高速公路改扩建工程桥梁改造方案探究.pdf

FUJIANJIAOTONGKEJI福建交通科技圆园23 年第 5 期高速公路是中国社会经济发展的必然产物袁中国第一批高速公路大部分分布在国内较发达地区遥随着迅猛发展袁早期建设的高速公路承载能力日益饱和袁服务水平明显下降遥 高速公路改扩建工程是在充分考虑资源环境约束力和承载力的前提下袁通过集约利用运输通道尧土地资源和路产资源袁以优化交通结构尧提高运输能力尧提升服务质量为目的的公路建设形式1遥 高速公路的差异性大袁而目前高速公路改扩建的工程实践还相对较少袁因此改扩建过程中存在着较多重大技术问题亟待解决遥 桥梁改造设计方案是整个项目的控制性因素袁对工程建设的影响较大遥 通过沪渝高速公路汉宜段改扩建前期工作的研究成果袁对高速公路改扩建工程既有桥梁技术状况评价和设计方案综合评价问题进行探讨袁以期为设计同仁提供参考遥1工程概况项目起点位于武汉市蔡甸区与京港澳高速交叉武汉西枢纽互通袁途经武汉市尧汉川市尧仙桃市尧潜江市尧荆州市尧宜昌市袁论证终点位于与鸦猇高速公路交叉高家店枢纽互通遥 路线总长约 265.6 km袁高速公路现状设计速度分路段为 120尧100尧60 km/h袁路基有 28.0尧24.5尧24.0 m 等多种宽度遥 双向四车道通行袁改扩建完成后袁将达到路基宽度 42.0 m袁设计速度 120 km/h袁双向八车道技术标准遥改扩建工程现状主线共设置桥梁 598 座袁其中4198 m/12 座袁中桥 2231 m/44座袁小桥 2840 m/180 座袁通道桥 362 座遥桥梁年检显示袁全线 1 类桥梁 149 座袁占比 24.9%袁2 类桥梁 449 座袁占比 75.1%遥 本项目的特点是桥涵数量众多袁现状桥涵以中小桥/通道为主遥 改扩建设计将进行专项桥梁检测袁科学的检测评定方式和改造建设方案综合评价对建设方案的影响巨大遥2既有桥涵技术状况评价既有桥涵技术状况评定主要依据是叶公路桥涵养护规范曳渊JTG H11-2004冤和叶公路桥梁技术状况评定标准曳渊JTG TH21-2011冤袁采用分层综合评定法对桥梁主体构件进行分项评定后袁对桥梁总体技术状况进行评定分级遥构件技术状况评分计算如式渊1冤所示遥MCIl=100-kx=1移Ux渊1冤式渊1冤中院MCIl为构件渊上构尧下构尧桥面系冤第类构件构件的得分袁值域为 0耀100 分曰k 为第类部件构件出现扣分的指标的种类数曰U尧x 为引入的变量遥叶公路桥梁技术状况评定标准曳渊下称 叶评定标准曳冤是为桥梁养护决策提供依据袁与改扩建工程的侧重点不同袁适用标准需要进一步探讨和优化遥 渊1冤既有桥梁检测和评价是桥梁改扩建设计的基础遥 改扩建工程与桥梁日常养护各有侧重袁叶评定标准曳将高速公路改扩建工程桥梁改造方案探究姻 尹栋佳1游德泉2周国华1（1.湖北省交通规划设计院股份有限公司，武汉430051；2.福建省交通科研院有限公司，福州350005）摘要早期建成的高速公路进入改扩建需求高峰期后袁 桥涵改扩建方案对改扩建建设总体影响较大袁 需要在前期深入研究遥 以沪渝高速公路汉宜段改扩建工程前期工作为研究背景袁分析叶公路桥梁技术状况评定标准曳与改扩建工程实际建设中侧重点的不同袁提出改扩建工程桥梁评价的改进措施袁通过模糊理论建立以桥梁既有状态渊安全性冤尧方案造价渊经济性冤尧施工难易程度渊可操作性冤尧对保通影响渊建设协调性冤尧剩余使用寿命渊耐久性冤为评价指标的桥涵改扩建方案综合评价体系并进行实例验证袁可供同类改扩建工程参考遥关键词高速公路改扩建桥梁技术状况评定模糊综合分析中图分类号院U445.6文献标志码院A文章编号院1674-8581渊2023冤05-0056-03桥隧工程56福建交通科技圆园23 年第 5 期结构性病害与非结构性病害进行分层综合评价袁表观病害与结构病害对评分有同等影响曰而改扩建工程更注重桥涵结构能否满足安全运营需求袁满足改扩建后一段时间内的承载能力和正常使用可靠度水平2遥 