專利名稱：基于潮汐交通流特征的小城鎮拱橋局部加寬加固方法
技術領域：
本發明涉及一種基于小城鎮交通流特征的拱橋局部加寬加固方法，尤其涉及基于潮汐交通流特征的小城鎮拱橋局部加寬加固方法。
背景技術：
我國早期公路橋梁中多采用拱橋，并以雙曲拱橋為主，往往存在橋頭距離交叉口過近，因此橋頭缺乏有效渠化，導致橋頭通行能力比橋梁中部低30%以上，容易成為橋梁交通的瓶頸，隨著小城鎮城市交通的迅猛發展，許多公路橋梁成為城市橋梁，平峰時段交通流量不大，通行能力尚能滿足交通需求；但高峰時段橋上交通量急劇增加，且呈現典型的潮汐交通現象，極容易造成橋頭擁堵，因此亟需加寬改善。目前為解決該交通問題一般采用拆除新建和全線拓寬這兩種思路。對于拆除新建，一方面對主體結構保存良好、無重大病害的橋梁設施是較大浪費，同時新建橋梁不但投資大，而且美觀性，與環境的協調難以與舊橋相比。早期建設拱橋，由于未能充分發揮拱橋連拱作用，因此在設計中，往往造成橋墩橋臺設計過于保守，下構承載能力有一定富余；同時拱橋結構自身潛力很大，再加上拱上建筑的聯合作用，在役拱橋承載潛力未能充分發揮。 因此很有必要利用現有拱橋結構，進行加寬加固。全線擴寬改造的思路，常用加固方法有從主拱下面加厚主拱、增大拱圈截面，用頂推法消除橋臺位移，用體外預應力加固橋梁等。許漢錚在“雙曲拱橋病害分析與加固方法研究”一文(公路，2004年8月)提出老橋的兩側建造箱肋，并設置橫向預應力筋與老結構連接成整體，該加固改造方法加強了橋梁的整體性，提高了橋梁承載力，同時也加寬了橋面。廖碧海，王國鼎在“拱橋加固新方法的研究及應用”一文(公路，2006年10月)從主拱圈上部進行加固拱橋，具有加強控制截面， 充分利用富裕的截面，從拱背以上進行加固的特點。總體而言，現有加寬加固都采用全線加寬加固方法，未能根據小城鎮潮汐交通流特性，針對性的改善橋梁結構通行能力的短板橋頭部分。加寬加固面積大，費用高，施工時間長，而新建橋梁也極易在橋頭形成新的交通瓶頸。因此亟需新的設計方法，發揮現有拱橋結構的最大效益。
發明內容
本發明針對小城鎮橋梁潮汐交通流特點，對于主拱圈保存較好、橋墩及基礎承載能力有一定富余的拱橋，參照道路交叉口渠化的原理及可變車道設置方法，提出橋梁橫向利用變寬度橋面預應力板適當增加橋面寬度，并用可移動對向隔離欄隔離對向車輛，并設置可變車道，橋梁縱向設置漸變段與展寬段以實現交通流上下橋梁車流順暢，通行能力緩和過渡，全面提高拱橋通行能力。加寬思路如圖6。本發明所采用的技術方案是一種基于潮汐交通流特征小城鎮拱橋局部加寬加固方法，其特征在于所述的局部加寬方法是，拆除原拱橋橋頭人行道結構和橋頭橋面板，新建變寬度預應力鋼筋混凝土橋面板和新建橋頭人行道結構加寬橋面寬度，并設置橋頭可變車道，縱向設置漸變段和展寬段，實現上下橋順利過渡；所述的局部加固方法是，在主拱圈拱背上添加15 30cm高標號鋼筋混凝土，以提高主拱圈拱腳、1/4跨度截面抗彎及抗剪能力；拆除主拱圈原拱頂側墻和拱上填料，采用高標號鋼筋混凝土澆筑主拱圈拱頂鋼筋混凝土側墻，以提高主拱圈拱頂的抗彎及抗剪能力；將邊拱波用鋼筋混凝土填充，設置通長鋼筋混凝土梁體，以抵抗橫向橋面板較大懸挑長度而產生的對邊拱波的抗彎及抗扭能力；拆除側墻頂部石砌圬工35 50cm,以設置鋼筋混凝土托盤式梁，減少橋面預應力挑梁的懸挑跨度，并實現緩和過渡，以降低對邊拱波的彎矩作用力。本發明的方法中，所述的設置可變車道是在拱橋設可變車道隔離欄隔離對向車道，并輔以道路標線標示橋頭可變車道，其車道寬度為3. 25 3. 5m。本發明的方法中，其可變車道隔離欄長度與局部加寬長度保持一致。以防止車輛在橋頭隨意掉頭、借道行駛，導致新的擁堵，同時在橋梁中部可適當借道行駛，以與潮汐性交通流交通需求相協調。