大型公路钢桁梁桥的精细化改造

重庆市牛角沱嘉陵江大桥于1966年建成通车，是重庆市主城区第一座跨江大桥，为（68＋80＋88＋80＋68）m五跨钢桁梁桥，其中1、3、5跨为挂孔，钢桁梁均采用全铆接结构，于2009年被评定为市级文物保护单位。该桥在50余年运营中，其钢结构锈蚀严重，部分杆件变形大，原有混凝土桥面板存在大量裂缝和破损情况，基础处河床覆盖层冲刷严重，需进行维修整治。

图1 全桥总体布置图

基于对于“文物桥梁”牛角沱大桥“修旧如旧”的维修原则，以及给老旧桥梁减重延长寿命的原则，大修中对混凝土桥面板和桥面系全部予以拆除，并更换为正交异性钢桥面板，栏杆、路灯、桥头堡等附属设施与原桥建成时外观一致；对锈蚀杆件和有缺陷的铆钉进行更换和补强；对钢桁梁进行喷砂除锈及防腐涂装；对基础采用小型双壁钢围堰内灌注混凝土整体作为永久结构，进行防冲刷处置。该桥维修整治后恢复到了1966年通车时的外貌。

关键施工工艺

本次大修主要针对牛角沱大桥的基础、上/下部结构、桥面系和附属设施，维修内容基本涵盖整座桥梁，其中涉及到桥面板更换、钢桁梁防腐涂装、钢构件更换补强、混凝土结构裂缝封闭整治、基础防冲刷处治等诸多工序。按照施工难度划分，此次大修的难点和特点主要集中在桥面板更换、铆钉更换、基础防冲刷这几个方面。

正交异性钢桥面板安装

牛角沱大桥作为城市桥梁，处于市中心地段，维修施工交通压力大、工期紧，对于如何高质高效实现桥面板更换是一个难题。其施工的关键点主要包括：

（1）满铺吊架平台搭设。此方法提高了公路桥面板更新改造过程施工的安全性及效率，降低了施工成本，同时为桥下通航安全提供一定保障。

（2）混凝土桥面板拆除。事先确定原混凝土桥面板的每延米重量，根据原有桥梁荷载等级，选择适合的吊装方式；同时确定混凝土桥面板分块大小及吊点位置，确保每块桥面板的吊装安全，且不影响原有结构受力。

（3）钢桥面板架设。第一半幅根据既有桥梁钢桁梁的空间、结构承载能力,通过专用架板机来满足钢桥面板起吊、喂梁的需求,实现了钢桥面板的架设。第二半幅则采用汽车吊进行桥面板吊装,将横桥向相邻两块桥面板的纵缝连接后,即可架设后续桥面板,大大加快了架设速率。

图2 钢桥面板架设

（4）钢桥面板安装控制。由于在半幅通车情况下施工，车辆荷载、施工误差以及温度等多方面原因，会导致结构尺寸存在差异，因此钢桥面板安装过程中采用支座高程控制和温度影响下钢桥面板纵向位移控制，实现新制钢桥面板与既有钢桁梁结构之间精准匹配。

图3 钢桥面板位置精调

（5）支座安装控制。通过先安装低矮抗压球形支座及纵向限位装置,控制安装时的钢桥面板纵向位移,并在钢桥面板伸缩装置及沥青铺装完成后放上抗拉拔装置,防止桥面板竖向反弹,以达到精确控制桥面板安装的设计要求。

通过上述快速更换方式，牛角沱大桥桥面封闭施工比计划提前37天完工。

铆钉更换

牛角沱大桥的桥身采用了铆钉，成为其标志性结构之一。这种结构在现代桥梁建设中已很少应用。此次大修对大桥缺失及烂头的铆钉进行补充和替换，对施工工艺提出了较高要求。在旧铆钉拆解过程中，为保护原有结构，不损伤原有材料，施工方采用碳弧气刨技术对原有铆钉钉头进行刨除，然后用铁锤或配合磁力钻取芯后将钉杆冲出，完成原有旧铆钉的拆除。待桥梁加固或维修后，采用全固态电磁感应加热炉将新制铆钉加热到指定温度，利用铆钉枪和顶把将新制铆钉打入钉孔中，完成新制铆钉的铆接施工，最大限度按照原貌对老桥进行更新改造，达到了文物保护的目的。

