汶川地震灾后恢复重建芦山县旧桥利用研究

文继涛，潘可明，刘 波

（1.自贡市城市规划设计研究院有限责任公司，四川 自贡 643000；2.北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京市 100082；3.重庆交通大学土木工程学院，重庆市 400074）

汶川地震灾后恢复重建芦山县旧桥利用研究

文继涛1，潘可明2，刘 波3

（1.自贡市城市规划设计研究院有限责任公司，四川 自贡 643000；2.北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京市 100082；3.重庆交通大学土木工程学院，重庆市 400074）

随着我国交通和城市建设的迅猛发展，桥梁数量快速增长，其中许多桥梁在通行能力、结构承载能力、耐久性等方面均不能适应现代交通和城市发展的需要，利用旧桥拓宽和加固将成为我国桥梁行业未来的重要任务之一，但旧桥利用受安全、经济、施工及社会多方面因素影响，特别是震后桥梁的恢复利用更是社会的关注热点。以雅安市西门桥和北门桥为实例，对旧桥利用的可行性、合理性和经济性进行了专题研究，研究以全面掌握现状旧桥工作性能和计算全寿命周期成本，综合安全、经济、后期养护及社会效益多方面比较的技术路线，得出拆除重建的方案，推翻了可行性研究阶段确定的加固利用方案。通过研究使两座桥梁建成后在震后恢复重建中发挥了巨大的社会和经济效益，避免了安全和质量事故的发生，对类似工程有一定借鉴价值。

灾后恢复重建；旧桥利用；加固；全寿命周期成本

0　引言

随着我国交通和城市建设的迅猛发展，桥梁数量快速增长，截至2014年已建成各类桥梁70余万座，其中许多桥梁在通行能力、结构承载能力、耐久性等方面均不能适应现代交通和城市发展的需要，利用旧桥拓宽和加固将成为我国桥梁行业未来的主要任务之一，但旧桥利用受安全、经济、施工及社会多方面因素影响，与新建桥梁的方案比选需要综合多方面的因素，特别是震后桥梁的恢复利用更是社会的关注热点，需要以全视野、高角度的立场综合考虑。

受“5·12汶川特大地震”影响，雅安市芦山县成为重灾县，为保障当地灾后重建工作有序有效开展，尽快恢复灾区群众正常的生产生活秩序，促进全县经济社会在尽快恢复到灾前水平的基础上，实现科学健康、持续快速的发展，世界银行紧急优惠贷款芦山县用于城镇基础设施恢复重建，县城内的西门桥及北门桥处于城市核心区和交通咽喉节点，成为恢复重建工作的控制性工程，项目建设过程中再次发生了“4·20芦山大地震”，芦山县再次成为极重灾区，对桥梁设计提出了更新和更高的要求，为此对既有西门桥及北门桥的加固利用和拆除重建的方案比选进行了专题研究，下面简单介绍怎样通过合理的技术路线来有效解决该问题，并得到了一些有益的结论。

1　工程概况及现状桥梁病害

芦山西门桥位于县城西侧，跨越西川河，是连接思延乡和西江村的唯一通道，桥址位于河谷陡峭地段，属河流侵蚀-堆积地貌，河床纵坡比降较大，呈对称U形，常年水面宽约30 m，河床微弯，凹岸为大桥左岸，与南兴街相接，岸坡坡面直立，高差20.19 m，为侵蚀岸；右岸与西江村相接，岸坡坡面直立，高差18.60 m，为堆积岸。桥基地层主要为第四系全新统人工堆积层，下伏基岩为第三系名山组+芦山组砂质泥岩。桥梁建设区地震基本烈度为7度，设计地震加速度0.15 g，设计地震分组第二组，地震动反应谱特征周期0.40 s。西门桥于1978年建成通车，设计荷载：汽车-15级，拖—60级。桥面宽8.5 m，主孔主拱圈采用一孔净跨径32 m、矢跨比为1/4的等截面悬链线石砌板拱，主拱圈厚0.8 m，宽7.4 m；腹拱圈采用4跨净跨径3.5 m，净矢高0.875 m，矢跨比为1/4圆弧的石砌板拱；引孔主拱圈厚0.45 m，宽7.4 m；净跨径8.0 m，净矢高2.0 m，如图1所示。主拱圈石料采用10#砂浆砌80#粗料石；拱上腹拱石料采用7.5#砂浆砌40#块石。下部结构采用重力式墩台，扩大基础。

