長深高速濱州黃河公路大橋護(hù)欄改造工程設(shè)計(jì)

張軍方

(山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院)

1 項(xiàng)目背景

1.1 護(hù)欄現(xiàn)狀

長深高速濱州黃河公路大橋位于濱州市西南約10 km處，全長1 698 m，其中主橋長768 m，結(jié)構(gòu)形式為三塔斜拉橋;大橋按雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，主橋全寬32.8 m，引橋?qū)?7 m，設(shè)計(jì)時(shí)速120 km/h。

長深高速濱州黃河公路大橋于2004年7月全部竣工通車，按照當(dāng)時(shí)的相關(guān)規(guī)范設(shè)置了較完善的橋梁護(hù)欄，橋梁護(hù)欄設(shè)置在橋梁路側(cè)和中央分隔帶，由兩根圓形鋼橫梁、鋼立柱組成，立柱間距為2 m，每段橫梁長度為2～4 m，立柱底盤與護(hù)欄底座之間有5 cm厚的水泥墊層。相鄰的橫梁端頭對接在立柱套筒內(nèi)，立柱法蘭盤與預(yù)埋地腳螺栓相連接。

1.2 存在問題

現(xiàn)有橋梁護(hù)欄不符合現(xiàn)行規(guī)范要求，存在的主要問題如下:

(1)長深高速濱州黃河公路大橋?yàn)樾崩瓨颍崩鞑贾迷谥鳂騼蓚?cè)。現(xiàn)有橋梁護(hù)欄是按原規(guī)范進(jìn)行設(shè)置，防撞能力不足，當(dāng)在惡劣天氣出現(xiàn)交通事故時(shí)，可能造成車輛撞斷護(hù)欄撞到斜拉索的惡性事故，而斜拉索是斜拉橋的主要受力構(gòu)件，對斜拉結(jié)構(gòu)橋梁的結(jié)構(gòu)安全和使用壽命具有直接的重要影響。

(2)相鄰的橫梁沒有任何連接，只是簡單放在立柱套管內(nèi)部，立柱與套筒也沒有固定，立柱與橫梁、橫梁與橫梁不能形成一個(gè)整體，而橋梁護(hù)欄是依靠整體分解車輛碰撞能量。因此，當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，碰撞能量不能分解到相鄰橫梁、立柱上面，導(dǎo)致碰撞點(diǎn)附近的立柱與橫梁連接處被沖破，事故車輛面臨著碰撞斜拉索或越出橋外的危險(xiǎn)。

(3)立柱間距不符合現(xiàn)行規(guī)范的要求，規(guī)范中要求:SB級、SA級、SS級護(hù)欄的立柱間距不大于1.5 m。按現(xiàn)行規(guī)范要求，長深高速濱州黃河公路大橋的橋梁護(hù)欄防撞等級應(yīng)不低于SB級，但現(xiàn)有護(hù)欄立柱間距為2 m，小于規(guī)范值，造成防撞性能的下降。

(4)部分地腳螺栓長度不足，導(dǎo)致螺帽與螺栓不能有效地固定，影響護(hù)欄的防撞性能。

2 改造方案

按照現(xiàn)行規(guī)范的要求，以橋梁、護(hù)欄實(shí)際狀況為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查情況，對改造范圍內(nèi)的護(hù)欄制定如下總體改造方案:

(1)將改造范圍內(nèi)的現(xiàn)有鋼護(hù)欄拆除，按現(xiàn)行規(guī)范重新設(shè)計(jì)，橋梁路側(cè)護(hù)欄采用SS級的四橫梁金屬梁柱式護(hù)欄，中央分隔帶護(hù)欄采用SBm級的三橫梁金屬梁柱式護(hù)欄。

(2)保留現(xiàn)有的立柱底座，將底座上的5 cm砂漿層擊碎、清除，拆除現(xiàn)有預(yù)埋鋼板，利用砂漿抹平底座在清除過程中造成的坑痕，新增法蘭盤及上部結(jié)構(gòu)。

(3)在現(xiàn)有正常段2 m間距的立柱底座之間新增一處立柱底座，具體位置詳見圖紙，重新設(shè)計(jì)法蘭盤，通過鉆孔、植入的地腳螺栓連接上部結(jié)構(gòu)。

(4)路側(cè)橋梁護(hù)欄的四橫梁金屬梁柱式護(hù)欄與路基路側(cè)波形梁護(hù)欄、中央分隔帶的三橫梁金屬梁柱式護(hù)欄與現(xiàn)有鋼護(hù)欄進(jìn)行過渡處理。

