道路升级改造项目旧桥涵重复利用的可行性研究宋黎明

道路升级改造项目旧桥涵重复利用的可行性研究宋黎明

宋黎明

中交一公局集团海外事业部北京100024

摘要：在“一带一路”国家政策的引导下，中国大型建筑施工企业纷纷进驻非洲地区，掀起了新一轮的援建非洲基础设施建设热潮。埃塞俄比亚是中交一公局海外事业部东非公司的主战场，东非公司在埃塞承接了许多基础建设项目，高速公路，市政工程及各等级公路工程,BS项目即为其中之一。由于埃塞俄比亚为发展中国家，以农牧为主，工业基础薄弱，为世界上最不发达的国家之一，同时也是世界上最贫穷的国家。经济发展的落后导致国家财政力量的薄弱，因此在很多基础建设项目的实施中，成本控制显得尤为重要。为了控制建设成本，BS项目业主要求所有排水构造物要根据现场实际情况进行评估，尽量对沿线的全部桥梁及部分状况良好的盖板涵进行加长重复利用。因此，为了保证旧桥及旧涵洞利用的安全可靠，我们开展了道路升级改造项目旧桥涵的重复利用的可行性研究并应用于实践。

1.项目简介及研究背景

埃塞BS项目位于埃塞俄比亚北部,全长为98.71公里为旧有道路升级改造项目，要求将旧有道路建成DS4标准的双表处路面。项目所在地区降雨基本集中于每年的7、8月份，雨量较大且集中，因此沿途需要建设大量的桥梁和涵洞。项目全线共有桥梁14座，各类涵洞347道，包括270道管涵和77道盖板涵，桥涵建设占公路建设成本的比例较大。为了节约建设成本，业主要求对沿线现存状况良好的桥梁和涵洞进行重复利用。因此，为了保证旧有桥梁及旧涵洞利用的安全可靠，我们需要对沿线的旧有桥梁及涵洞的重复利用的可行性进行研究。

2.研究思路及研究方法。

对于旧桥和旧涵洞重复利用的可行性，我们从以下思路入手：

1.现场调查：对现存的旧有桥梁和涵洞进行现场调查取证，统计分析调查结果，初步确定可利用的桥梁和涵洞位置和列表。主要查看旧桥涵外观，有无桥面裂缝，梁板底裂缝，梁板弯沉挠度较大，桥涵基础冲刷严重，墩台涵身开裂，基础沉陷等桥涵不良病害并查看桥梁支座的保存状况。如果不存在上述的桥涵病害或者病害不严重表明此桥涵的状况比较完好，可以考虑进行改造利用。

2.受力分析计算：通过现场调查及初步甄选，参考各方收集到的桥梁原有施工图纸及资料，对于可利用的桥梁及涵洞通过相关计算软件进行上部结构及基础的受力分析，确定是否满足受力条件，进一步确定此桥梁重复利用的可行性。如果受力计算满足道路升级后的荷载要求，可以进行下一步的荷载验证。

3.进行实际荷载验证和推理，确定利用方案：通过受力分析，我们确定了桥梁的理论荷载极限，接下来需要进行实际荷载的加载实验来推理计算桥梁所允许的通行荷载极限。公路桥梁规范规定，对于钢筋混凝土及预应力混凝土梁板桥，以不计冲击力的汽车荷载计算出的跨中最大竖向挠度，不应超过L/600(L为计算跨径)。测量计算挠度时，依据公式：加载挠度=空载时梁板跨中底高程-实验荷载加载时梁板跨中底高程-两段支座沉降量平均值。极限挠度≤L/600(L为计算跨径)，因此我们可以根据实际加载后的实验结果的线性分布计算出极限挠度。我们可以分别选择整体重量为5吨，10吨，15吨的车辆，通过测量计算等手段采集不同重量车辆加载到桥梁上时，桥梁梁体挠度的变化，通过荷载与挠度的关系进行推算在桥梁达到极限挠度时上部加载车辆的极限重量。当桥梁的允许极限加载重量大于公路所在等级车辆荷载时，证明此桥梁满足荷载要求。

对于K130+500桥我们的验算结果如下：

根据上述现场调查研究和针对此旧桥的理论受力计算分析以及实际荷载加载实验分析计算出的极限承载载荷与理论所需的荷载相对比，我们可以进一步的确定现有桥梁和涵洞重复利用的可行性以便更好地确定改造利用方案。

3.在实际项目建设中旧有桥涵改造重复利用方案的实施

通过以上一系列的调查实验研究，针对于项目沿线的可重复利用的桥梁和涵洞，我们确定了如下该改造利用方案。

对于旧有桥梁：由于沿线的桥梁建设年限距今还比较短，桥梁现存状况良好，设计荷载基本满足道路升级后车辆荷载要求，因此我们主要在现有桥梁基础上进行桥梁的维护，清除老旧破损的桥面铺装，重新摊铺桥面防水及桥面结构层。对桥梁墩台翼墙进行拆除重修或者加长处理，以满足新的道路宽度要求。在项目后期通车运营期间，我们会持续不间断的对现有桥梁进行动态观测和跟踪，对通车过程中及通车后，桥梁的墩台基础沉降和梁板挠度变化进行周期性的观测和跟踪，如若发现不良情况，立即向上级业主部门汇报，保障项目运营期间这些桥梁的良好的服务功能。

