精品栖霞大桥改造工程可研报告.docx

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精品栖霞大桥改造工程可研报告

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栖霞大桥改造工程

可行性研究报告

1工程概况1

2技术标准4

3编制依据4

4桥梁检测情况6

4.1引桥桥梁检测情况6

4.2主桥桥梁检测情况8

4.2.1常规检测情况8

4.2.2荷载试验情况9

4.2.3桥梁检测的主要结论和建议9

5病害原因分析11

5.1主桥中跨（计算跨径86.5m）结构验算11

5.1.1设计状态验算11

5.1.2旧桥折减验算15

5.2主桥边跨（计算跨径76.5m）结构验算19

5.2.1设计状态验算19

5.2.2旧桥折减验算23

5.3病害原因分析结果28

5.4桥梁病害对桥梁结构造成的影响28

6病害对策30

6.1主要病害处理方案30

6.2重点难点—吊杆的维修32

6.3主桥维修加固施工步骤34

6.4引桥维修加固施工步骤36

6.5施工期间交通组织36

7消险后预期效果37

8工程投资估算38

8.1测算依据38

8.2测算结果39

9附录40

9.1有关的文件40

9.2验算报告46

9.2.1主桥中跨（计算跨径86.5m）结构验算报告46

9.2.2主桥边跨（计算跨径76.5m）结构验算74

9.3必要的图纸117

***大桥改造工程可行性研究报告

1工程概况

***大桥为跨铁路高架桥，起点位于迈化路东侧，跨过铁合金厂，二七油库、地方铁路三条铁路专用线、燕尧路、新十里长沟，与柳塘立交相接，全桥长843.54m（包括桥头搭板）。

全桥由西引桥、主桥、东引桥三部分组成。

桥梁全宽西引桥为26m，主桥为34m，东引桥由于位于柳塘立交的变速车道上，全宽由26m过渡到46.4m。

全桥最大纵坡为3.5％，桥面横坡为1.5％，桥梁位于竖曲线半径为12000m的凸曲线及9957.48m凹曲线上，凸曲线最高点位于主桥中跨跨中处。

图1.2***大桥地理位置图1

图1.3***大桥地理位置图2

图1.4***大桥主桥平面示意图（详图见附录图纸）

主桥上部结构为三跨下承式系杆拱桥，计算跨径中跨为86.5m，边跨为76.5m，矢跨比为1/4.5，拱轴线形式为二次抛物线。

拱肋采用钢管砼，断面形式为圆端形扁钢管，横向宽度为2.4m，竖向高度中跨为1.3m，边跨为1.2m。

钢管由厚度为20mm的16Mn钢板制成。

拱肋内灌40号砼，形成钢管砼结构。

图1.6主桥边跨主拱肋截面（单位：

cm）图1.7主桥中跨主拱肋截面（单位：

cm）

系梁断面采用2.5×2.5m的箱形，并有2m的单侧悬臂，砼标号为50号，采用预应力来平衡拱肋的水平推力。

图1.8主桥系梁断面图（单位：

cm）图1.9主桥横梁断面图（单位：

cm）

吊杆由187φ5高强钢丝外包PE护套制成，工厂生产，现场安装，吊杆间距中跨4.1m，边跨4m.吊杆锚头采用冷逐镦头锚，现场镦头。

中横梁预制后通过现浇湿接头与系梁联接，端横梁整体现浇，横梁均为预应力砼结构，砼标号为50号，桥面板为厚度20cm的预制40号砼实心板，通过现浇湿接头与横梁联接。

上部结构为刚性拱刚性梁，桥面铺装为8cm整体化现浇混凝土+4cm中粒式沥青混凝土+2cm沥青砂。

下部结构基础采用φ1.2m钻孔灌注桩，承台为厚度2.5m的钢筋混凝土承台，立柱为2.4×2.4的方柱。

靠近铁路的承台按与铁路线平行设置。

引桥上部结构采用先张法预应力空心板梁和后张法预应力T梁两种结构形式，跨新十里长沟跨径30m采用T梁，其余均采用空心板梁。

引桥均为简支结构，桥面连续，一般三跨一联。

引桥下部结构基础为φ1m钻孔灌注桩。

桥墩为柱式墩，1～11号、16号和17号墩为双柱式墩，18～25号墩为三柱式墩。

立柱均为1.3×1.3m方柱，盖梁为预应力混凝土倒T梁。

桥台为埋入式框架桥台。

