钢箱梁在国省道桥梁更新改造建设中的应用

摘 要：钢箱梁较混凝土梁有着截面轻薄，可应用于下部结构完好的桥梁，做桥面板的更新改造；钢箱梁梁高较同跨径混凝土梁高矮20%以上，对河床浅，洪水位高的河道，可以减少桥梁的上部建筑高度，缓解浅河床桥梁桥面设计高程抬高与两岸现状标高不允许抬高的矛盾；钢箱梁可以在工厂预制生产，现场拼装，上、下部结构可以同时平行施工，对缩短工期，减少既有公路交通中断时间有好处；钢箱梁制作工艺可以大量采用工厂智能化、自动化生产技术，有利于产品精度及质量的控制；钢箱梁原材料一般为高强度特种钢材，工厂标准化生产，可以有效提高产品耐久性及使用寿命。

关键字：交通运输、钢箱梁、国省道桥梁、更新改造应用

引 言：现今，我国已经建成全世界最庞大的交通运输网络，成为名副其实的交通大国。在交通运输网络中，公路运输发挥的作用举足轻重。2024年2月29日，国家统计局发布《中华人民共和国2023年国民经济和社会发展统计公报》，显示：2023年，公路货物运输总量403.4亿吨，比上年增长8.7%；公路货物运输周转量73950.2亿吨公里，比上年增6.9%；公路旅客运输总量45.7亿人次，比上年增长28.9%；公路旅客运输周转量3517.6亿人公里，比上年增长46.1%。繁忙的公路运输背后，需要精心的管养，特别是桥梁结构物的健康和安全。

然而，在国省道干线公路上各种重载、超载车辆层出不穷，对公路桥梁造成结构性的损坏，轻则只损害上部梁板，重则危急全桥；有的桥梁跨越城镇行洪河道，周边城镇开发建设挤压河床、地表硬化致使地表径流增大，随着河床淤积抬高，河道上游汇水面积扩大等，雨水季节现有桥下净空断面无法满足洪水宣泄，桥梁成了河道的一大瓶颈，造成城镇内涝灾害……上述两点是造成国省道桥梁需要更新改造的主要原因，国省道桥梁的更新改造一般又分为全盘拆除重建或保留下部结构更新上部结构两种方案，上部结构选用传统混凝土结构？还是选用新型钢箱梁结构？这是值得我们全社会共同关注，深入研究的一门课题。

正 文：岳阳市云溪区S301所经某集镇路段跨撇洪渠桥，现状老桥是1-净16m上承式实腹拱桥，早年因桥梁维修加固曾对主拱圈下方增加套拱一圈。近年来，随着上游园区开发建设，造成水土流失淤塞河道，园区施工建设，对上游水系进行了改变，使得上游水系都汇流经过该桥，导致老桥净空断面已经完全无法满足过流要求，每逢雨季，河水淹没桥面引起集镇街道内涝。由此带来了交通中断、危害交通运输安全等隐患，影响社会生活秩序，亟待改善。

面对上述案例，笔者进行了深入地现场调查研究。首先找出了行洪断面不足的原因：1）桥梁本身净空16m，小于河道宽度25m，压缩占用了河道；2）桥面本身设计标高偏低，且使用了上承式实腹式拱桥结构，且主拱圈底部经过了二次套拱，拱上构造严重占用了河道净空，桥下成了河道水流宣泄的瓶颈；3）河床淤积，抬高了河床断面，占用了河道行洪断面。因此提出，本桥梁更新改造方案为拆除老桥，重建新桥。由于河道较浅，不是V型沟谷，故不能继续沿用老桥的拱形结构。为有效增加桥下过流断面净空，桥梁跨径宜与河床同宽，不得挤占河道宽度，同时为增加过流断面，新建桥梁上部结构宜采用梁板结构，宜一跨过河，若不得已采用两孔，宜尽可能减小桥墩墩身尺寸。

本桥梁位于集镇街道，桥位处两头紧邻店铺，道路（桥面设计标高）无法加高，河床可以清淤但下挖加深幅度不大，桥梁更新改造的方案就只有在跨径和梁板结构上做优化了。我们提出了1孔25m预制小箱梁、2孔12m现浇钢筋混凝土连续梁、2孔12m连续钢箱梁的研究比较。按照桥位处设计洪水位高33.5的要求，比较了三个方案桥面设计标高，情况如下：

