曹淑上，赵晓斌，杨记峰，刘有为

（重庆市建筑科学研究院，重庆 400016）

0 引言

重庆秀山西门桥位于秀山县城原西门，跨越梅江河，始建于清高宗乾隆年间，已有近300年历史，原为风雨廊桥型式，经历了屡毁屡建。2011年，秀山县政府启动了西街片区的综合整治，决定恢复西街历史原貌，挖掘秀山西街民俗文化景区历史人文资源，打造文化旅游品牌。为此，启动了西门桥风貌改造成为始建之初的风雨廊桥型式的工程，以突出文化特色和民俗特点，重塑梅江河上的地域符号和土、苗文化特质。2018年2月，西街民俗文化景区成功创建为国家4A级旅游景区，西门桥是景区中最具特色的景观改造工程和标志性建筑，成为西街旅游的文化名片。本文介绍西门桥拓宽改造的技术应用，可为同类工程提供参考。

1 西门桥工程概况及改造需求分析

1.1 原西门桥工程概况

西门桥原桥长61m，为三跨钢筋混凝土简支梁桥，跨径组合为（17+22+22）m。 桥面全宽6.2m，横向布置为1.4m（栏杆、人行道）+3.4m（单车道）+1.4m（栏杆、人行道）。桥梁上部结构为4道钢筋混凝土矩形梁，与桥面板整浇，主梁横向设置横隔板，在横隔板相同位置两侧设置挑梁，用于搭设人行道板，桥面设置80mm厚混凝土铺装层，两侧桥台及桥墩位置未设置伸缩缝，主梁未设置支座，主梁采用C30混凝土，设计荷载采用单车道汽车-15级，桥梁下部为重力式墩台，基础设置在河床基岩上。

1.2 西门桥改造基本需求

为恢复西门桥始建之初的风雨廊桥型式，桥梁改造基本要求如下：

（1）设计荷载：改变原桥的使用功能，由车行桥变为人行桥，根据建筑设计改造为廊桥，增加一层木廊结构建筑；

（2）横向布置：改造后桥面大幅拓宽，桥面由宽6.2m拓宽至3.75m（栏杆、人行道）+3.4m（人行道）+3.75m（栏杆、人行道）=10.9m。

秀山县西门桥原桥梁全景及改造后全景分别见图1和图2。

图1 西门桥改造前全景

图2 西门桥改造加固后全景

2 原西门桥病害情况及拓宽改造难点分析

2.1 原西门桥主要病害情况分析

根据相关资料及现场踏勘情况，原西门桥主要存在如下病害：

（1）桥面铺装存在大面积碎裂及破损现象；

（2）桥面未设置伸缩缝；桥面有多处积水现象，桥下无排水管，桥面排水顺主梁和横隔板直接排放；

（3）桥梁栏杆有多处残缺破损及露筋锈蚀现象，部分人行道块件丢失残缺，存在安全隐患；

（4）主梁存在多处裂缝、露筋锈蚀现象；

（5）桥梁未专门设置支座；主梁下混凝土垫块碎裂，木制垫块大部分已腐坏，其他钢垫块已严重老化锈蚀。

2.2 原西门桥改造难点分析

经过多次对桥梁的现场调查、分析和梳理，该改造项目的突出问题和难题主要集中在以下几个方面：

（1）改造后桥面大幅拓宽，桥面由宽6.2m拓宽至10.9m，且需先拆除两侧原人行道1.1m长悬挑梁，工程难度相当于由4.0m拓宽至10.9m，拓宽难度非常大，拓宽方案曾几次因技术风险过大而搁浅；

（2）改造后在桥面增设廊桥，桥面拓宽幅度大，恒载及活载大幅增加，墩台基础分析结果满足要求，但上部结构安全储备与现行规范要求差距较大，需大幅提高主梁承载能力，加固难度大；

（3）受桥梁建设时期设计及技术水平等原因限制，上部结构整体性差、构造缺乏，桥梁未专门设置支座、伸缩缝等必要的结构和设施，存在诸多先天不足因素，增设支座施工难度大；

（4）对原结构的加固改造、拓宽改造并存，技术难度大，可能面临汛期，施工风险大，危险源多，设计施工均处于动态变化中；

（5）根据其风貌改造建筑设计要求及概念,上部结构的加固改造必须与整体风貌改造风格一致，对加固方式提出了更高的要求。

基于以上存在的突出问题和难点，该项目的建设采用全面分析权衡利弊、大胆加固改造设计、科学模型试验研究并及时反馈优化设计、动态施工及时反馈动态设计、施工过程全程结构监测监控、严格控制工序及竣工验收的模式，保障了项目的顺利实施及桥梁安全。

3 西门桥加固改造方案设计

根据桥梁实际状况及改造加固技术标准，为达到拓宽、提载、防护的目的，该桥在拆除原桥面铺装、人行道板及栏杆，对该桥原结构混凝土和钢筋进行修复后，再依次按照施工顺序从以下几个方面进行改造加固。

3.1 主梁截面转换加固——增设底板，形成箱形整体截面

为了提高原桥的抗弯刚度和抗扭刚度，采用主梁截面转换成箱梁截面的加固技术[1]。预留支座顶升距离1m，17m跨在主梁其他范围内、22m跨在主梁其他范围内通过增设钢筋混凝土底板加以封闭，加固底板厚15cm；主梁底板采用C35混凝土。原桥梁横截面及改造后桥梁横截面图分别如图3、图4所示。