具体结构布置见附图。

***大桥位于***大道，***大道为***市的主干道，交通流量非常大，且重车较多，交通非常繁忙。

因此，对桥梁的使用性能和安全性要求也非常高。

管养单位***市市政设施综合管理处非常重视该桥的运营状况，在2006年组织对***大桥进行了详细检测。

检测结果表明***大桥的病害较为严重，按公路桥梁养护规范的标准该桥已经达到了四类桥的状况。

为确保桥梁的安全运营，***市市政公用局向***市建设委员会提交了《关于***大桥改造工程立项的请示》。

根据宁建综字【2007】318号文件《关于同意***大桥改造工程立为准备项目的批复》以及宁公综字【2007】187号文件《关于编制***大桥改造工程可行性研究报告的通知》的要求，该桥改造工程由***市市政工程建设处组织实施。

江苏省交通规划设计院有限公司承担了***大桥改造工程可行性研究报告的编制工作。

2技术标准

根据***大桥设计文件及竣工资料，***大桥主要技术指标如下

1.设计荷载：

汽车－20级，挂车－100；

2.设计车速：

60km/h；

3.地震裂度：

VII度。

3编制依据

***大桥改造工程可行性研究报告主要依据以下合同和文件编制：

1.关于编制***大桥、龙蟠南路高架桥改造工程可行性研究报告的委托书；

2.宁公综字【2007】85号文件《关于***大桥改造工程立项的请示》；

3.宁建综字【2007】318号文件《关于同意***大桥改造工程立为准备项目的批复》；

4.宁公综字【2007】187号文件《关于编制***大桥改造工程可行性研究报告的通知》；

5.《纬一路东段跨铁路高架桥施工图设计》（***市市政设计研究院1998年2月）；

6.***市市政设施综合管理处***大桥等43座城市桥梁检测项目（一标段）检测评估报告第二册***大桥，江苏省交通规划设计院有限公司工程质量检测中心，2006年8月。

***大桥改造工程可行性研究报告编制依据的规范如下：

1.部颁《公路工程技术标准》（JTJ001-97）；

2.部颁《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）；

3.部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG023-85）；

4.（参照）；

5.部颁《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）；

6.部颁《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）；

7.部颁《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4-2004）；

8.部颁《公路工程质量检验评定标准（第一册土建工程）》（JTGF80/1-2004）；

9.《公路旧桥承载能力鉴定方法》中华人民共和国交通部发布，1988年，北京；

10.《公路桥梁承载能力检测评定规程》（征求意见稿），交通部公路科学研究所，2003年；

11.《钢管混凝土拱桥设计规范》（征求意见稿），2003年；

4桥梁检测情况

***大桥位于***大道，***大道为***市城市主干道，交通流量非常大，且重车较多，交通繁忙。

2006年江苏省交通规划设计院有限公司工程质量检测中心对该桥进行了详细的现场检测。

根据桥梁检测报告，主桥的病害较为严重，主要体现在吊杆防水失效、桥面未设防水层、系杆PE护套开裂、锚头渗水、拱肋和风撑表面钢管保护层脱落，钢管表面锈蚀等；引桥病害主要表现为板梁局部破损、外观质量差，局部烧损、支座缺陷等；但板梁上无明显的受力裂缝，故对引桥的局部病害位置进行维修，并加强观测。

4.1引桥桥梁检测情况

引桥主要病害主要表现为支座的脱空、半脱空以及环向开裂；墩台和板梁以及防撞墙局部混凝土剥落、露筋；横隔板后浇段浇筑质量较差，连接钢板裸露于外部；部分孔跨存在烟熏痕迹；桥面连续处开裂和伸缩缝存在高差和跳车现象等，具体总结如下：