渊2冤剩余使用寿命是评价桥梁改扩建的重要指标袁是改扩建工程中评定桥梁改造方案的重要方面袁对衡量方案经济性影响较大遥 渊3冤平原区高速公路以中小桥涵为主袁 数量众多但类型相对单一袁病害存在规律性遥 叶评定标准曳针对桥涵单体做出逐个评定袁具有局限性曰而改扩建工程需要对病害进行统计分类袁整理出常见病害及个别病害袁从而分析病害产生的主要原因遥 渊4冤高速公路桥梁养护较多袁部分桥梁进行加固维修袁 对原有病害进行了掩盖袁叶评定标准曳 对于加固维修后的构件评分没有明确规定袁检测评定分数偏高袁导致结果失真遥根据现场专项检测结果和实地勘察情况袁对评定结果提出如下改进措施院渊1冤根据改扩建项目的这一特点袁将病害评价权重分成两类遥 一类是结构性裂缝尧跨中挠度尧结构变位等涉及结构安全的结构性病害袁另一类是蜂窝麻面尧剥落掉角等易修复性的耐久性病害遥 评定时先进行第一类病害技术评价袁以确定结构的安全性能袁当结构评分达到设定的下限值时袁即判定为不宜利用曰渊2冤混凝土碳化和钢筋腐蚀是影响桥梁耐久性和使用寿命的重要因素袁项目提出结合混凝土强度尧碳化深度尧钢筋锈蚀等指标判断结构耐久性袁当结构无明显的结构性病害袁且耐久性良好时袁第二类病害结果才可作为正常养护利用的依据曰渊3冤对桥梁结构病害进行分类汇总袁结合结构验算成果袁分析病害主因遥 桥梁检测结果提供了海量的病害数据袁不同孔跨尧跨径的桥梁因构件数量不同尧 单项病害种类不同等因素袁得出的技术状况评分易出现倒置情况袁如部分桥梁病害较严重袁但因构件较多尧病害类型少等导致得分较高情况遥 为解决这类问题袁将同跨径同类型桥梁病害进行分类整理袁寻找出共性病害和差异性病害袁绘制结构病害分布图袁分析不同部位的病害频次和严重程度遥 建立结构模型验算袁相互印证病害产生因素遥 渊4冤加固维修桥梁病害根据加固构件破坏的危害后果重新定级遥 以项目中 20 m 普通钢筋混凝土 T 梁为例袁大部分采用钢板或碳纤维布对梁腹板和底板进行加固渊图 1冤袁结构耐久性比健康桥梁相差很多遥 技术状况根据现有病害情况进行评定袁不能反映真实的梁体健康程度遥 鉴于此袁将进行过承载能力加固的桥梁状况等级自动递减一级袁以原设计标准进行承载能力检测计算遥 表观病害修复的构件计入原病害情况袁对评定分数进行扣减袁纠正加固桥梁的评定分值偏高的问题遥渊a冤碳布加固渊b冤钢板加固图 120 m 钢筋混凝土 T 梁加固实景3既有桥梁改造方案综合评价体系既有桥梁检测与评价是桥梁改扩建设计的重要基础袁改造方案综合评价体系则是在此基础上更深入的研究袁综合考虑桥梁既有状态尧可行性尧经济性尧耐久性尧施工难度尧环境影响等诸多方面袁难以用确定的数学模型加以量化袁是桥梁改扩建方案的难点之一遥 模糊数学为多因素模糊评价问题提供有力工具袁 通过模糊变换原理和最大隶属度原则袁从而对看来相当复杂的模糊系统进行定量的描述和处理袁形成更加有效和有效率的决策遥以专家调查法和层次分析法为基础袁建立模糊综合评价体系袁力求建立较为全面尧科学尧准确的桥梁改扩建方案3遥桥梁改扩建方案主要分三类院直接利用袁加固利用或拆除重建遥 影响桥梁改扩建方案的因素众多渊图 2冤袁为方便操作袁指导实践袁选取桥梁既有状态渊安全性冤尧方案造价渊经济性冤尧施工难易程度渊可操作性冤尧对保通影响渊建设协调性冤尧剩余使用寿命渊耐久性冤 等 5 项主要因素作为方案优劣的评价指标袁将问题简化为一级模糊综合评价模型遥图 2桥梁改扩建方案综合评价指标57FUJIANJIAOTONGKEJI福建交通科技圆园23 年第 5 期基于一级模糊理论评价指标体系分析步骤如下院渊1冤以选取的方案评价五项主要影响因素建立评价子目标集院U=渊u1袁u2袁噎袁un冤袁即 U=渊安全性袁经济性袁可操作性袁建设协调性袁耐久性冤曰渊2冤由于每个指标的评价值的不同袁往往会形成不同的等级袁根据检测结果及方案优劣分成院好 