汶川地震災(zāi)后恢復(fù)重建蘆山縣舊橋利用研究

文繼濤，潘可明，劉 波

（1.自貢市城市規(guī)劃設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，四川 自貢 643000；2.北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，北京市 100082；3.重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶市 400074）

汶川地震災(zāi)后恢復(fù)重建蘆山縣舊橋利用研究

文繼濤1，潘可明2，劉 波3

（1.自貢市城市規(guī)劃設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，四川 自貢 643000；2.北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，北京市 100082；3.重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶市 400074）

隨著我國交通和城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，橋梁數(shù)量快速增長，其中許多橋梁在通行能力、結(jié)構(gòu)承載能力、耐久性等方面均不能適應(yīng)現(xiàn)代交通和城市發(fā)展的需要，利用舊橋拓寬和加固將成為我國橋梁行業(yè)未來的重要任務(wù)之一，但舊橋利用受安全、經(jīng)濟、施工及社會多方面因素影響，特別是震后橋梁的恢復(fù)利用更是社會的關(guān)注熱點。以雅安市西門橋和北門橋為實例，對舊橋利用的可行性、合理性和經(jīng)濟性進行了專題研究，研究以全面掌握現(xiàn)狀舊橋工作性能和計算全壽命周期成本，綜合安全、經(jīng)濟、后期養(yǎng)護及社會效益多方面比較的技術(shù)路線，得出拆除重建的方案，推翻了可行性研究階段確定的加固利用方案。通過研究使兩座橋梁建成后在震后恢復(fù)重建中發(fā)揮了巨大的社會和經(jīng)濟效益，避免了安全和質(zhì)量事故的發(fā)生，對類似工程有一定借鑒價值。

災(zāi)后恢復(fù)重建；舊橋利用；加固；全壽命周期成本

0　引言

隨著我國交通和城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，橋梁數(shù)量快速增長，截至2014年已建成各類橋梁70余萬座，其中許多橋梁在通行能力、結(jié)構(gòu)承載能力、耐久性等方面均不能適應(yīng)現(xiàn)代交通和城市發(fā)展的需要，利用舊橋拓寬和加固將成為我國橋梁行業(yè)未來的主要任務(wù)之一，但舊橋利用受安全、經(jīng)濟、施工及社會多方面因素影響，與新建橋梁的方案比選需要綜合多方面的因素，特別是震后橋梁的恢復(fù)利用更是社會的關(guān)注熱點，需要以全視野、高角度的立場綜合考慮。

受“5·12汶川特大地震”影響，雅安市蘆山縣成為重災(zāi)縣，為保障當(dāng)?shù)貫?zāi)后重建工作有序有效開展，盡快恢復(fù)災(zāi)區(qū)群眾正常的生產(chǎn)生活秩序，促進全縣經(jīng)濟社會在盡快恢復(fù)到災(zāi)前水平的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)科學(xué)健康、持續(xù)快速的發(fā)展，世界銀行緊急優(yōu)惠貸款蘆山縣用于城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施恢復(fù)重建，縣城內(nèi)的西門橋及北門橋處于城市核心區(qū)和交通咽喉節(jié)點，成為恢復(fù)重建工作的控制性工程，項目建設(shè)過程中再次發(fā)生了“4·20蘆山大地震”，蘆山縣再次成為極重災(zāi)區(qū)，對橋梁設(shè)計提出了更新和更高的要求，為此對既有西門橋及北門橋的加固利用和拆除重建的方案比選進行了專題研究，下面簡單介紹怎樣通過合理的技術(shù)路線來有效解決該問題，并得到了一些有益的結(jié)論。