1、全桥共有22个支座局部脱空，其中2个支座全脱空；9个支座偏位，1个支座环向开裂；

图4.1.1支座开裂图4.1.2支座脱空

2、全桥未设滴水槽；

3、18＃孔1＃板外侧翼缘板外露2根钢筋，且锈蚀；

4、20＃孔板底有烟熏痕迹；

5、21＃孔1＃～6＃横隔板现浇处浇筑质量较差，混凝土白化，且连接处外露钢板，钢板锈蚀；

6、21＃孔17＃、18＃梁在21＃墩顶处混凝土破损50×20×5cm3；

7、部分桥面沥青混凝土磨耗严重，露出大量粗骨料，桥面在墩顶处产生横桥向裂缝；

8、0＃台桥台沉降导致0＃台护坡开裂；

9、0＃台、12＃墩、15＃墩、26＃台顶伸缩缝处高差为1～3cm，局部产生较大的跳车现象，12＃墩顶伸缩缝两侧型钢密贴，与桥面高差2cm。

图4.1.30号台护坡开裂图4.1.4盖梁混凝土破损

图4.1.5挡块开裂破损图4.1.6横隔板混凝土脱落

4.2主桥桥梁检测情况

4.2.1常规检测情况

主桥病害主要表现为，主桥部分桥面板与桥面板、横梁、系梁接缝处渗水白化，并出现挂并现象；部分系梁底混凝土在吊杆底封锚处渗水白化严重，拱肋下缘于吊杆相交处积水锈蚀；部分桥墩混凝土存在不同程度的剥落、跑沙现象，局部露主筋，且锈蚀严重；拱肋表面保护漆大面积脱落，钢管表面锈蚀严重。

