白草口2號大橋防撞護欄維修改造處治方案設計

郭華箏

（山西省交通規劃勘察設計院，山西 太原 030012）

G55高速公路忻州段橋梁中央分隔帶波形梁護欄使用年限較長，由于長時間受自然界因素影響，部分護欄立柱、鋼板銹蝕嚴重，波形梁護欄立柱與橋梁底座預埋件銹蝕、松動、開裂，已不滿足防護等級要求，存在安全隱患。為了保證路段行車的安全、可靠，現以G55高速公路忻州段白草口2號大橋為例，對防撞護欄的立柱進行加固改造方案設計。

1 現狀調查

經勘察設計人員深入現場，并結合忻州高速公路有限責任公司提供的信息與資料，對病害進行調查。白草口2號大橋中央分隔帶波形梁護欄共有392根立柱，采用鋼板焊接固定，其中有22根護欄立柱鋼板脫離鋼筋混凝土底座。調查情況詳見圖1。

圖1 護欄立柱鋼板脫離鋼筋混凝土底座

2 處治方案

2.1 處治原則

根據《公路工程技術標準》（JTG B01—2014），結合山西省高速公路管理局的有關要求[1]，本項目僅對橋梁中央分隔帶護欄進行改造處治以恢復其功能，并不提高原有公路的技術等級。其主要技術指標見表1。

表1 G55高速公路忻州段技術指標表

原橋中央分隔帶護欄型式為波形梁護欄，是按照《高速公路交通安全設施設計及施工技術規范》（JTJ 074—94）進行設計的。隨著交通部《公路交通安全設施設計規范》（JTG D81—2006）及安全設施相關設計規范的發布，替代了原《94版規范》，新規范提高了公路安全設施設計標準，尤其是護欄標準，對碰撞條件中各項參數都有了較大的提升，原橋中央分隔帶護欄在型式的選擇、護欄高度、防撞等級均不滿足現行規范要求。

本項目中白草口2號大橋位于G55高速公路忻州段K581+500—K616+500段落內，本段落的設計速度為80 km/h；橋梁護欄防撞等級按照《公路交通安全設施設計規范》（JTG D81—2006）中表5.2.5適用條件選擇防撞等級為SAm[2]。

根據以上綜合分析及本省高速公路橋梁防撞護欄型式選擇經驗，本項目處治方案：將原橋梁中央分隔帶波形梁護欄拆除，新建F型混凝土護欄，防撞等級為SAm。

2.2 預埋鋼筋錨固長度計算

SAm級防撞墻采用碰撞荷載標準值86 kN/m。a）力的作用點 距護欄頂面5 cm，參見圖2；

圖2 防撞護欄鋼筋受力計算示意圖

b）鋼筋與混凝土極限錨固應力 3.3 MPa；

c）預埋鋼筋直徑 0.012 m；

d）預埋鋼筋錨固深度 L；

e）每延米植筋根數 6根；

f）假設F2達到極限狀態時：

F2=3.3×1 000×3.141 59×0.012×6L=746.4L，

F1/F2=279/412，F1=0.677F2.

根據力矩平衡：

F1×0.279+F2×0.412=F3×1.09，

0.677×0.279×F2+0.412×F2=F3×1.09，

0.6×F2=F3×1.09，

L=86×1.09/746.4=12.6 cm.

根據計算可得，新建防撞護欄N2鋼筋的錨固深度最小為12.6 cm，另白草口2號大橋預埋鋼筋原2號筋錨固長度為39 cm，因此可將N2鋼筋與原2號鋼筋進行連接。

2.3 處治方法

先拆除原有橋梁中央分隔帶處波形梁護欄及護欄柱，鑿除原混凝土底座，拆除原底座內的原3號、原5號鋼筋，保留預埋鋼筋原2號鋼筋，將N2鋼筋與N3鋼筋雙面焊接后植入到主梁翼板內，縱向間距同N2鋼筋，植入深度為16 cm。然后將N2鋼筋與原2號筋雙面焊接，焊縫長度為8 cm。如N2鋼筋間距與原2號鋼筋間距不符，以原2號鋼筋間距為準；新澆筑防撞墻與原橋面鋪裝結合部位采用瀝青灌縫處理。防撞護欄結構設計圖及工程數量表如圖3和表2所示。