1　工程概況及現(xiàn)狀橋梁病害

蘆山西門橋位于縣城西側(cè)，跨越西川河，是連接思延鄉(xiāng)和西江村的唯一通道，橋址位于河谷陡峭地段，屬河流侵蝕-堆積地貌，河床縱坡比降較大，呈對稱U形，常年水面寬約30 m，河床微彎，凹岸為大橋左岸，與南興街相接，岸坡坡面直立，高差20.19 m，為侵蝕岸；右岸與西江村相接，岸坡坡面直立，高差18.60 m，為堆積岸。橋基地層主要為第四系全新統(tǒng)人工堆積層，下伏基巖為第三系名山組+蘆山組砂質(zhì)泥巖。橋梁建設(shè)區(qū)地震基本烈度為7度，設(shè)計地震加速度0.15 g，設(shè)計地震分組第二組，地震動反應(yīng)譜特征周期0.40 s。西門橋于1978年建成通車，設(shè)計荷載：汽車-15級，拖—60級。橋面寬8.5 m，主孔主拱圈采用一孔凈跨徑32 m、矢跨比為1/4的等截面懸鏈線石砌板拱，主拱圈厚0.8 m，寬7.4 m；腹拱圈采用4跨凈跨徑3.5 m，凈矢高0.875 m，矢跨比為1/4圓弧的石砌板拱；引孔主拱圈厚0.45 m，寬7.4 m；凈跨徑8.0 m，凈矢高2.0 m，如圖1所示。主拱圈石料采用10#砂漿砌80#粗料石；拱上腹拱石料采用7.5#砂漿砌40#塊石。下部結(jié)構(gòu)采用重力式墩臺，擴大基礎(chǔ)。

西門橋存在的主要病害有：主跨拱圈腹部水漬、泛白、滲水、灰縫脫落，破損風(fēng)化嚴(yán)重，橋墩前墻石料風(fēng)化嚴(yán)重，在前墻上下游側(cè)滲水和水漬，2#橋墩基礎(chǔ)沖刷嚴(yán)重，欄桿變形且普遍風(fēng)化嚴(yán)重，橋面鋪裝多處網(wǎng)裂凹陷，局部出現(xiàn)嚴(yán)重坑槽和積水（見圖2、圖3）。

圖1　西門橋橋型示意（單位：m）

圖2　西門橋立面照

圖3　西門橋平面照

蘆山北門橋位于縣城北側(cè)飛寶路，跨越清源河，是S210上的重要交通節(jié)點，橋址位于河谷陡峭地段，屬河流侵蝕-堆積地貌，河床縱坡比降較大，呈不對稱U形，常年水面寬約35 m，河床微彎。橋基地層主要為第四系全新統(tǒng)人工堆積層，下伏基巖為第三系名山組+蘆山組砂質(zhì)泥巖。該橋于1991年11月建成通車，于2000年10月進行加固改造，并投入使用至今。設(shè)計荷載：汽車-20級，掛車-100級。橋面寬10.5 m，主孔為凈跨55.0 m、梁長60.2 m的雙斜腿剛架橋，引孔（蘆山岸）為（18.4+20.8+18.4）m的三孔連續(xù)梁橋，墩身為柱式，兩橋頭臺身分別為U形和C形，除蘆山岸臺為石砌圬工，其余均為混凝土或鋼筋混凝土（見圖4）。

圖4　北門橋橋型示意（單位：m）

北門橋的主要病害有：主梁出現(xiàn)部分豎向全截面裂縫和多處斜向裂縫、局部鋼筋外露銹蝕，混凝土破損，局部鉸縫脫落、車道板局部破損，縱梁蜂窩、麻面嚴(yán)重；人行道板水漬、泛白；挑梁破損，橋臺前墻風(fēng)化嚴(yán)重、滲水；側(cè)墻、前墻灰縫脫落。部分支座墊塊破裂，鋼墊板銹蝕嚴(yán)重，支座老化、破裂、滲水，橋面鋪裝多處出現(xiàn)橫向和縱向裂縫、坑槽、網(wǎng)裂；欄桿立柱局部掉落、露筋銹蝕，伸縮縫部分缺失或破損，人行道橫向開裂破損，燈柱銹蝕嚴(yán)重等（見圖5、圖6）。