图4.2.1吊杆系梁处封锚混凝土白化图4.2.2吊杆在拱肋下缘受水侵蚀

图4.2.3吊杆桥面处防水现状图4.2.4拱脚处开裂及主拱肋涂装失效

图4.2.5系梁底板露筋图4.2.6桥面铺装出现坑洞

图4.2.7伸缩缝破损照

4.2.2荷载试验情况

（1）主跨跨中和边跨跨中经分级加卸载作用后，结构产生的挠度得到恢复，说明结构处于弹性工作状态；

（2）控制截面的挠度校验系数均小于1.0，但是拱肋各项指标的校验系数已经达到或接近1，结构的安全储备较小，建议进行相应的维修处理，提高桥梁的安全性、耐久性；

（3）控制截面的应力校验系数均小于1.0，但是系梁的应力校验系数接近1，安全储备较小，建议采取有效措施提高安全性；

（4）实测偏载系数值小于理论计算偏载系数值，桥梁整体性较好；

（5）试验过程中，梁体工作状态良好，在各最大受力控制断面未发现裂纹或其他可见病害；

（6）跑车试验、跳车试验和制动试验时动挠度和动应变实测值均较大，动力增大系数较大，桥梁动力性能有待改善。

4.2.3桥梁检测的主要结论和建议

根据桥梁检测报告，检测单位检测提出的主要结论及建议如下：

（1）主桥吊杆与系梁处积水，如果密封不严，会导致桥面积水顺吊杆进入吊杆锚固端，锈蚀锚具、吊杆钢丝。

这对吊杆的安全性产生严重影响。

（2）主桥钢管拱拱肋、风撑油漆剥落、锈蚀严重，钢管的有效厚度降低，如果锈蚀不断加剧，将影响桥梁的安全使用。

（3）主桥桥墩混凝土存在不同程度的剥落、跑沙现象，局部路主筋，且锈蚀严重，影响到了桥梁的安全性和耐久性。

需要进行维修加固。

（4）主桥桥面板与桥面板、横梁、系梁接缝处渗水白化，并出现挂冰现象；此处为桥面破损、桥面防水失效以及主桥泄水管长度不足引起的。

（5）系梁底混凝土在吊杆底封锚处渗水白化现象。

吊杆锚头内可能有积水下渗。

吊杆锚头内积水会导致吊杆锚头锈蚀，影响锚固效果，从而使吊杆的安全性降低；

（6）本桥在0＃台、12＃墩、15＃墩、26＃台顶伸缩缝处高差为1～3cm，局部产生较大的跳车现象。

影响了行车的安全性和舒适性，需要进行维修。

（7）全桥共有20个支座局部脱空，其中2个支座全脱空；9个支座偏位，2个支座环向开裂。

对板梁的受力有不利的影响。

（8）全桥板梁间铰缝未勾缝；对板梁的美观性和耐久性有不利影响。

（9）全桥未设滴水槽；外侧板梁的表面长期受到水蚀，引起混凝土质量下降，钢筋锈蚀。

（10）18＃孔1＃板外侧翼缘板外露2根钢筋，且锈蚀；如不做处理，生锈的钢筋会胀裂混凝土，进一步引起内部钢筋的锈蚀和混凝土的破损。

（11）20＃孔20＃板底有烟熏痕迹；可能会引起桥梁的混凝土质量下降。

（12）21＃孔1＃～6＃横隔板现浇处浇筑质量较差，混凝土白化，且连接处外露钢板，钢板锈蚀；横隔板质量下降，使得桥梁的整体性能降低。

（13）21＃孔17＃、18＃梁在21＃墩顶处混凝土破损50*20*5cm3。

（14）全桥桥面沥青混凝土磨耗严重，露出大量粗骨料，桥面在墩顶处产生横桥向裂缝；应更换沥青铺装。

（15）主跨跨中和边跨跨中经分级加卸载作用后，结构产生的挠度得到恢复，说明结构目前基本处于弹性工作状态；

（16）控制截面的挠度校验系数均小于1.0，但是拱肋各项指标的校验系数接近1，结构的安全储备很小，建议进行相应的维修处理，提高桥梁的安全性、耐久性；

（17）控制截面的应力校验系数均小于1.0，但是系梁的应力校验系数接近1，安全储备较小，建议采取有效措施提高安全性；

（18）实测偏载系数值小于理论计算偏载系数值，桥梁整体性较好；

（19）试验过程中，梁体工作状态良好，在各最大受力控制断面未发现明显裂纹或其他可见病害；

（20）跑车试验、跳车试验和制动试验时动挠度和动应变实测值均较大，动力增大系数较大。

5病害原因分析

根据***大桥检测报告，***大桥主桥钢管混凝土系杆拱的病害比较明显，已达到了四类桥，需要及时进行维修处理的状况，引桥病害不是很严重，对正常运营的安全性影响不大，因此，重点对主桥钢管混凝土系杆拱进行了结构计算分析。

5.1主桥中跨（计算跨径86.5m）结构验算

5.1.1设计状态验算

主桥中跨结构计算采用桥梁空间计算软件MIDAS2006进行，拱肋、系梁和横梁采用梁单元进行模拟，吊杆采用索单元进行模拟，桥面板采用板单元模拟，全桥共划分2436个单元，1015个节点。

其中系梁和横梁内的预应力计算完全按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG023-85）中的规定进行计算。