桥梁北岸道路标高33.7，桥梁南岸道路标高34.0，道路两侧为临街商铺，桥面的抬高将导致桥头接线延长。当采用1-25m小箱梁时，北岸路面需要抬高1.9m，按照5%桥头引道纵坡，需要接线38米，接线路面抬高过多首先会阻碍住户的出入，其次路面雨水会流入住户家中，是不可取的。因此，在满足设计洪水位的情况下，尽可能的降低桥面设计标高是本次设计的重中之重。故，我们选取了2-12m连续钢箱梁方案作为更新改造方案。河道中央设置2根直径900mm立柱对水流阻碍作用较小，但减少了梁板跨径对降低梁高的影响却很大；桥墩立柱顶部无盖梁设计，有效避免了宽大盖梁对水流的阻碍，同时也增加了桥梁的美感。推荐方案2-12m连续钢箱梁桥型及钢箱梁标准横断面布置如下：

本项目施工总历时90天，其中拆桥及施工准备15天，下部结构施工45天，钢箱梁现场拼装、架设15天，桥面系施工及工程扫尾15天。整个建桥的经过对集镇居民生产生活的影响较小，S301公路的交通运输的中断，车辆绕行3个月，未产生严重交通拥堵事故，迅速的恢复交通，证明了本次采用钢箱梁方案进行桥梁更新改造是成功的。

本次岳阳市云溪区S301某集镇路段撇洪渠桥梁的更新改造，成功证明了薄壁钢箱梁桥在国省道干线公路桥梁更新改造的应用价值，笔者认为有如下几个方面的意义供大家借鉴和推广。

一、钢箱梁桥梁施工工期短，可快速恢复公路交通运输

钢箱梁构件是在工厂预制，现场拼装，现场吊装。钢箱梁的施工在工厂生产，避免了现场需要专门建设梁板预制场地或者搭设现浇支架的作业，节约了施工准备时间；钢箱梁的制作可以同下部结构平行施工，因为其一个在现场，一个在工厂，在相同的时间内，二者同步施工可有效节约工期。对国省道桥梁更新改造而言，占路施工或者封路绕行，时间比什么都重要，因此，钢箱梁的应用可以有效缩短建设工期，快速恢复交通通行。

二、钢梁重量轻，可减轻对下部构造的负担

钢箱梁较混凝土梁板，尺寸轻薄，重量轻。对于有的桥梁下部结构几近完好，仅上部梁板不堪重负，病害严重的，应用钢箱梁进行上部结构的更新改造不失为一种良策。利用现有下部结构，能有效简化施工，节约投资。对于地质条件较差的路段，钢箱梁的轻巧，降低了对下部结构的要求，对基础工程量可以减少20%左右。要构件资源节约型社会，节约就是效益，节约也是对环境的有效保护。

三、钢箱梁梁体较混凝土梁矮20%左右，可有效增加桥下净空

对于有的跨河桥梁，桥梁原设计洪水位偏低，或河道洪水流量因上游环境的改变，洪峰流量急剧增大，导致桥孔不能满足河道洪水宣泄。若一味采用抬高桥面设计高程，这样会与现状城镇规划高程、现状两岸标高不能抬高的现实情况相矛盾，那么尽可能的降低上部结构建筑高度，增大桥下净空，成了唯一选择，这时候薄壁钢箱梁的应用就是最佳选择。

对于两路相交的跨线桥梁，下方道路升级或通行超高车辆、设备，原设计净空不够，上部道路又不允许大幅提高的情况下也同为一个不错选择。

四、钢箱梁结构工厂自动化生产，精度更高、质量更优

钢箱梁属于装配式建筑结构工程，与当下国家大力推广绿色装配式建筑、装配式构件的政策相一致。钢箱梁结构尺寸加工一般都由工厂生产，专业的加工设备，自动化生产线，各环节依托智能化控制，精度更高；钢箱梁构件检测、探伤均采用电脑控制，机器人自动检测，其可靠度更有保障，质量更优。

五、钢箱梁选材标准高，耐久性好，结构使用寿命长

钢箱梁原材料一般为高强度特种钢材，工厂标准化生产，可以有效提高产品耐久性及使用寿命。使用过程中其抗弯、抗裂能力，抗疲劳性能都要优于混凝土梁体，结构使用当然寿命更长，全寿命周期成本也最省。

结束语：公路运输是交通运输的核心，国省道则是核心中的根基，是最密切联系和服务群众的纽带。国省道桥梁的更新改造，关乎成本、关乎技术、关乎长期的安全运营使用和短期的交通中断，是一门值得深入探讨的学问，需要我们广大工程技术人员进一步从实际出发，以全寿命周期为目标因地施策，综合考虑。

参考文献：（1）贾高炯，《钢箱梁桥设计/钢结构桥梁建设丛书》，人民交通出版社9787114132742；

（2）交通运输部，《公路钢结构桥梁设计规范》，JTG D64—2015；

（3）邵旭东，《桥梁设计百问（第三版）》，人民交通出版社9787114136467。