对于现存状况良好可以进行加长利用的涵洞：由于道路升级项目中，升级后的道路等级提高，道路的线性指标如：纵坡坡度，平面线型，最小半径等也相应的提升，因此造成了许多旧有涵洞位置，高程与新路线的线性的不能很好地衔接，这就需要特殊的设计处理使这些现存涵洞满足路线要求，达到重复利用的目的，下面总结了旧桥涵加长的一般的设计和施工建设思路：

1.现场调查并采集测量数据:对现存的涵洞进行现场调查和数据采集，主要查看旧涵外观，有无盖板墙身开裂，有无盖板弯沉挠度较大，涵洞基础沉降，基础流水面破坏及冲刷严重等不良病害以此评估涵洞的整体的保存状况，初步确定可加长利用涵洞位置和列表。调查完毕后，组织测量人员专门针对需要加长的涵洞进行数据采集。采集的重点为：涵洞进出水口孔径和尺寸，涵洞进出水口流水面坐标和标高和涵洞进出水口的盖板厚度，涵洞周边地形数据和天然沟渠数据。

2.数据分析确定加长方案，绘制加长设计图。根据现场的测量数据，我们可以在道路总体平面图上确定涵洞的具体位置，与路线的斜交角度和具体高程。我们需要根据新的道路路线走向及道路宽度及路面标高进行计算确定老涵洞需要加长的角度，尺寸及长度，根据计算结果进行老涵洞加长出图及施工。根据路线数据我们可以生成涵洞轴向的横断面图，并根据所测进出水口流水面的坐标和高程在横断面图上标出涵洞的具体位置。根据涵洞位置参考路线中桩和边线的位置高程和边坡坡度以及涵洞进出水口的原地面走势，我们可以确定出涵洞轴向的加长方案，包括加长侧，加长长度，位置及标高。根据覆土深度和涵洞设计通用图，确定涵洞盖板厚度及主筋直径和间距。轴向加长方案确定后，我们可以在整体平面图上根据涵洞轴向各点位置，涵洞与路线的斜交角度，涵洞的孔径，画出加长涵洞的平面位置，标出原涵洞盖板的各角点位置，加长盖板的位置和尺寸。根据确定的加长方案和平面和横断面补充其他施工中需要的细部结构设计图，将完成的加长涵洞平面设计图放在道路整体平面图上，确定出涵洞各角点的位置和坐标。至此涵洞加长的设计图完成。

3.现场放样，复核加长方案是否可行。涵洞加长设计完成后，需要根据设计坐标和尺寸进行现场放样，现场查看加长涵洞与老涵洞在墙身位置，轴线方向和流水面标高是否能顺接。进出水口加长部分能否与现场原地面走势顺接，如果上述各项条件满足证明此加长方案可行，可以用于现场施工。

4.旧涵加长的施工和质量控制

旧涵加长的主要施工工序有：施工准备→现场放样→基坑开挖→基地承载力检验→拆除旧涵洞多余砌体、八字墙及破损不能利用的墙身和基础→拆除断面的凿毛及清理→基础施工→墙身浆砌施工→盖板预制或现浇→盖板吊装→盖板接缝处理→基坑回填压实。

旧有桥梁和涵洞的加长施工需要从施工源头开始加强每个施工工序和关键环节的质量控制：施工前的施工方案的可行性研究，施工人员的岗前培训和技术交底，施工机械的检查和试运行，施工材料的试验检测和质量控制，试验段落和构件的施工和质量评估等等一系列的质量控制手段，从根本上保证旧有桥涵加长的施工质量。

结束语：通过上述对旧有桥涵改造利用的可行性研究以及在实际施工建设中对旧有桥涵的维护，旧涵加长的实施，大大节约了旧路升级改造项目的建设成本，减少了改造工程量，缩短了改造工期，提高了升级改造项目的实施效率。为未来同地区类似道路升级改造项目的实施提供了丰富的项目实施经验和理论研究依据。

参考文献：

[1]JTG/TF50-2011公路桥涵施工技术规范(S).

[2]JTGD60—2015.公路桥涵设计通用规范（S）

[3]张树仁.桥梁病害诊断与加固设计.北京：人民交通出版社,1993年

[4]张士泽.桥梁设计理论.北京：人民交通出版社,1984年

[5]杜国华等.桥梁结构分析.上海：同济大学出版社,1994年

[6]埃塞俄比亚公路局设计规范,（ERA-Specification）2013.

作者简介：宋黎明，男，1988年09月生，吉林大学土木工程（道桥）专业2007级，本科，助理工程师。现工作于中交一公局海外事业部埃塞俄比亚BS项目，负责所在项目的现场施工管理及工程技术管理工作。