西门桥存在的主要病害有：主跨拱圈腹部水渍、泛白、渗水、灰缝脱落，破损风化严重，桥墩前墙石料风化严重，在前墙上下游侧渗水和水渍，2#桥墩基础冲刷严重，栏杆变形且普遍风化严重，桥面铺装多处网裂凹陷，局部出现严重坑槽和积水（见图2、图3）。

图1　西门桥桥型示意（单位：m）

图2　西门桥立面照

图3　西门桥平面照

芦山北门桥位于县城北侧飞宝路，跨越清源河，是S210上的重要交通节点，桥址位于河谷陡峭地段，属河流侵蚀-堆积地貌，河床纵坡比降较大，呈不对称U形，常年水面宽约35 m，河床微弯。桥基地层主要为第四系全新统人工堆积层，下伏基岩为第三系名山组+芦山组砂质泥岩。该桥于1991年11月建成通车，于2000年10月进行加固改造，并投入使用至今。设计荷载：汽车-20级，挂车-100级。桥面宽10.5 m，主孔为净跨55.0 m、梁长60.2 m的双斜腿刚架桥，引孔（芦山岸）为（18.4+20.8+18.4）m的三孔连续梁桥，墩身为柱式，两桥头台身分别为U形和C形，除芦山岸台为石砌圬工，其余均为混凝土或钢筋混凝土（见图4）。

图4　北门桥桥型示意（单位：m）

北门桥的主要病害有：主梁出现部分竖向全截面裂缝和多处斜向裂缝、局部钢筋外露锈蚀，混凝土破损，局部铰缝脱落、车道板局部破损，纵梁蜂窝、麻面严重；人行道板水渍、泛白；挑梁破损，桥台前墙风化严重、渗水；侧墙、前墙灰缝脱落。部分支座垫块破裂，钢垫板锈蚀严重，支座老化、破裂、渗水，桥面铺装多处出现横向和纵向裂缝、坑槽、网裂；栏杆立柱局部掉落、露筋锈蚀，伸缩缝部分缺失或破损，人行道横向开裂破损，灯柱锈蚀严重等（见图5、图6）。

图5　北门桥立面照

图6　北门桥平面照

除上述存在的问题外，设计、施工、维护管养资料缺失和桥梁两端连接线建设标准过低，不能适应城市规划发展的需要也是旧桥利用的难题。

2　旧桥利用研究

2009年5月的检测报告对西门桥和北门桥梁评定为四类桥梁，可行性研究采用了加固利用的方案并通过了审批，2011年11月，初步设计阶段踏勘现场发现现况桥梁重载过桥引起的振动较大；桥梁两头接线很差，无法满足新线的技术标准；桥梁未有有效的维护和修理，施工质量也较差，桥梁状况不良、自身病害较多，再进一步与甲方对接后无法收集到完整的设计图纸、竣工资料、基底地质、基础深度等旧桥资料，基于上述情况，需要进行专题研究并重新检测评估。

2.1技术路线

以芦山县西门桥和北门桥为依托，全方面地评估旧桥利用，解决实际工程问题。按照“既有桥梁病害调查、分析，重新检测再评估—相关技术调研，采用全寿命周期成本法分析—方案综合对比”的技术路线开展研究，在调查收集相关资料的基础上，着重从旧桥利用的安全、经济、后期养护和社会影响等方面对既有桥梁利用的可行性和合理性进行补充和有效决策方案提供依据（见图7）。

图7　技术路线图

2.2旧桥工作性能再评估

2009年的检测报告虽然评定为四类桥，可以加固利用，但基于现场调研发生的诸多病害和刚度不足的问题有必要重新鉴定，2012年2月原检测单位重新鉴定后评定为五类桥，分析主要原因如下：