圖5　北門橋立面照

圖6　北門橋平面照

除上述存在的問題外，設(shè)計、施工、維護管養(yǎng)資料缺失和橋梁兩端連接線建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)過低，不能適應(yīng)城市規(guī)劃發(fā)展的需要也是舊橋利用的難題。

2　舊橋利用研究

2009年5月的檢測報告對西門橋和北門橋梁評定為四類橋梁，可行性研究采用了加固利用的方案并通過了審批，2011年11月，初步設(shè)計階段踏勘現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)現(xiàn)況橋梁重載過橋引起的振動較大；橋梁兩頭接線很差，無法滿足新線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；橋梁未有有效的維護和修理，施工質(zhì)量也較差，橋梁狀況不良、自身病害較多，再進一步與甲方對接后無法收集到完整的設(shè)計圖紙、竣工資料、基底地質(zhì)、基礎(chǔ)深度等舊橋資料，基于上述情況，需要進行專題研究并重新檢測評估。

2.1技術(shù)路線

以蘆山縣西門橋和北門橋為依托，全方面地評估舊橋利用，解決實際工程問題。按照“既有橋梁病害調(diào)查、分析，重新檢測再評估—相關(guān)技術(shù)調(diào)研，采用全壽命周期成本法分析—方案綜合對比”的技術(shù)路線開展研究，在調(diào)查收集相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，著重從舊橋利用的安全、經(jīng)濟、后期養(yǎng)護和社會影響等方面對既有橋梁利用的可行性和合理性進行補充和有效決策方案提供依據(jù)（見圖7）。

圖7　技術(shù)路線圖

2.2舊橋工作性能再評估

2009年的檢測報告雖然評定為四類橋，可以加固利用，但基于現(xiàn)場調(diào)研發(fā)生的諸多病害和剛度不足的問題有必要重新鑒定，2012年2月原檢測單位重新鑒定后評定為五類橋，分析主要原因如下：

（1）前后檢測時間不同，由于橋梁的損害是一個非線性的加速過程，若在沒有進行任何加固維修的狀況下繼續(xù)工作，將造成自身病害加速損傷并可能出現(xiàn)新的病害。前后兩次檢測時間相隔三年，其間橋梁在原有病害嚴(yán)重且沒有加固維修的情況下滿負(fù)荷運營。舊橋變形和裂縫發(fā)展達(dá)到了《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21—2011）的五類橋梁標(biāo)準(zhǔn)。北門橋原有斜腿裂縫加速發(fā)展，在斜腿根部上游側(cè)縱梁形成了豎向貫穿裂縫，西門橋主拱圈變形下?lián)现颠_(dá)35 mm。

（2）前后檢測時交通量的不同，第一次檢測是在2009年，由于汶川地震使得當(dāng)?shù)厥転?zāi)嚴(yán)重，經(jīng)濟正處于恢復(fù)中，交通運行量較小。第二次檢測是在2012年，地震造成的經(jīng)濟損失已得到完全恢復(fù)并得到了進一步發(fā)展，造成橋梁的交通量激增，并有比較普遍的超載現(xiàn)象。

（3）橋梁前后兩次檢測所采用的技術(shù)判定標(biāo)準(zhǔn)不同，2009年采用了《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG TH21—2004），2012年檢測時采用的是《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG TH21—2011）。新的技術(shù)判定標(biāo)準(zhǔn)按不同橋型進行橋梁評定分類，并細(xì)化不同橋型部件分類；根據(jù)不同橋型的部件類型制定評定細(xì)則，將評定指標(biāo)進行了細(xì)分并提出了量化標(biāo)準(zhǔn)，提出了5類橋梁技術(shù)狀況單項控制指標(biāo)；改進了橋梁技術(shù)狀況評定模型。

通過重新檢測再評估得到了現(xiàn)狀橋梁的真實工作性能，相比可行性研究階段橋梁的健康狀況已惡化嚴(yán)重，加固利用的條件更差，工程風(fēng)險也遠(yuǎn)超可行性研究階段。