图3 原桥梁横截面

图4 改造后桥梁横截面

该项技术的关键在于新增设的钢筋混凝土箱形底板能否与原主梁共同受力、协调变形，新增底板钢筋与原结构钢筋焊接连接。混凝土浇筑方式为先浇筑跨中段，再浇筑两端，施工顺序为先封闭中间主梁，再封闭边主梁。有横隔板位置，通过横竖双向植筋，将横隔板与主梁、底板钢筋相连后浇筑混凝土成整体。

3.2 拓宽提载措施——横向增大截面法加固边主梁，安装预制型钢挑梁拓宽桥面

为增强悬臂钢挑梁与原矩形梁的锚固，避免因局部承载力不足而发生破坏，也为截面抗弯承载力留有一定的安全裕度，增大安全系数。原结构边梁在安装完悬臂挑梁后实施截面增大法加固[1]，借助墩台两侧剩余空间，在3跨全跨范围内为边主梁横向加宽、增加横截面积，边主梁向外侧增加30cm，包裹H型钢，新增主梁部分高1.5m，顶面与钢挑梁上顶面持平。新增主梁与两侧原有主梁通过凿毛混凝土和植筋方式紧密相连，植筋纵向、竖向间距按照200mm布置，钢挑梁位置进行加密采用植筋间距100mm布置，实现共同受力。

在全桥主梁范围内，桥面两侧边主梁上每隔3.3m增设一道三角支架H型钢挑梁，并以钢挑梁作为支撑，在其上部安装人行道及栏杆。钢挑梁通过顶部桥面横桥向连通钢板、胶粘及化学螺栓锚固、外包混凝土等多种方式，牢固地固定于边主梁侧面，与主梁形成一个整体。同时为保证前后钢挑梁之间联系，在每侧柏木梁下方相同位置，设置2道200×100×8方钢管，方钢管与钢挑梁型钢焊接。方钢管在桥墩位置断开，桥台位置设置小尺寸钢挑梁，搭接桥台段方钢管。

3.3 主梁抗剪承载能力加固

为了提高主梁支座附近截面的抗剪承载能力，在两片中主梁两端2.0m范围内采用粘贴钢板条的方式进行加固[1]，钢板条厚度6mm，宽度100mm，净距100mm。

3.4 构造及性能提升——修筑墩台支座垫石、台帽，整体顶升增设桥梁支座体系

该桥梁原设计未设置支座，考虑到改造加固后其支点反力将增大等因素，为使桥梁传力更合理，对主梁下部垫块及墩台帽进行处理[2]，浇筑墩台帽完毕之后，将在主梁支点位置增设普通板式橡胶支座和两侧新增主梁抗拉支座，其中桥台位置设置四氟板式橡胶支座，桥墩位置设置板式橡胶支座。为适应该支座大小，矩形主梁在浇筑底板后，再布置板式橡胶支座。施工过程中注意提前预埋支座预埋件。

3.5 桥面系改造——桥台位置增设伸缩缝，桥墩位置桥面连续

该桥改造加固后，在桥台位置设置四氟板式橡胶支座，与之相配套，在桥台位置设置伸缩缝，伸缩缝与混凝土桥面板同宽，采用GQF-D60型伸缩缝。该桥在桥墩位置设置板式橡胶支座，相应位置桥面连续布置。

对于以上各项技术措施，长悬臂钢梁拓宽技术及截面转换加固技术的可靠性是该工程的技术难点，亟需相关理论和实验数据的支撑，为此，特开展了模型试验，研究、验证秀山县西门桥长悬臂钢梁拓宽技术的抗倾覆性能及截面转换加固技术的可靠性，为秀山县西门桥拓宽加固项目的顺利实施奠定基础。

4 西门桥加固改造有限元分析

采用桥梁空间有限元计算分析软件MIDAS Civil和ABAQUS对西门桥加固改造前后受力性能进行对比分析，计算结果如表1所示。

表1 改造前后桥梁承载能力对比结果

可见，西门桥加固改造后承载力提高70%以上，承载能力有较大幅度的提高，加固增强效果显著。

5 加固后桥梁荷载试验及加固效果评价

该工程改造完毕后，为了评价加固效果，对该桥进行荷载试验。以22.0m跨为例，荷载试验结果情况如下：

（1）在偏载工况下，跨中截面各测点挠度、应变实测值随各级荷载增加基本呈线性变化，且各测点实测值均小于理论计算值（校验系数介于0.64～0.82之间），各主梁测点变形协调、主梁整体性较好，支座未出现脱空现象，满足要求。

（2）在正载最大工况下，跨中截面各测点挠度、应变实测值随各级荷载增加基本呈线性变化，且各测点实测值均小于理论计算值（校验系数介于0.68～0.89之间），各主梁测点变形较均匀、主梁整体性较好，满足要求。

（3）试验桥跨竖向一阶自振频率实测值（6.60 Hz）大于理论计算值（4.22 Hz），满足要求。行人试验中，测试得到试验桥跨L/2处测点在2人、4人、6人并排齐步走和起跳作用下的振动响应，结构振动响应及性能正常。

综合试验情况，该桥加固后结构承载力满足要求。该工程自加固完成投入使用以来，现已经过2年多时间的使用考验，桥梁使用情况良好，达到了改造目的。

6 结语

桥梁改造工程中，随着使用要求的提高，对于桥面较窄、设计荷载等级较低的钢筋混凝土梁桥，通过长悬臂拓宽、截面转换加固法可大幅提高桥梁承载能力，且经济性好。西门桥的改造既完好保护了原有桥梁的历史文化，又满足了改造后整体风貌和功能提升要求，为中小跨径桥梁保护与拓宽提供了成功范例。