D1=0.8,1冤尧较好D2=0.6,0.8冤尧一般 D3=0.4,0.6冤尧较差 D4=0.2,0.4冤尧差 D5=0,0.2冤袁共 5 个等级袁对应评价体系计算的分值形成评级集院V=渊v1袁v2袁噎袁vn冤曰渊3冤根据层次分析法建立评价目标权重分配集院wi=渊wi1袁wi2袁噎袁wik冤曰i=1袁2袁噎袁k遥 各评价目标权重分配根据评价体系的侧重点进行分配袁wi=渊0.25袁0.25袁0.2袁0.15袁0.15冤遥 同时引入安全性一票否决制袁即当安全性评价分值低于0.4 分时袁即安全性评定为较差或差等级时袁其余各项评分为 0袁采取拆除重建方案曰渊4冤请数个专家对各指标通过方案研究进行评价袁按照九级标度法对影响因素进行评分遥 各位专家对每个设计方案的 5 项指标独立进行评分袁评分标准为 0.10.9 分 9 个标度袁对应评价集中的 5 个优劣等级及中间判断状态遥 以平均得分作为指标的最终得分袁得到评价模糊矩阵院Ri=r11r12噎r1mr21r22噎r2mrk1rk2噎rkm杉删山山山山山山山山山山煽闪衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫渊2冤渊5冤求得目标综合评价向量院Bi=wi伊RiT曰i=1袁2袁噎,m曰渊6冤根据最大隶属度原则袁采用加权平均方式得到设计方案的综合评价遥4综合评价体系应用实例以东荆河大桥为例袁东荆河大桥全长 730 m袁桥梁上部结构采用 30 m 和 40 m 预应力 T 梁袁下部结构采用柱式桥墩和柱式桥台遥 经桥梁专项检测袁按照叶公路桥梁技术状况评定标准曳渊JTG/TH21-2011冤中的评定方法袁全桥得分 81.43袁评定为二类桥梁遥图 3东荆河大桥现状制定两侧拼宽尧分离拼宽尧拆除重建 3 种建设方案袁邀请 5 位技术专家对桥梁方案的评价子目标集进行打分袁以评分均值作为子项得分遥 以两侧方案的经济性指标为例袁专家评分分别为 0.8尧0.9尧0.8尧0.9尧0.9袁平均得分为 0.86袁即 R12=0.86遥 以此类推袁得到评价模糊矩阵院Ri=0.700.860.760.740.540.840.820.860.640.580.900.380.900.460.90蓘蓡渊3冤式渊3冤中袁每行分别代表 3 个方案袁每列分别代表 1 项评价子目标的平均评分值遥 可知院Bi=wi伊RiT=渊0.25袁0.25袁0.2袁0.15袁0.15冤 窑0.700.840.900.860.820.380.760.860.900.740.640.460.540.580.9杉删山山山山山山山山山山山山煽闪衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫=渊0.734袁0.770袁0.704冤即两侧拼宽尧分离拼宽尧拆除重建的综合评价分值分别为 0.734尧0.770 和 0.704袁由此得知袁第二种方案分离拼宽优于其他两种方案袁确定为设计推荐方案遥 通过模糊理论评价使方案优劣能够定量分析袁从而得到较为科学的评定结论遥5结语渊1冤高速公路改扩建工程远比新建工程复杂袁桥梁改扩建方案是工程建设重要的控制因素袁应重视顶层设计遥 渊2冤既有桥梁技术状况评价和以指导养护为目的的规范之间的目标存在较大的差异袁现有桥涵技术状况评定标准需要在实践中给予修正遥渊3冤改造方案的综合评价体系受到多因素影响袁定性分析往往不能正确决策袁基于模糊数学的定量分析方法提供了研究方向遥参考文献1姚宇袁周兴顺.平原微丘区高速公路改扩建工程勘察设计关键技术M.南京院海河大学出版社袁2020.2张国辉袁宋桂锋袁杨建成袁等.改扩建高速公路利用既有公路构造物技术指南M.北京院人民交通出版社袁2020.3李冠峰袁梁爱琴袁周杰袁等.高速公路交通安全状况评价指标体系构件及模糊综合评价J.河南科学袁2009袁27渊9冤院1143-1147.桥隧工程58