本發明的方法中，用變寬度預應力鋼筋混凝土橋面板梁取代原有混凝土結構，以提高橋梁橫向寬度，實現漸變段及展寬段順利過渡，以增大截面通行能力。本發明的方法中，考慮到小城鎮道路一般限速40km/h，橋梁路段限速30km/h(比道路低10km/h)，進出口車道漸變段與展寬度之和一般為40 45m，對于進口車道與出口車道可統一取大值，便于橫向對稱拓寬。考慮到橋臺頂部有一定過渡段、橋墩頂部的長度，對于一般單孔跨徑大于30m拱橋只需改造邊跨即可，單孔跨徑小于30m拱橋可考慮造橋梁兩側離岸最近2孔。本發明的方法中，考慮到橋梁路段限速30km/h，則進出口機動車道寬度可設置為 3. 25 3. 5m,可設置為橋頭可變車道，相對于原有橋梁將擴寬一個機動車道。對于I^ii寬度的橋梁橫斷面布置由12. 5m = 1. 75m (人行道)+4. 5m (機非混合車道)+4. 5m (機非混合車道)+1. 75m (人行道)拓寬為16. 25m = 1.75(人行道)+4. 5m (機非混合車道)+0. 25m (可變車道邊線)+3. 25m (可變車道)+0. 25m (可變車道邊線)+4. 5m (機非混合車道)+1. 75m (人行道)。本發明優點如下1)通過對主拱圈拱背、拱頂添加混凝土，容易施工，加固效果好，在國內拱橋主拱圈加固中得到了廣泛應用，能全面提高拱橋承載能力20% 30%。2)通過用預應力鋼筋混凝土橋面板梁取代原有混凝土結構，充分利用預應力混凝土結構的跨度大、自重輕、承載力大的特點，在不提高上部結構自重前提下，全面改善橋梁橫向結構抗彎能力，并且提高了橋梁橫向寬度及橋頭通行能力。3)利用填充邊拱波、在側墻頂部設置拖盤式鋼筋混凝土梁，以提高橋梁兩側縱向梁體的抗彎、抗扭能力，抵消增加橋面板梁懸挑量對結構安全的不利影響。4)通過設置橋梁漸變段與過渡段，使得橋頭交叉口車輛上下橋梁能實現車速及通行能力的順利過渡，進而提高橋頭通行能力。5)采用可移動式隔離欄將橋頭處對向車道隔離，實施可變車道管理，可以有效調節交通供需關系，并確保交通安全。
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該方法具有質量好、造價低、施工便禾I』、工期短等優點。如對于全長 300m (7 X 42. 86m)，橋梁布置為9m機動車道+1. 75m (人行道)X 2的雙曲拱橋，加寬加固面積只有全長的30%，在相對而言更容易施工的橋頭部分，局部加寬加固方法通行能力相對于全橋加寬加固方法提高了 9. 2% (橋頭部分)，且局部加寬加固方法橋頭與橋梁中部通行能力大體相當，可見局部加寬大大節約了投資及工期。
圖1 改善前橋頭設置平面示意2 改善前橋頭設置橫斷面示意3 改善后的橋梁設置平面示意4 改善后橋頭設置橫斷面示意5 改善后橋梁設置立面示意6 局部加寬加固通行能力改善示意中阿拉伯數字含義如下1-改善前橋頭人行道結構，2-改善前橋頭橋面板， 3-橋頭人行道結構(改善后)，4-變寬度預應力鋼筋混凝土橋面板(改善后)，5-橋頭可變車道隔離欄，6-橋頭可變車道，7-拱橋側墻，8-托盤式梁，9-邊拱波，10-鋼筋混凝土填充梁，11-拱上填料，12-主拱圈，13-主拱圈拱背鋼筋混凝土，14-主拱圈拱頂鋼筋混凝土側墻，A-橋梁起點(展寬段結束點)，B-上橋展寬段開始點(漸變段結束點)，C-上橋漸變段開始點，D-下橋漸變段開始點，E-下橋展寬段開始點(漸變段結束點)，F-橋梁終點(展寬段結束點)。