圖3 防撞護欄結構設計圖（單位：cm）

表2 白草口2號大橋防撞護欄維修處置工程數量表

3 施工方法

3.1 拆除工程

a）拆除原橋中央分隔帶波形梁、護欄柱。

b）拆除原橋中央分隔帶護欄底座，建議人工采用風鎬拆除，拆除過程中一定要確保不能破壞底座下面的橋梁上部結構，確保混凝土底座內的預埋鋼筋完好，不能彎折、保證鋼筋表面干凈，滿足可利用條件。

3.2 植筋工程

在按照設計圖紙確定植筋位置后，仍需要使用鋼筋定位儀進行探測微調鉆孔位置，以避免損傷原結構主筋及增加廢孔數量。

a）植筋前必須采取措施保證鉆孔豎直度，以保證鋼筋直插到底、膠層密實飽滿及外露鋼筋的豎直度。

b）植筋孔成孔、清孔后需采用合適措施臨時封口處理，避免污染植筋孔；廢孔應采用M40環氧樹脂砂漿予以填筑密實；所植鋼筋必須除銹處理；植筋用膠黏劑等級采用A級膠。黏結強度設計值采用4.5 MPa。

c）植筋時，其鋼筋先焊接后種植。

3.3 其他

本次對中央分隔帶護欄改造段落進行防眩設施的設計，橋梁段中央分隔帶采用防眩網防眩。防眩網的施工必須符合《公路交通安全設施施工技術規范》（JTG F71—2006）及其他國家現行的有關標準、規定[3]。防眩網安裝時應保證支撐立柱在一條直線上，并保證立柱頂面在同一水平面上。

橋梁鋼筋混凝土防撞護欄與路基波形梁護欄過渡段采用BT-2結構型式過渡。防撞護欄施工時應預埋好法蘭盤及地腳螺栓，地腳螺栓應結合混凝土護欄型式，并進行彎折與護欄內的受力鋼筋綁扎成一體。

4 施工組織設計

4.1 原則

要求施工期間不中斷高速公路交通，保證各個時段高速公路的通行。

4.2 總體方案

a）通過優化施工方法來減小施工對交通的影響，選擇質量優、時間短的施工方法，將對施工現場周邊交通環境的影響降到最低。

b）本項目主要是針對高速橋梁中分帶現有波形護欄的改造，存在施工點較多，因此，施工前應合理規劃施工點進行的時間和順序。

c）應合理規劃施工車輛路線，縮短施工車輛在高速上運行的時間和距離，本路段車流量很大，施工時不允許在主線中央分隔帶開口上掉頭，必須從互通口出入。

d）根據《公路養護安全作業規程》及相關規定在施工點設置臨時安全設施[4]。

e）其他未盡事宜應參照國家相應規程。

4.3 臨時安全設施

為了保障施工時的交通安全，在施工過程中要做好交通管制的實施方案，設置施工作業控制區，分為警告區、上游過渡區、緩沖區、工作區、下游過渡區以及終止區。

本項目設警告區長度S=1 800 m，上游過渡區長度Ls=150 m，緩沖區長度H=60 m；下游過渡區長度Lx=50 m，終止區長度Z=50 m，工作區長度G則根據維修作業的需要確定。同時，該區間內應按照《道路交通標志和標線》（GB 5768—2009）中“道路施工安全標志”的有關規定統一設置各警告標志，包括“前方施工”標志、“限制速度”標志、“前方車道變窄”標志、終止期末端的“速度解除”標志、“可變信息標志牌”、施工警示燈護欄等，過渡區、緩沖區還應配有錐形交通路標[5]。

G55高速公路是國家的一條高速大動脈，也是山西省的重要運輸通道，橋梁的工程質量直接關系著行車的安全與暢通。本文以白草口2號大橋防撞護欄的維修改造為實例，為今后同類型橋梁波形梁護欄的維修改造處治工程提供一些設計上的經驗和幫助。