中小公路危舊橋梁改造分析
——以S106線K135+464大槐溝橋為例

魯振芬

（臨夏公路事業(yè)發(fā)展中心臨夏公路段，甘肅 臨夏 731100）

0 引言

在橋梁服役周期內(nèi)，隨著交通量的不斷增大，在汽車荷載、水文地質(zhì)條件等因素的影響下，橋梁會出現(xiàn)一些結(jié)構(gòu)性病害。對這些病害需時常跟蹤監(jiān)測、系統(tǒng)分析，必要時對癥下藥，對危舊橋梁實施改造。本文以S106線K135+464大槐溝橋為例，通過對橋梁病害的反復(fù)調(diào)查以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析，制定了詳細(xì)的危橋改造方案并順利實施，其經(jīng)驗可供中小危舊橋梁改造時借鑒。

1 橋梁概況

S106線K135+464大槐溝橋建成于1970年，該橋位于臨夏州境內(nèi)，青海省達(dá)力加山底臥龍溝內(nèi)，與雙達(dá)高速空間相交，距離臨夏州主城區(qū)35km。該橋跨徑為2跨×5.3m，上部結(jié)構(gòu)形式為整體現(xiàn)澆板，汽車荷載等級-15級，道路等級為二級，設(shè)計速度為60km/h，橋面寬度為0.35m（混凝土欄桿）+7m（行車道）+0.35m（混凝土欄桿），橋面橫坡為1.5%；設(shè)計洪水頻率為1/50；技術(shù)狀況評定為2類。根據(jù)2021年2月發(fā)布的《公路危舊橋梁橋排查和改造技術(shù)要求》第2.3.2 條規(guī)定，汽車-15 級及以下的橋梁，判定為承載能力適應(yīng)性不足，因此需要對該橋進(jìn)行危舊橋梁改造。S106線K135+464大槐溝橋全景如圖1所示。

圖1 原橋梁全景圖

2 橋梁改造設(shè)計原則及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《公路危舊橋梁橋排查和改造技術(shù)要求》第3.1.1條“危舊橋梁梁改造設(shè)計荷載等級不得低于原設(shè)計荷載等級，等級公路中原設(shè)計荷載等級低于公路-Ⅱ級的，宜以公路-Ⅱ級或以上荷載等級為原標(biāo)準(zhǔn)”。確定對S106線K135+464大槐溝橋舊橋改造后的荷載等級提升為公路-Ⅰ級。橋梁設(shè)計速度：60km/h；車道數(shù)目：雙向兩車道；橋面寬度：0.5m（混凝土護(hù)欄）+7.5（行車道）+0.5m（混凝土護(hù)欄）；橋面橫坡：2.0%；設(shè)計洪水頻率：1/50；設(shè)計流量57.52m3/s，流速7.67m/s；橋梁抗震能力技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與原橋保持一致，不按最新發(fā)布的《公路橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》（JTG/T 2231-01-2020）要求[1]。

3 橋位處自然地理特征

3.1 氣象與水文

甘肅省臨夏縣氣候特點顯著，夏秋炎熱，冬春寒冷，早晚溫差大。年平均氣溫5.9℃，年平均無霜期為148d，年均降水量630mm。歷年最高氣溫可達(dá)38.4℃。歷年最低氣溫-20.3℃。最大積雪深度13～16cm，一般降雪在11月至次年3月。土壤平均開始凍土日期為11月15日，翌年平均解凍日期為3月10日。橋址區(qū)標(biāo)準(zhǔn)凍土深度為86cm。擬改造項目在全國公路自然分區(qū)中屬甘東黃土山地Ⅲ區(qū)。

3.2 地形地貌

擬改造橋梁橫跨臥龍溝右岸支溝大槐溝，屬山地溝谷地貌，溝道寬約12m，橫向地形基本對稱呈窄“U”字形，切割深度3m 左右，兩側(cè)岸坡低緩，兩岸山地地勢高陡。橋址區(qū)溝谷分布第四系堆積物，兩岸山地基巖裸露。

3.3 地質(zhì)構(gòu)造、地震

橋址區(qū)北側(cè)450m 處和南側(cè)350m 處各有一條區(qū)域斷層通過，斷層走向NW305°，傾向NE（SW），延伸長度大于30km，橋址區(qū)位于兩斷層的下盤部位，斷層影響帶寬50～100m之間，未見錯斷第四系全新統(tǒng)沉積物，對擬改建橋梁影響較小。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306-2015），橋址處地震動峰值加速度為0.14g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.41s，基本設(shè)防烈度為Ⅶ度。根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則》，該橋?qū)儆贑類橋梁，應(yīng)按相應(yīng)烈度進(jìn)行抗震設(shè)防。橋址區(qū)無不良地質(zhì)和特殊性巖土。

4 橋梁病害及改造方案

4.1 橋梁病害現(xiàn)狀

（1）現(xiàn)澆板翼緣板腹板混凝土腐蝕。

（2）現(xiàn)澆板底板水蝕泛堿。

4.2 橋梁改造方案

（1）大槐溝橋梁施工前應(yīng)設(shè)置施工便道，施工便道在開挖便道路基成型后，埋設(shè)Ф500mm水泥管用作臨時性排水，鋪筑水穩(wěn)砂礫墊層，壓路機(jī)整平壓實，然后用C20混凝土硬化路面，安裝兩側(cè)波形梁護(hù)欄140m。