（1）前后检测时间不同，由于桥梁的损害是一个非线性的加速过程，若在没有进行任何加固维修的状况下继续工作，将造成自身病害加速损伤并可能出现新的病害。前后两次检测时间相隔三年，其间桥梁在原有病害严重且没有加固维修的情况下满负荷运营。旧桥变形和裂缝发展达到了《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21—2011）的五类桥梁标准。北门桥原有斜腿裂缝加速发展，在斜腿根部上游侧纵梁形成了竖向贯穿裂缝，西门桥主拱圈变形下挠值达35 mm。

（2）前后检测时交通量的不同，第一次检测是在2009年，由于汶川地震使得当地受灾严重，经济正处于恢复中，交通运行量较小。第二次检测是在2012年，地震造成的经济损失已得到完全恢复并得到了进一步发展，造成桥梁的交通量激增，并有比较普遍的超载现象。

（3）桥梁前后两次检测所采用的技术判定标准不同，2009年采用了《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG TH21—2004），2012年检测时采用的是《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG TH21—2011）。新的技术判定标准按不同桥型进行桥梁评定分类，并细化不同桥型部件分类；根据不同桥型的部件类型制定评定细则，将评定指标进行了细分并提出了量化标准，提出了5类桥梁技术状况单项控制指标；改进了桥梁技术状况评定模型。

通过重新检测再评估得到了现状桥梁的真实工作性能，相比可行性研究阶段桥梁的健康状况已恶化严重，加固利用的条件更差，工程风险也远超可行性研究阶段。

2.3全寿命周期成本分析

桥梁的“全寿命周期”要经历三个阶段：施工期、服役期和老化期。桥梁全周期成本就是在所确定的生命周期内建立和保持桥梁结构的使用功能所需耗费的一切费用的综合。为了保证对比分析的可比性、计算准确性，本着简洁实用的原则，本文研究提出假设：在生命周期内，加固后的桥梁不再对其进行大规模的大修加固，只进行日常维护、小修和中修工作；新建桥梁结构也不再对其进行大修加固，只是日常维护、小修和中修。

2.3.1全寿命周期成本分析组成

桥梁全寿命周期成本应包括所确定的寿命周期内所有直接耗费的费用和由此引起的经济损失，主要费用如下：

（1）工程建设初始费用C1，包括人工费、设备和机具购置费或使用费、材料费、管理费、各种施工增加费以及其他相关费等。

（2）桥梁新建或加固施工期内因阻塞或中断交通所导致经济损失的费用C2。新建或加固施工过程中一般会采取交通管制，当限制或中断交通时，会因桥梁通行能力降低使得交通拥阻，引起车速减缓或绕道行驶，造成桥梁使用者出行时间及出行距离的增加，将产生用户经济损失。

（3）桥梁生命周期内所需进行的常规检查和养护的费用C3。新建或加固的桥梁都需要日常检查和养护。所涉及费用包括人工费、局部修理等所消耗的材料费和机具费等。

2.3.2经济性对比分析

在确定新建桥梁和加固工程的全寿命周期成本的基础上，就可以进行经济性评价。由于新桥和加固桥梁的全寿命周期不同，折算为年值成本评价较为合理，故可采用以下两种经济评价指标。

年值成本差ACD：

年值成本比ACR：

式中：Cx为新建桥梁生命周期成本；Cy为桥梁加固工程生命周期成本；i为社会折现率；nx为新建桥梁生命周期；ny为加固桥梁生命周期。

若计算结果［ACD］＞0或［ACR］＞1，则说明桥梁加固是经济合理的；若［ACD］≤0或［ACR］≤1，则说明新建桥梁是经济合理的。

本工程拆除重建与加固利用工程建设初始成本差异不大，拆除重建初始建设费用约1 390.1万元，加固利用1 304.03万元，仅多增加50万元造价，约高6.6%。新建桥梁设计基准期为100 a，按照目前行业标准进行设计，同时设计预留适当的安全储配，施工期中断交通10个月，直接经济损失50万元，间接经济损失30万元，年养护费用0.2万元，运营期间预计中修 3次，费用为5+10+15=30万元。采用加固方案，正常使用期约为30 a，在加固期间中断交通预设6个月，直接经济损失30万元，间接经济损失20万元，加固后年养护费用 1.5万元，在运营期间预计中修 3次，费用为7+12+18=37万元。拆除重建和加固方案的社会折现率取值8%。费用对比见表1。