具體實施例方式施工步驟如下1)對稱均衡澆筑邊跨主拱圈12上的主拱圈拱背鋼筋混凝土 13 ；2)拆除橋梁橋頭部分原有橋梁人行道結構1 ；3)拆除橋梁橋頭部分原有橋梁橋面板2 ；4)拆除橋頭部分拱橋側墻7原有頂部結構，并清除附近拱上填料11 ；5)新建橫向邊拱波9中的鋼筋混凝土填充梁10 ；6)新建拱橋側墻頂部鋼筋混凝土托盤式梁8和主拱圈拱頂鋼筋混凝土側墻14 ；7)現澆橋頭變寬度預應力鋼筋混凝土橋面板4 ；8)新建橋頭人行道結構3。9)橋頭設置可變車道隔離欄5，并設置橋頭可變車道6。注意事項1)施工前一定要對橋梁結構進行荷載檢測，確保橋梁下構及主拱圈的安全。2)在主拱拱頂可間隔設置縮縫與脹縫，以滿足橋面板的縱向變形要求。幻主拱圈加固混凝土及拱頂填料應采用微膨脹混凝土。4)如附近有替代過江橋梁，應禁止大貨車通過改造后橋梁行駛，并將其引導至替代橋梁上，同時也減少對城市中心城區交通的干擾。5)考慮小城鎮實施可變車道管理的難度較大，可在運營初期采用交警實施現場管
5理與其余交通管理措施相結合的方式，以確保交通流順利通過橋頭。6)橋梁漸變段與原有橋梁倒角應首先確保行車道平順過渡，可通過適當縮減橋梁人行道寬度來實現，以避免現有橋梁加寬寬度過小時難以施工。7)對于一般橋梁拓寬單側不超過2. 5m為宜，以避免增加過大的動靜荷載，確保橋梁結構安全。8)由于所述加固方法一般需要加寬橋梁兩側共90m范圍，因此對于加寬范圍超過 60% (橋長< 150m)的拱橋可采用全線加寬方式，以利于美觀；因此本方法對于橋長超過 150m的拱橋效益明顯。9)對于其余類型的鋼筋混凝土拱橋(非雙曲拱橋)應采取其它措施加強拱橋兩側與懸臂板根部相連部分，以抵銷較大懸臂長度帶來的彎矩與扭矩。
權利要求
1.一種基于潮汐交通流特征小城鎮拱橋局部加寬加固方法，其特征在于所述的局部加寬方法是，拆除原拱橋橋頭人行道結構(1)和橋頭橋面板O)，新建變寬度預應力鋼筋混凝土橋面板(4)和新建橋頭人行道結構(3)加寬橋面寬度，并設置橋頭可變車道(6)，縱向設置漸變段和展寬段，實現上下橋順利過渡；所述的局部加固方法是，在主拱圈(1 拱背上添加15 30cm高標號鋼筋混凝土，以提高主拱圈拱腳、1/4跨度截面抗彎及抗剪能力； 拆除主拱圈(1 原拱頂側墻(7)和拱上填料，采用高標號鋼筋混凝土澆筑主拱圈拱頂鋼筋混凝土側墻(14)，以提高主拱圈拱頂的抗彎及抗剪能力；將邊拱波(9)用鋼筋混凝土填充， 設置通長鋼筋混凝土填充梁(10)，以抵抗橫向橋面板較大懸挑長度而產生的對邊拱波的抗彎及抗扭能力；拆除側墻頂部石砌圬工35 50cm，設置鋼筋混凝土托盤式梁(8)，以減少橋面預應力挑梁的懸挑跨度，并實現緩和過渡，以降低對邊拱波的彎矩作用力。
2.如權利要求1所述的一種基于潮汐交通流特征小城鎮拱橋局部加寬加固方法，其特征在于所述的設置可變車道是在拱橋設可變車道隔離欄(5)隔離對向車道，并輔以道路標線標示橋頭可變車道(6)，其車道寬度為3. 25 3. 5m。
3.如權利要求2所述的一種基于潮汐交通流特征小城鎮拱橋局部加寬加固方法，其特征在于其可變車道隔離欄長度與局部加寬長度保持一致。
全文摘要
基于潮汐交通流特征的小城鎮拱橋局部加寬加固方法。該方法首先拆除拱橋橋頭橋面板(1)及橋頭人行道結構(2)，通過新建變寬度預應力鋼筋混凝土橋面板(4)和新建橋頭人行道結構(3)，以發揮橋頭進出口車道展寬段及漸變段功能，滿足橋頭交叉口交通流平穩過渡要求；并用橋頭可變車道隔離欄(5)隔離對向車道，輔以道路標線實施橋頭可變車道(6)交通管理措施，以滿足潮汐交通流特征需要。同時橋梁主拱圈、邊拱波、拱橋側墻也相應加強以滿足橋梁結構強度要求。本發明提出的橋梁橋頭局部加寬加固方法相比全線擴寬加固方法改造面積小、造價低、工時短、施工難度小，可應用于長度超過150m，橋墩及基礎承載能力有一定富余的拱橋加寬加固。
文檔編號E01D4/00GK102392421SQ20111037451
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月23日 優先權日2011年11月23日
發明者劉慶元, 杜志剛, 王國鼎, 蔣旭, 鄧育林, 黃發明 申請人:武漢理工大學