交通流特征小城镇拱桥局部加宽加固方法，其特征在于：所述的局部加 宽方法是，拆除原拱桥桥头人行道结构和桥头桥面板，新建变宽度预应力钢筋混凝土桥面 板和新建桥头人行道结构加宽桥面宽度，并设置桥头可变车道，纵向设置渐变段和展宽段， 实现上下桥顺利过渡；所述的局部加固方法是，在主拱圈拱背上添加15～30cm高标号钢筋 混凝土，以提高主拱圈拱脚、1/4跨度截面抗弯及抗剪能力；拆除主拱圈原拱顶侧墙和拱 上填料，采用高标号钢筋混凝土浇筑主拱圈拱顶钢筋混凝土侧墙，以提高主拱圈拱顶的抗 弯及抗剪能力；将边拱波用钢筋混凝土填充，设置通长钢筋混凝土梁体，以抵抗横向桥面 板较大悬挑长度而产生的对边拱波的抗弯及抗扭能力；拆除侧墙顶部石砌圬工35～50cm， 以设置钢筋混凝土托盘式梁，减少桥面预应力挑梁的悬挑跨度，并实现缓和过渡，以降低 对边拱波的弯矩作用力。

本发明的方法中，所述的设置可变车道是在拱桥设可变车道隔离栏隔离对向车道，并 辅以道路标线标示桥头可变车道，其车道宽度为3.25～3.5m。

本发明的方法中，其可变车道隔离栏长度与局部加宽长度保持一致。以防止车辆在桥 头随意掉头、借道行驶，导致新的拥堵，同时在桥梁中部可适当借道行驶，以与潮汐性交 通流交通需求相协调。

本发明的方法中，用变宽度预应力钢筋混凝土桥面板梁取代原有混凝土结构，以提高桥 梁横向宽度，实现渐变段及展宽段顺利过渡，以增大截面通行能力。

本发明的方法中，考虑到小城镇道路一般限速40km/h，桥梁路段限速30km/h(比道路 低10km/h)，进出口车道渐变段与展宽度之和一般为40～45m，对于进口车道与出口车道可 统一取大值，便于横向对称拓宽。考虑到桥台顶部有一定过渡段、桥墩顶部的长度，对于 一般单孔跨径大于30m拱桥只需改造边跨即可，单孔跨径小于30m拱桥可考虑改造桥梁 两侧离岸最近2孔。

本发明的方法中，考虑到桥梁路段限速30km/h，则进出口机动车道宽度可设置为 3.25～3.5m，可设置为桥头可变车道，相对于原有桥梁将扩宽一个机动车道。对于12m宽 度的桥梁横断面布置由12.5m＝1.75m(人行道)+4.5m(机非混合车道)+4.5m(机非混合 车道)+1.75m(人行道)拓宽为16.25m＝1.75(人行道)+4.5m(机非混合车道)+0.25m(可 变车道边线)+3.25m(可变车道)+0.25m(可变车道边线)+4.5m(机非混合车道)+1.75m (人行道)。

本发明优点如下：

1)通过对主拱圈拱背、拱顶添加混凝土，容易施工，加固效果好，在国内拱桥主拱圈 加固中得到了广泛应用，能全面提高拱桥承载能力20％～30％。

2)通过用预应力钢筋混凝土桥面板梁取代原有混凝土结构，充分利用预应力混凝土结 构的跨度大、自重轻、承载力大的特点，在不提高上部结构自重前提下，全面改善桥梁横 向结构抗弯能力，并且提高了桥梁横向宽度及桥头通行能力。

