一、前言
建国以来，我国桥梁工程建设取得了巨大成就，特别是改革开放之后，我国新建桥梁在工程规模、桥型跨度、结构设计和施工技术等各方面都已进入了世界先进水平行列。同是，由于历史的原因，很多桥梁在长期的运营过程中出现了程度不同的病害，特别是70年代以前修建的桥梁，由于受到当时建设规范、设计水平和施工技术及建筑材料等多种因素的限制和影响，一直存在着设计荷载等偏低、构件用材强度偏小、结构承载能力退化等弊端，按照目前的桥梁设计标准和实际荷载运行情况来衡量，这些桥梁已处于急待进行升级改造的紧迫阶段。为了保证类似桥梁在今后正常运营中的安全使用，我们在旧桥升级改造方面做了一些工作，下面将介绍其中一种改造简支梁为管涵的实例，并就这种方法的有关问题进行探讨。
二、桥梁改造工程简介及方案介绍
吴家桥位于武汉市吴沙路跨北湖港，建于1962年，桥长8米（L计=7.4米），上部结构为单跨钢筋砼简支T梁，下部结构为浆砌石桥后，基础为扩大基础，原设计荷载为汽-10级。因档案缺失，桥梁结构的细部构造和相应材质、用料及地质资料不详。
由于武汉市对该地区的道路路网进行改造，路网车辆荷载等级提高到了相当于汽-20级，挂-100，同时，据实地调查发现，确有超过原设计荷载的车辆经常过往此桥，显然该桥必须进行相应升级改造，使其与路网相应标准一致。
针对该桥的具体情况和特点，在调查了桥位地质情况和水域情况之后，我们对桥梁升级改造提出了多个方案。若按常规方案将采用地基加固、桥台加固或重建、上部结构T梁更换等一系列方式进行，由于桥台为轻型桥台，基础以下地质情况和台后填土条件不详，桥台用材质量经现场
经过仔细的分析和多方案全面对比，最后决定采用将梁桥改造为管涵的方案。该方案的优点主要有：（1）充分利用原桥梁结构不进行T梁更换，故施工中不影响桥台的受力状况和稳定。（2）新建管涵部结构可以同原结构一起共同承受荷载，大大改善了原结构受力。（3）由于工程施工主要是在桥下进行作业，对桥面正常交通营运基本无影响。（4）施工方法简单、方便、工期短、造价低。（5）施工中的各方面协调工作和费用及后期养护工作和费用大大减少。
三、结构受力分析
吴家桥改造前后一般构造图如图（1）、图（2）所示。从整体上看，小跨径桥改为管涵之后的结构，实质上是由旧桥部分和新建管涵部分共同参与受力的组合结构，各部分受力和相互之间的关系与设计、施工方法有关。下面就其中主要内容进行分析。
1.地基基础受力分析
（1）就恒载而言，旧桥地基除承受桥梁结构自重应力之外，还受到新建涵管恒载引起的基底附加影响。新建涵管地基除受自身恒载作用之外，一般不受旧桥恒载影响（除非外力作用使桥台沉降量大于新建涵管沉降量）。
（2）由于旧桥经多年运行沉降已趋于稳定，而新建涵管部分基地土体必会产生固结沉降，因此，沉降差产生的影响，即涵管部分自重通过涵身传递到台上的大小，将视新建涵管部分与旧桥部分台涵身的设计连接方法而定。
（3）如果改造前后上部结构仍近似作为简支梁考虑，以L计=7.4米计，那么在汽—10荷载作用下，桥台承受竖向荷载为125千牛，在汽—20荷载作用下，桥台承受竖向荷载为149千牛，改造前后竖向荷载作用力增加19%，按最不利荷载组合考虑增加荷载为12%。同理，在履带车和挂—100作用下，荷载竖向作用增加了31%，最不利荷载组合增加14%。依照规范《公路桥涵地基与基础设计规范》JTJ 024—85，旧桥地基土允许承载力提高系数为K=1.5，故是安全的。此外，由于本桥台台后土水平侧压力设计为通过上构T梁直接传递，故荷载增大后对其安全性没有影响。