2.3全壽命周期成本分析

橋梁的“全壽命周期”要經(jīng)歷三個階段：施工期、服役期和老化期。橋梁全周期成本就是在所確定的生命周期內(nèi)建立和保持橋梁結(jié)構(gòu)的使用功能所需耗費的一切費用的綜合。為了保證對比分析的可比性、計算準(zhǔn)確性，本著簡潔實用的原則，本文研究提出假設(shè)：在生命周期內(nèi)，加固后的橋梁不再對其進行大規(guī)模的大修加固，只進行日常維護、小修和中修工作；新建橋梁結(jié)構(gòu)也不再對其進行大修加固，只是日常維護、小修和中修。

2.3.1全壽命周期成本分析組成

橋梁全壽命周期成本應(yīng)包括所確定的壽命周期內(nèi)所有直接耗費的費用和由此引起的經(jīng)濟損失，主要費用如下：

（1）工程建設(shè)初始費用C1，包括人工費、設(shè)備和機具購置費或使用費、材料費、管理費、各種施工增加費以及其他相關(guān)費等。

（2）橋梁新建或加固施工期內(nèi)因阻塞或中斷交通所導(dǎo)致經(jīng)濟損失的費用C2。新建或加固施工過程中一般會采取交通管制，當(dāng)限制或中斷交通時，會因橋梁通行能力降低使得交通擁阻，引起車速減緩或繞道行駛，造成橋梁使用者出行時間及出行距離的增加，將產(chǎn)生用戶經(jīng)濟損失。

（3）橋梁生命周期內(nèi)所需進行的常規(guī)檢查和養(yǎng)護的費用C3。新建或加固的橋梁都需要日常檢查和養(yǎng)護。所涉及費用包括人工費、局部修理等所消耗的材料費和機具費等。

2.3.2經(jīng)濟性對比分析

在確定新建橋梁和加固工程的全壽命周期成本的基礎(chǔ)上，就可以進行經(jīng)濟性評價。由于新橋和加固橋梁的全壽命周期不同，折算為年值成本評價較為合理，故可采用以下兩種經(jīng)濟評價指標(biāo)。

年值成本差A(yù)CD：

年值成本比ACR：

式中：Cx為新建橋梁生命周期成本；Cy為橋梁加固工程生命周期成本；i為社會折現(xiàn)率；nx為新建橋梁生命周期；ny為加固橋梁生命周期。

若計算結(jié)果［ACD］＞0或［ACR］＞1，則說明橋梁加固是經(jīng)濟合理的；若［ACD］≤0或［ACR］≤1，則說明新建橋梁是經(jīng)濟合理的。

本工程拆除重建與加固利用工程建設(shè)初始成本差異不大，拆除重建初始建設(shè)費用約1 390.1萬元，加固利用1 304.03萬元，僅多增加50萬元造價，約高6.6%。新建橋梁設(shè)計基準(zhǔn)期為100 a，按照目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計，同時設(shè)計預(yù)留適當(dāng)?shù)陌踩珒ε?，施工期中斷交?0個月，直接經(jīng)濟損失50萬元，間接經(jīng)濟損失30萬元，年養(yǎng)護費用0.2萬元，運營期間預(yù)計中修 3次，費用為5+10+15=30萬元。采用加固方案，正常使用期約為30 a，在加固期間中斷交通預(yù)設(shè)6個月，直接經(jīng)濟損失30萬元，間接經(jīng)濟損失20萬元，加固后年養(yǎng)護費用 1.5萬元，在運營期間預(yù)計中修 3次，費用為7+12+18=37萬元。拆除重建和加固方案的社會折現(xiàn)率取值8%。費用對比見表1。