结构计算模型如下：

图5.1.1主桥中跨结构计算模型

结构计算内力组合按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG023-85）中的规定进行，即：

组合I：

恒载+汽车+收缩、徐变荷载；

组合II：

恒载+汽车+收缩、徐变荷载+温度效应；

组合III：

恒载+挂车。

经计算分析荷载组合II控制结构设计，以下仅给出荷载组合II作用下的计算结果。

（1）正常使用极限状态验算

经计算分析正常使用极限状态，荷载组合II控制结构设计，以下仅给出荷载组合II作用下的计算结果。

正常使用极限状态主跨跨中附近系梁、吊杆和拱肋截面应力如下表所示：

表5.1.1主跨跨中截面应力

验算截面位置

最大压应力（MPa）

最大拉应力（MPa）

跨中拱肋

42.3

39.8

跨中系梁

9.2

2.3

跨中吊杆

-384.1

-415.5

正常使用极限状态主跨拱脚附近系梁、吊杆和拱肋截面应力如下表所示：

表5.1.2主跨拱脚截面应力

验算截面位置

最大压应力（MPa）

最大拉应力（MPa）

拱脚处拱肋

69.7

64.8

拱脚处系梁

10.3

3.3

拱脚处吊杆

-177.2

-190.1

根据《公路斜拉桥设计规范》（JTJ027-96）第4.3.1条及表4.3.2的规定，使用荷载作用下钢丝索吊杆应力应满足以下要求：

[σ]≤K×0.4Rb

对于荷载组合I：

K=1.0

对于荷载组合II或III：

K=1.25

则本桥钢丝索吊杆在使用荷载作用下的应力限值为：

[σ]=1.25×0.4×1300MPa=650MPa

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG023-85）中第5.2.21条的规定，在使用荷载作用下，预应力砼构件的法向压应力（扣除全部预应力损失）应符合下列规定：

荷载组合II：

σha≤0.6Rab（对50号混凝土为21MPa）；

根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）表1.2.5中的规定16Mn钢轴向应力允许值为200MPa，弯曲应力允许值为210MPa。

【结论】通过上表可以看出，结构跨中和拱脚处截面的拱肋、系梁和吊杆应力满足相应规范的要求。

（2）承载能力极限状态验算

系梁跨中截面承载能力组合II作用下承载能力按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG023-85）验算如下：

表5.1.3承载能力组合II作用下系梁跨中截面承载能力验算表

项目

最大轴力

最小轴力

轴力（kN）

15741

14739

抗力（kN）

23900

受力性质

偏心受拉

是否满足

是

系梁拱脚处截面承载能力组合II作用下承载能力验算如下：

表5.1.4承载能力组合II作用下系梁拱脚处截面承载能力验算表

项目

最大轴力

最小轴力

轴力（kN）

18294

17187

抗力（kN）

23900

受力性质

偏心受拉

是否满足

是

主拱肋承载能力按《钢管混凝土拱桥设计规范》（征求意见稿）中的计算方法进行。

钢管混凝土承载能力计算如下：

式中：

—钢管混凝土的组合轴心受压强度设计值；

—钢管混凝土构件的截面面积；

—轴心受压稳定系数；

其中：

；

式中：

—钢管的截面面节；

—核心混凝土的截面面积；

—钢管混凝土的约束效应系数；

B、C—计算系数；

、—分别为钢材的标准强度和设计强度；

、—分别为混凝土的抗压强度标准值和设计值。

主拱肋跨中截面在承载能力极限组合II作用下验算结果如下：

表5.1.5承载能力组合II作用下主拱肋跨中截面承载能力验算表

项目

最大轴力

最小轴力

轴力（kN）

28306

26511

抗力（kN）

36086

受力性质

偏心受压

是否满足

是

主拱肋拱脚处截面承载能力组合II作用下承载能力验算如下：

表5.1.6承载能力组合II作用下主拱肋拱脚处截面承载能力验算表

项目

最大轴力

最小轴力

轴力（kN）

33994

31808

抗力（kN）

36086

受力性质

偏心受压

是否满足

是

通过以上的验算可知，结构的原设计各项指标基本满足规范的要求。

5.1.2旧桥折减验算

（1）持久状态桥梁结构正常使用极限状态鉴定计算

a）限制应力

式中：

—计入活载影响修正系数的截面应力计算值；

—应力限值；

—承载能力检算系数；

其中是考虑桥梁当前状况相关的计算参数，根据对***大桥的荷载试验检测情况分析，本桥的应力和位移校验系数均在1附近，参照《公路旧桥承载能力鉴定方法》中表5.10.4-1，***大桥承载能力检算系数取值为0.95。