图4 铆钉更换

基础防冲刷的处治

牛角沱大桥2#、3#墩基础因建设年限久远，河床有明显冲刷，已接近或达到基岩，本次防冲刷处治采用增设小型双壁钢围堰内浇水下混凝土形式，对基础进行防护。其施工重点在于围堰的合龙及封底混凝土浇筑。围堰顺利合龙并焊接成形，才能形成一个半封闭整体，发挥其围蔽桥墩的作用，为下一步的混凝土浇筑提供必要的前提条件。混凝土浇筑质量是控制此次防冲刷施工的保障，浇筑质量的好与坏，最终关系到冲刷防治的使用寿命。施工前对河床进行清理和摸底，确保达到设计标高。围堰制作过程中加强对材料的检验，除对围堰自身钢材进行检验外，还应对导向支撑、吊架型材、吊装涉及的钢丝绳等均进行仔细检查核对，同时加强焊接质量的检查，确保施工质量与安全。围堰合龙过程中，密切注意围堰中线与墩位中线重合，通过限位块确定围堰是否到位；围堰下放后，吊装浇筑用导管并搭设水上吊装作业平台，同时抛填钢丝笼块石，严格检查块石集配是否满足设计要求。水下混凝土浇筑期间，注意检查浇筑标高，控制浇筑速度，并核对混凝土灌入量，确保水下混凝土填充整个钢围堰。

城市桥梁加固改造的必要措施

城市桥梁施工受到自然条件、材料、机械设备、人为等诸多因素影响，如何做好城市桥梁加固改造工作是一项需要研究的新课题。结合本次牛角沱嘉陵江大桥大修的经历，本文对未来类似项目的建设管理提出一些具体的建议。

设计工作细致扎实

在施工图设计阶段，应要求设计单位充分进行现场踏勘，应结合实际情况加以设计，方案考虑尽量周全细致，不能纸上谈兵。针对可能影响工期的环节，因尽量选择成熟、可靠、便于施工的材料，避免或减少后续施工因设计不合理而产生的变更。同时加强针对性设计和研究，如桥梁具有文物属性，在设计阶段应按原材料、原外貌、原结构恢复的构件列出详细的要求，明确材料及工艺等技术指标，不留到施工过程中再去解决，为后期顺利施工打下坚实基础。

施工前期准备充分

城市桥梁大修施工面临交通、社会舆论、工期等诸多压力，一旦项目开工，只能一鼓作气加紧施工。因此，在项目实施前应做好周边状况的调查，如涉及项目实施范围内有城市轨道交通、航道、燃气、军缆线等交叉因素，应提前进行梳理排查、摸清情况，并及早办理相应手续。针对一些办理流程复杂、需要经过多次论证或评审的手续，应当提早进行规划，留足充裕的时间，避免因手续不全导致停工等情况发生。

图5 施工作业

通车状况下的施工管理

城市桥梁大修施工因市区交通条件的制约，很难做到全封闭施工，因此如何做好通车状况下的半封闭施工的现场管理，是影响项目能否正常推进的关键因素。在施工前应对周边交通状况进行充分调查，摸清桥梁日常通行的车流量、车型等情况。综合预估和考虑车辆通行荷载对施工质量影响、半幅通车荷载平衡、预留车道宽度等实际情况，做好施工区域隔离工作。同时联系交通管理部门，制定并实施半封闭施工状态下的过桥车型和车辆限速工作。

强化安全管理工作

项目实施过程中，施工单位的安全教育资料、培训档案等一应俱全，但是在现场常会发现工人存在违规作业行为。其原因在于工人只是被动接受相关的知识，并未真正树立自身安全和规范操作意识。在今后的项目施工中，建设单位可以联合施工单位一同加强对工人的教育培训，在施工现场张贴一些通俗易懂、风趣幽默的宣传标语，加深现场工人的印象，在潜移默化中使其树立起安全意识和责任心，减少发生安全事故的风险。

必要的技术支撑

一般情况下，城市桥梁的维修改造不会去调整其原有结构形式，故在实际施工中存在新老技术共用的情况。特别是具有文物属性的桥梁，其设施外观、性能、工艺都应按建桥时期进行复原。因此有必要建立一支强大的专家咨询团队，在应用老的技术及工艺方面进行指导，尽量还原建桥时的风貌。同时也可邀请文物管理部门参与到项目建设中，加强技术和行政支持力度，有效地做好旧桥的维修改造工作。

保护既有管线设施

随着服役年限的不断增长以及车流量的增加，国内首批大型公路钢桁梁桥陆续进入维修周期。城市桥梁是城市交通的重要枢纽和经济命脉，如何快速安全地对城市旧有桥梁进行加固改造，尽量减少对社会的影响，是今后我们将要面对的重要研究课题。此次牛角沱嘉陵江大桥大修运用的相关工艺，也可在今后进行推广运用，为城市桥梁的建设提供参考。