3)利用填充边拱波、在侧墙顶部设置拖盘式钢筋混凝土梁，以提高桥梁两侧纵向梁体 的抗弯、抗扭能力，抵消增加桥面板梁悬挑量对结构安全的不利影响。

4)通过设置桥梁渐变段与过渡段，使得桥头交叉口车辆上下桥梁能实现车速及通行能 力的顺利过渡，进而提高桥头通行能力。

5)采用可移动式隔离栏将桥头处对向车道隔离，实施可变车道管理，可以有效调节交 通供需关系，并确保交通安全。

该方法具有质量好、造价低、施工便利、工期短等优点。如对于全长300m(7×42.86m)， 桥梁布置为9m机动车道+1.75m(人行道)×2的双曲拱桥，加宽加固面积只有全长的30％， 在相对而言更容易施工的桥头部分，局部加宽加固方法通行能力相对于全桥加宽加固方法 提高了9.2％(桥头部分)，且局部加宽加固方法桥头与桥梁中部通行能力大体相当，可见 局部加宽大大节约了投资及工期。

附图说明

图1：改善前桥头设置平面示意图

图2：改善前桥头设置横断面示意图

图3：改善后的桥梁设置平面示意图

图4：改善后桥头设置横断面示意图

图5：改善后桥梁设置立面示意图

图6：局部加宽加固通行能力改善示意图

图中阿拉伯数字含义如下：1-改善前桥头人行道结构，2-改善前桥头桥面板，3-桥头 人行道结构(改善后)，4-变宽度预应力钢筋混凝土桥面板(改善后)，5-桥头可变车道隔 离栏，6-桥头可变车道，7-拱桥侧墙，8-托盘式梁，9-边拱波，10-钢筋混凝土填充梁，11- 拱上填料，12-主拱圈，13-主拱圈拱背钢筋混凝土，14-主拱圈拱顶钢筋混凝土侧墙，A-桥 梁起点(展宽段结束点)，B-上桥展宽段开始点(渐变段结束点)，C-上桥渐变段开始点， D-下桥渐变段开始点，E-下桥展宽段开始点(渐变段结束点)，F-桥梁终点(展宽段结束点)。

具体实施方式

施工步骤如下：

1)对称均衡浇筑边跨主拱圈12上的主拱圈拱背钢筋混凝土13；

2)拆除桥梁桥头部分原有桥梁人行道结构1；

3)拆除桥梁桥头部分原有桥梁桥面板2；

4)拆除桥头部分拱桥侧墙7原有顶部结构，并清除附近拱上填料11；

5)新建横向边拱波9中的钢筋混凝土填充梁10；

6)新建拱桥侧墙顶部钢筋混凝土托盘式梁8和主拱圈拱顶钢筋混凝土侧墙14；

7)现浇桥头变宽度预应力钢筋混凝土桥面板4；

8)新建桥头人行道结构3。

9)桥头设置可变车道隔离栏5，并设置桥头可变车道6。

注意事项：

1)施工前一定要对桥梁结构进行荷载检测，确保桥梁下构及主拱圈的安全。

2)在主拱拱顶可间隔设置缩缝与胀缝，以满足桥面板的纵向变形要求。

3)主拱圈加固混凝土及拱顶填料应采用微膨胀混凝土。

4)如附近有替代过江桥梁，应禁止大货车通过改造后桥梁行驶，并将其引导至替代桥梁 上，同时也减少对城市中心城区交通的干扰。

5)考虑小城镇实施可变车道管理的难度较大，可在运营初期采用交警实施现场管理与其 余交通管理措施相结合的方式，以确保交通流顺利通过桥头。

6)桥梁渐变段与原有桥梁倒角应首先确保行车道平顺过渡，可通过适当缩减桥梁人行道 宽度来实现，以避免现有桥梁加宽宽度过小时难以施工。

7)对于一般桥梁拓宽单侧不超过2.5m为宜，以避免增加过大的动静荷载，确保桥梁结 构安全。

8)由于所述加固方法一般需要加宽桥梁两侧共90m范围，因此对于加宽范围超过60％(桥 长＜150m)的拱桥可采用全线加宽方式，以利于美观；因此本方法对于桥长超过150m的拱桥 效益明显。

9)对于其余类型的钢筋混凝土拱桥(非双曲拱桥)应采取其它措施加强拱桥两侧与悬 臂板根部相连部分，以抵销较大悬臂长度带来的弯矩与扭矩。