根据《公路斜拉桥设计规范》（JTJ027-96）第4.3.1条及表4.3.2的规定，使用荷载作用下钢丝索吊杆应力应满足以下要求：

[σ]≤K×0.4Rb

对于荷载组合I：

K=1.0

对于荷载组合II或III：

K=1.25

则本桥钢丝索吊杆在使用荷载作用下的应力限值为：

[σ]=0.95×1.25×0.4×1300MPa=617.5MPa

荷载组合II：

σha≤0.95×0.6Rab（对50号混凝土为19.95MPa）；

根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）表1.2.5中的规定16Mn钢轴向应力允许值为200MPa，弯曲应力允许值为210MPa。

则考虑桥梁承载能力检算系数后，轴向应力允许值为190MPa，弯曲应力允许值为199.5MPa。

综合以上分析对***大桥主桥中跨关键截面验算如下：

表5.1.7主桥中跨关键截面鉴定计算验算表

验算截面位置

最大压应力

（MPa）

最大拉应力

（MPa）

应力限值

（Z2［σ］）（MPa）

验算结果

跨中拱肋

42.3

39.8

199.5

满足

跨中系梁

9.2

2.3

19.95

满足

跨中吊杆

-384.1

-415.5

-617.5

满足

拱脚处拱肋

69.7

64.8

199.5

满足

拱脚处系梁

10.3

3.3

19.95

满足

拱脚处吊杆

-177.2

-190.1

-617.5

满足

b）短期荷载作用下的变形

式中：

—计入活载影响修正系数的短期荷载变形计算值；

—变位限值；

—承载能力检算系数；

参照《钢管混凝土拱桥设计规范》（征求意见稿）中第6.2.4中的规定，钢管混凝土构件计算的挠度值，在消除结构自重产生的长期挠度后，钢管混凝土拱肋最大挠度不应大于（为钢管混凝土拱肋的计算跨径）。

则

经计算拱肋最大竖向位移为-15.1mm，满足要求。

【结论】通过上表可以看出，结构跨中和拱脚处截面的拱肋、系梁和吊杆应力和位移满足相应规范的要求。

（2）持久状态桥梁结构承载能力极限状态鉴定计算

按照《公路旧桥承载能力鉴定方法》的规定，荷载效应不利组合设计值应小于或等于结构抗力效应设计值，其方程为：

式中：

—荷载效应函数；

—永久荷载（结构重力）效应；

—永久荷载（结构重力）安全系数；

—可变荷载及永久荷载中混凝土收缩、徐变影响力效应，基础变位影响力效应；

—结构抗力函数；

—荷载Q的安全系数；

—结构工作条件系数；

—混凝土强度设计采用值；

—在混凝土强度设计采用值基础上的混凝土安全系数；

—预应力钢筋或非预应力钢筋强度设计采用值；

—在钢筋强度设计采用值基础上的钢筋安全系数；

—旧桥检算系数；

主拱肋跨中截面在承载能力极限组合II作用下鉴定计算验算结果如下：

表5.1.8承载能力组合II作用下主拱肋跨中截面承载能力鉴定计算验算表

项目

最大轴力

最小轴力

轴力（kN）

28306

26511

抗力（kN）

36086

折减后（kN）

34281.7

受力性质

偏心受压

是否满足

是

主拱肋拱脚处截面承载能力组合II作用下承载能力鉴定计算验算如下：

表5.1.9承载能力组合II作用下主拱肋拱脚处截面承载能力鉴定计算验算表

项目

最大轴力

最小轴力

轴力（kN）

33994

31808

抗力（kN）

36086

折减后（kN）

34281.7

受力性质

偏心受压

是否满足

是

系梁跨中处截面承载能力组合II作用下承载能力鉴定计算验算如下：

表5.1.10承载能力组合II作用下系梁跨中截面承载能力鉴定计算验算表

项目

最大轴力

最小轴力

轴力（kN）

15741

14739

抗力（kN）

23900

折减后（kN）

22705

受力性质

偏心受拉

是否满足

是

系梁拱脚处截面承载能力组合II作用下承载能力鉴定计算验算如下：

表5.1.11承载能力组合II作用下系梁拱脚处截面承载能力鉴定计算验算表

项目

最大轴力

最小轴力

轴力（kN）

18294

17187

抗力（kN）

23900

折减后（kN）

22705

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