表1　費用對比表

年值成本差

年值成本比

通過對加固方案和拆除重建方案的年值成本差和年值成本比比較發(fā)現(xiàn)拆除重建在全壽命周期成本方面較優(yōu)。

2.4綜合對比

2.4.1安全性

可行性研究報告基于2009年的檢測報告評定為四類橋提出加固維修的方案，初步設(shè)計階段基于2012年檢測報告評定為五類橋提出拆除重建的建議。根據(jù)橋梁現(xiàn)有工作性能對其拆除重建相對于加固維修在安全成本方面更為可行。因為拆除重建是在新橋的設(shè)計階段可以滿足現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的情況下，考慮蘆山縣城市規(guī)劃和經(jīng)濟發(fā)展需要適當(dāng)?shù)脑黾影踩珒洹?/p>

加固施工方案中需要在河道搭設(shè)高支架施工，施工難度大、周期長、技術(shù)較為復(fù)雜，使得施工中安全隱患較多，施工中安全監(jiān)管成本高。新建橋梁在施工中具有施工簡便、技術(shù)成熟簡潔、工期短等優(yōu)勢，施工中安全隱患易于監(jiān)控和管理，安全監(jiān)管成本相對加固而言更低。

2.4.2經(jīng)濟性

經(jīng)過調(diào)查分析比較后發(fā)現(xiàn)，對舊橋進行加固和拆除重建成本相差在6%左右，同時加固后橋梁使用期為30 a，重建后橋梁正常使用期為100 a。全壽命周期成本新建低于加固，經(jīng)濟性上更為切實可行。

2.4.3后期養(yǎng)護

對新建橋梁和加固后橋梁的后期養(yǎng)護而言，新建橋梁在后期養(yǎng)護運營上更有優(yōu)勢。加固橋梁對后期養(yǎng)護技術(shù)要求更為復(fù)雜，需要在維護成本和人力資源上投入更多。

2.4.4社會效益

新建橋梁可以更多考慮蘆山縣未來的城市規(guī)劃和交通路網(wǎng)的升級，提高橋梁交通通行能力和安全儲備。從而使城市功能更加完善，交通更加流暢和安全，群眾生活環(huán)境得到更大改善，并將促進縣經(jīng)濟社會的發(fā)展，加強縣城與周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)系，加快蘆山縣城與周邊縣城的經(jīng)濟交流，加快縣城災(zāi)后重建的步伐，提高抵御自然災(zāi)害的能力。

3　設(shè)計研究結(jié)論

（1）對蘆山舊橋利用進行了專題研究，專題研究基于工程實際，從安全、全壽命周期成本、社會效益、后期維護等角度為舊橋利用的合理評估決策提供可靠依據(jù)，從而大大減輕工程投資的盲目性，產(chǎn)生了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，確保了工程安全。同時在舊橋利用評價方面的有益探索經(jīng)驗也將在以后相關(guān)工程中得到運用和借鑒。

（2）對既有橋梁重新檢測和再評估，對前后檢測的不同結(jié)果原因進行了分析，更為準(zhǔn)確地掌握了橋梁現(xiàn)有的實際工作性能，為舊橋的拆除重建提供了安全性依據(jù)。

（3）采用全壽命周期成本分析方法對加固方案和拆除重建方案進行了分析比較，得出拆除重建方案的年值成本差、年值成本比方面均優(yōu)于加固方案，從而在經(jīng)濟效益方面提供了依據(jù)。

（4）從社會效益、后期養(yǎng)護等角度進行了綜合對比后提出拆除重建方案的優(yōu)越性。

［1］郝偉，陳江洲.基于壽命周期成本的橋梁技術(shù)改造經(jīng)濟評價研究［J］.蘭州交通大學(xué)學(xué)報，2009，03:25-28.

［2］JTG/T H21—2011，公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］徐岳，武同樂.橋梁加固工程生命周期成本橫向?qū)Ρ确治觯跩］.長安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2004，24（3）:30-34.

［4］陳金濤，高巍，來猛剛，等.基于承載力潛在因素和生命周期成本的既有舊橋利用［J］.公路，2014，06:140-142.

U445.7

B

1009-7716（2016）06-0228-04

2016-02-25

文繼濤（1983-），男，四川廣安人，工程碩士，高級工程師，從事道橋與巖土工程設(shè)計工作。