2.上部结构活载受力分析作为简支梁考虑
（1）若能保证老桥T梁底面与涵顶结构结合紧密，则大部分恒载将通过涵管部分直接传递，并经涵管部分基础传入地基。
（2）若考虑由于施工等方面原因，可能使涵顶与梁底之间存在一定空隙（如，在不断交通情况下，由于活载作用，梁底挠度不断变化，在砼施工过程中，梁底与涵顶之间可能存在间隙），则T梁在上构活载作用下，首先受力，只有当简支梁计算受力变形值应大于或等于空隙高度时，T梁内力将保持不再增加，多余荷载也通过涵管传递。
按规范：跨径为L的钢筋砼简支梁跨中挠度
△=∫0L （M1 M/B）dx
式中：M1——单位荷载作用时产生的弯矩
M——荷载产生的弯矩（汽车荷载不计冲击力）
B——钢筋砼简梁等静定结构计算变形时的抗弯刚度，其值可取：B=0.85EhI0(EhI0：砼，I0：开裂截面核算截面惯矩)。
以本桥为例，依照原设计荷载标准可得，△max=0.79cm，（符合规范不超过L/600=1.23 cm的要求）。由此可见，为了保证原上构T梁能在高等级荷载作用下所分配到的活载效值不大于基本的结构承载能力，空隙值最大不得超过0.79cm。
（3） 此外，若考虑T梁翼缘底施工后存在空隙时翼板的结构受力状况。对其车道板进行了验算，原车行道板截面承载力明显不足，因此，我们对该部分进行了如下处理。
a 预制矮横隔梁，在T梁之间按顺桥向间距小于a=a1+2L1(其中，a1为车轮荷载分布长度，L1为T梁悬臂长度)等距布置。
b 在T梁肋上预埋钢筋，将预制矮横隔梁预留钢筋与之焊接，然后用环氧砂浆封闭，使矮横梁与T梁翼板共同受力。
3.其他情况
若能保证新建涵管涵身和基础与原桥台身和基础有可靠的连接，基础部分也可视为整体受力。
四、施工控制和经济技术分析
（一）吴家桥工程施工和施工措施简介
1、工程按常规施工程序进行
（1）地基处理：围堰、排水、清淤（或挤淤）
（2）砌筑基础垫层，浇基础
（3）安装涵管就位，涵管接头处理
（4）砌筑涵身，筑涵顶砼
2、为改善和保证各部分结构受力，在设计时考虑各施工环节中采取必要的措施
（1）地基处理中尽量清除淤泥
（2）为增加新旧两部分结构共同作用效果，对桥台身、基础部分的块石凿毛，并设置水平石榫或一定量水平锚固钢筋。
（3）涵管封顶时，针对涵管部分与T梁底及翼板之间可能产生间隙的问题，在桥面分区进行密封压力灌沙。
（二）工程造价分析对比
以吴家桥改造工程为例，采用上述改造方案与常规改造方案进行比较，工程造价如下表：
两 种 方 案 工 程 量 造 价 比 较 表
|
方案类型 |
基本内容 |
基本单价 |
其他费用 |
综合单价 |
|
更换上构T梁 |
加固地基、桥台、预制更换T梁，新建桥面砼及人行道栏杆 |
3000元/平方米 |
200元/平方米 |
3200元/平方米 |
|
改造为管涵 |
地基处理、基础、涵身、身顶处理、T梁翼板加强处理 |
2380元/平方米 |
—— |
2880元/平方米 |
由上表中可见，采用将此桥改造为管涵的方案综合单价不超过2380元/平方米，比更换上构T梁常规方案造价减少820元/平方米，可节省总投资26%左右。
五、小结
吴家桥通过上述方法改造之后，各方面效果明显，该工程竣工一年多运行良好。尽管该方法在实施过程中还存一些问题，但将旧桥改建为管涵的方法在理论上是可行的，在施工技术措施方面是有效的，并且具有施工方便、快捷、造价低、后期养护费用少、施工中对桥梁的正常运行基本无影响等优点，是小跨径桥升级改造中值得采用的一种方法。