表1　费用对比表

年值成本差

年值成本比

通过对加固方案和拆除重建方案的年值成本差和年值成本比比较发现拆除重建在全寿命周期成本方面较优。

2.4综合对比

2.4.1安全性

可行性研究报告基于2009年的检测报告评定为四类桥提出加固维修的方案，初步设计阶段基于2012年检测报告评定为五类桥提出拆除重建的建议。根据桥梁现有工作性能对其拆除重建相对于加固维修在安全成本方面更为可行。因为拆除重建是在新桥的设计阶段可以满足现有标准的情况下，考虑芦山县城市规划和经济发展需要适当的增加安全储备。

加固施工方案中需要在河道搭设高支架施工，施工难度大、周期长、技术较为复杂，使得施工中安全隐患较多，施工中安全监管成本高。新建桥梁在施工中具有施工简便、技术成熟简洁、工期短等优势，施工中安全隐患易于监控和管理，安全监管成本相对加固而言更低。

2.4.2经济性

经过调查分析比较后发现，对旧桥进行加固和拆除重建成本相差在6%左右，同时加固后桥梁使用期为30 a，重建后桥梁正常使用期为100 a。全寿命周期成本新建低于加固，经济性上更为切实可行。

2.4.3后期养护

对新建桥梁和加固后桥梁的后期养护而言，新建桥梁在后期养护运营上更有优势。加固桥梁对后期养护技术要求更为复杂，需要在维护成本和人力资源上投入更多。

2.4.4社会效益

新建桥梁可以更多考虑芦山县未来的城市规划和交通路网的升级，提高桥梁交通通行能力和安全储备。从而使城市功能更加完善，交通更加流畅和安全，群众生活环境得到更大改善，并将促进县经济社会的发展，加强县城与周边乡镇联系，加快芦山县城与周边县城的经济交流，加快县城灾后重建的步伐，提高抵御自然灾害的能力。

3　设计研究结论

（1）对芦山旧桥利用进行了专题研究，专题研究基于工程实际，从安全、全寿命周期成本、社会效益、后期维护等角度为旧桥利用的合理评估决策提供可靠依据，从而大大减轻工程投资的盲目性，产生了良好的社会效益和经济效益，确保了工程安全。同时在旧桥利用评价方面的有益探索经验也将在以后相关工程中得到运用和借鉴。

（2）对既有桥梁重新检测和再评估，对前后检测的不同结果原因进行了分析，更为准确地掌握了桥梁现有的实际工作性能，为旧桥的拆除重建提供了安全性依据。

（3）采用全寿命周期成本分析方法对加固方案和拆除重建方案进行了分析比较，得出拆除重建方案的年值成本差、年值成本比方面均优于加固方案，从而在经济效益方面提供了依据。

（4）从社会效益、后期养护等角度进行了综合对比后提出拆除重建方案的优越性。

［1］郝伟，陈江洲.基于寿命周期成本的桥梁技术改造经济评价研究［J］.兰州交通大学学报，2009，03:25-28.

［2］JTG/T H21—2011，公路桥梁技术状况评定标准［S］.

［3］徐岳，武同乐.桥梁加固工程生命周期成本横向对比分析［J］.长安大学学报（自然科学版），2004，24（3）:30-34.

［4］陈金涛，高巍，来猛刚，等.基于承载力潜在因素和生命周期成本的既有旧桥利用［J］.公路，2014，06:140-142.

U445.7

B

1009-7716（2016）06-0228-04

2016-02-25

文继涛（1983-），男，四川广安人，工程硕士，高级工程师，从事道桥与岩土工程设计工作。