(5)附著式輪廓標(biāo)安裝于金屬梁柱式護(hù)欄下數(shù)第二根橫梁上緣，利用護(hù)欄的現(xiàn)有螺栓緊固。

(6)在大橋范圍內(nèi)的車行道邊緣線采用熱熔型突起標(biāo)線，橋頭兩側(cè)200 m范圍內(nèi)增設(shè)震蕩標(biāo)線，增設(shè)禁止停車標(biāo)志等設(shè)施，利用標(biāo)志、標(biāo)線設(shè)施提醒駕駛?cè)藴p速慢行、注意安全。

3護(hù)欄

3.1 設(shè)計(jì)原則

(1)護(hù)欄應(yīng)具有防止失控車輛越過中央分隔帶的功能;

(2)具有較強(qiáng)的吸收碰撞能量的能力;

(3)具有導(dǎo)向功能，使碰撞車輛改變行駛方向;

(4)具有誘導(dǎo)視線的功能。

3.1.1 路側(cè)橋梁護(hù)欄

本項(xiàng)目路側(cè)采用SS 級四橫梁金屬梁柱式護(hù)欄。

3.1.2 中央分隔帶橋梁護(hù)欄

本項(xiàng)目中央分隔帶采用SBm級三橫梁金屬梁柱式護(hù)欄。

護(hù)欄代號如下:

Bp-SS-Fp金屬梁柱式護(hù)欄，路側(cè)SS級，采用法蘭盤連接;

Bp-SBm-Fp金屬梁柱式護(hù)欄，中央分隔帶SBm級，采用法蘭盤連接。

3.2 技術(shù)要求

(1)立柱、橫梁及拼接套管所用鋼材為低碳合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼(Q345B)，其技術(shù)條件應(yīng)符合GB700-88、GB6725-86、GB6728-86的規(guī)定。連接螺栓、拼接螺栓和地腳螺栓的性能等級為10.9S級，連接螺栓、拼接螺栓和地腳螺栓及配套使用的螺母、墊片均應(yīng)符合GB1228～1231-91的規(guī)定。法蘭盤和加勁板材料采用Q345B鋼。

(2)本設(shè)計(jì)所采用的螺母為防盜螺母。

(3)金屬梁柱式護(hù)欄的防腐采用先熱浸鍍鋅、后磷化、再涂塑的復(fù)合防腐處理工藝，涂塑層顏色為鐵灰色，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。立柱、橫梁和連接鋼架等的鍍鋅量應(yīng)不低于270 g/m2，涂塑層厚度應(yīng)大于0.25 mm;其它緊固件、連接件的鍍鋅量應(yīng)不低于120 g/m2，涂塑層厚度應(yīng)大于0.25 mm。

(4)植筋所用的膠粘劑必須采用改性環(huán)氧類或乙烯基脂類(包括改性氨基甲酸脂)，符合混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50367-2006)中規(guī)定的A級膠，膠粘劑的性能和質(zhì)量應(yīng)符合GB50367-2006中的規(guī)定。

(5)植筋膠應(yīng)滿足在潮濕環(huán)境下可以施工而不降低技術(shù)性能的要求。

(6)植筋膠的施工、使用溫度應(yīng)遵循產(chǎn)品使用說明。

(7)所選用的植筋膠和其相關(guān)產(chǎn)品對環(huán)境不能造成污染。

(8)地腳螺栓應(yīng)選用符合GB 50367—2006相關(guān)規(guī)定的帶肋鋼筋。

(9)植筋完畢應(yīng)靜置養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)的條件應(yīng)按產(chǎn)品使用說明的規(guī)定執(zhí)行。

(10)地腳螺栓固化完成后的抗拔力不小于135 kN。

3.3 施工要求

(1)保留現(xiàn)有的立柱底座預(yù)埋地腳螺栓，將底座上的5 cm砂漿層擊碎、清除，拆除現(xiàn)有預(yù)埋鋼板，利用砂漿抹平底座在清除過程中造成的坑痕，將新增法蘭盤Ⅰ與現(xiàn)有地腳螺栓連接。

(2)法蘭盤與立柱、加勁板預(yù)先焊接，并采用技術(shù)要求中的防腐工藝進(jìn)行處理。

(3)新增立柱底座，需在橋面鉆孔，植入4根M24地腳螺栓，鉆孔直徑為30 mm，錨固長度30 cm，植筋所用的膠粘劑為GB 50367—2006中規(guī)定的A級膠，其施工工藝如下:

①對照原橋梁竣工圖紙，精確放出植筋的具體位置，確保鉆孔不會損傷原橋主筋。

②引橋路側(cè)新增護(hù)欄立柱底座施工時(shí)必須探明現(xiàn)有橫向預(yù)應(yīng)力鋼束的位置，使預(yù)應(yīng)力鋼束(寬度70 mm)落在地腳螺栓之間，且植入的地腳螺栓距預(yù)應(yīng)力鋼束不小于15 cm。

③植筋流程應(yīng)嚴(yán)格遵循植筋膠產(chǎn)品說明中的流程，使用電錘或鉆孔設(shè)備鉆孔，在植入地腳螺栓前用專用鋼刷清孔，吹出灰塵和積水，孔內(nèi)必須無冰或油脂，清孔、除塵次數(shù)應(yīng)符合產(chǎn)品使用說明規(guī)定，將混合嘴插入孔底后開始注膠緩慢將混合嘴外移確保孔內(nèi)無氣泡或孔隙注膠至填滿孔深的2/3，以連續(xù)旋轉(zhuǎn)方式植入地腳螺栓至膠體流出，凝膠之前可植入或調(diào)整地腳螺栓固化完成后可發(fā)揮設(shè)計(jì)力值。

(4)地腳螺栓錨固后，將法蘭盤與地腳螺栓連接。為保持護(hù)欄整體線形的順直，可采用灌漿料調(diào)平法蘭盤和上部結(jié)構(gòu)。

(5)橫梁安裝方法:先用立柱連接螺栓將立柱與連接鋼架連接，再用橫梁連接螺栓將橫梁與連接鋼架連接在一起。

(6)立柱帽與立柱之間采用焊接，并進(jìn)行防腐處理。

(7)路側(cè)橋梁護(hù)欄端頭處與路基段波形梁護(hù)欄進(jìn)行過渡處理，將波形梁的端頭展開搭接到路側(cè)橋梁護(hù)欄的橫梁上，中央分隔帶護(hù)欄端頭與現(xiàn)有鋼護(hù)欄的過渡處采用10 mm鋼板焊接在3根拼接套管和2個(gè)現(xiàn)有圓鋼管上。

3.4 植筋過程中的結(jié)構(gòu)安全問題

新增的護(hù)欄立柱底座需在橋面鉆孔、植筋，而橋面下方有大量的預(yù)應(yīng)力鋼束和鋼筋，改造方案從設(shè)計(jì)角度避免了鉆孔植筋對橋梁結(jié)構(gòu)安全的影響。

3.4.1 預(yù)應(yīng)力鋼束的避讓

改造方案中需在主橋路側(cè)、中央和引橋路側(cè)鉆孔植筋:

(1)主橋

依據(jù)國道205線濱州黃河公路大橋竣工圖紙，主橋縱向預(yù)應(yīng)力束的位置與主橋路側(cè)、中央鉆孔植筋不沖突;新增護(hù)欄立柱底座處30 cm植筋深度內(nèi)無橫向預(yù)應(yīng)力鋼束。

(2)引橋

引橋路側(cè)新增護(hù)欄立柱底座與現(xiàn)有護(hù)欄沿橋向處于同一斷面，縱向預(yù)應(yīng)力束的位置與引橋路側(cè)鉆孔植筋的位置不沖突;引橋路側(cè)新增護(hù)欄立柱底座的中心線與橫向預(yù)應(yīng)力鋼束的中心線重合，因此設(shè)計(jì)沿橋向600 mm的法蘭盤，兩地腳螺栓中心間距達(dá)450 mm，使預(yù)應(yīng)力鋼束(寬度70 mm)落在地腳螺栓之間。

3.4.2 鋼筋的避讓

施工時(shí)應(yīng)對照原橋梁竣工圖紙，并采用必要的設(shè)備測量原有鋼筋位置，掌握該部分的受力主鋼筋和結(jié)構(gòu)鋼筋的分布情況，從而在鉆孔植筋時(shí)有效避讓。設(shè)計(jì)方案中適當(dāng)增大法蘭盤預(yù)留孔、橫梁連接螺栓孔的直徑，從而增加鉆孔植筋的靈活度，因此可以有效避讓鋼筋。