（2）拆除原橋，新建1m×13m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板橋，橋面寬度8.5m，橋梁全長20m，橋梁上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力空心板，預(yù)制空心板鉸縫面鑿毛成凹凸不小于6mm的粗糙面，以利于新舊混凝土良好結(jié)合。澆筑鉸縫混凝土前先用M15砂漿填底縫，待砂漿強(qiáng)度達(dá)80%后方可澆筑鉸縫混凝土，施工時可根據(jù)具體情況調(diào)整吊裝孔位置，在距離空心板端900mm 處，有鉸縫一側(cè)設(shè)80mm×25mm 預(yù)留孔，在懸臂根部設(shè)80mm×40mm 的預(yù)留孔，以便于空心板的吊裝。預(yù)制空心板混凝土強(qiáng)度和彈性模量均達(dá)到設(shè)計要求的85%后，且混凝土齡期不小于7d，方可張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，鋼束張拉采用張拉力與伸長量雙控，錨下控制應(yīng)力為0.75fpk，定位鋼筋在曲線部分間隔以400mm，直線段間隔以800mm設(shè)置一組。安裝錨墊板時應(yīng)特別注意使錨固面與鋼束垂直，預(yù)應(yīng)力鋼束引伸量為兩端引伸量之和，澆筑橋面現(xiàn)澆層混凝土前，必須將預(yù)制板頂面進(jìn)行鑿毛處理并清洗干凈以利有效結(jié)合，空心板與橋臺背墻之間設(shè)寒浸瀝青軟木板，橋面鋪裝層為150mm厚C50整體化混凝土現(xiàn)澆層，并設(shè)置2%雙向橫坡、防水層、5cmAC-20 改性瀝青混凝土、4cmAC-13改性瀝青混凝土。

（3）新建橋梁下部結(jié)構(gòu)新型方案比選。方案一為U形橋臺，擴(kuò)大基礎(chǔ)；方案二為柱式橋臺，樁基礎(chǔ)。由于U形橋臺對地基承載力要求較高，施工時開挖量較大，造價較柱式橋臺更高，因此綜合考慮，該新建橋梁下部結(jié)構(gòu)選用柱式橋臺，樁基礎(chǔ)。輕型橋臺設(shè)計尺寸為1.2m×8.5m，橋臺樁長為15m，樁徑為1.2m，兩樁基中心線間距為4.5m，聲測管材質(zhì)為Q235B的鋼管，需滿足樁基檢測要求，聲測管接頭及底部應(yīng)密封好，頂部也用鋼板封閉，防止砂漿、雜物堵塞管道及惡意破壞，聲測時再將底部切開，聲測鋼管用于超聲波測聲法檢查混凝土質(zhì)量，連接部位需密封可靠，以免混凝土漏入。鋼管伸出樁頂35cm，聲測管設(shè)于樁基鋼筋籠內(nèi)側(cè)，綁扎固定，上端高出樁基頂面，下端至樁底；聲測管按每節(jié)長度8m 計量，最底一節(jié)長度不大于12m，設(shè)計節(jié)間采用套管連接，施工時也可以采用螺紋連接，檢測完成后，要求檢測管內(nèi)灌滿M15水泥砂漿。鋼筋骨架應(yīng)采用雙面焊接，焊接長度不小于5d。骨架焊縫在兩根鋼筋相重疊段應(yīng)增加，其焊縫間距應(yīng)不大于1000mm，焊縫長度為2.5d，蓋梁在施工時應(yīng)注意預(yù)埋防震擋塊及支座墊石鋼筋。支座墊石尺寸為30cm×30cm×5.2cm，墊石中心高度為24.8cm。施工時必須保證墊石頂面水平，第一層鋼筋距墊石頂面3cm，鋼筋網(wǎng)層間距為5cm。為保證支座與墩臺及空心板的緊密貼合，板底面及墩臺頂面應(yīng)平整清潔，不得粘有油污。

（4）改造利用原橋橋臺基礎(chǔ)和前墻，拆除圬工混凝土180m3。

（5）上游一側(cè)利用原護(hù)岸墻，另一側(cè)和下游新建C20混凝土護(hù)坡進(jìn)行河道防護(hù)，混凝土護(hù)坡必須設(shè)置基礎(chǔ)，基礎(chǔ)開挖后若地基承載力不足，應(yīng)采用砂礫換填法處治。同時橋下設(shè)C20 混凝土鋪砌和抑水墻防止水流沖刷。

4.3 主要材料選擇

（1）水泥。大槐溝橋所用的水泥應(yīng)采用品質(zhì)穩(wěn)定的普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，堿含量不宜大于0.60%，熟料中C3A 含量不應(yīng)大于8.0%。其余技術(shù)要求應(yīng)符合《通用硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)》（GB 175-2007）的規(guī)定，不應(yīng)使用其它品種水泥。同一座橋梁的預(yù)制板應(yīng)采用同一品種水泥[2]。

（2）細(xì)骨料。細(xì)骨料應(yīng)采用硬質(zhì)潔凈的天然中粗河砂，也可使用經(jīng)專門機(jī)組生產(chǎn)、并經(jīng)試驗確認(rèn)的機(jī)制砂，其細(xì)度模數(shù)宜為2.6~3.2，含泥量不應(yīng)大于2.0%，泥塊含量不應(yīng)大于0.5%（高性能混凝土），其余技術(shù)要求應(yīng)符合《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTGE 42-2005）的規(guī)定[3]。

（3）粗骨料。粗骨料應(yīng)采用堅硬耐久的碎石或卵石，空隙率宜小于40%，壓碎指標(biāo)宜小于20%，粗骨料母巖的抗壓強(qiáng)度與混凝土設(shè)計強(qiáng)度之比應(yīng)不小于1.5，含泥量不應(yīng)大于1.0%，泥塊含量不應(yīng)大于0.5%，針片狀含量宜小于10%；粒徑宜為5~20mm，連續(xù)級配，最大粒徑不應(yīng)超過25mm，且不應(yīng)大于鋼筋最小凈距的3/4。其余技術(shù)要求應(yīng)符合JTGE 42-2005的規(guī)定。

（4）大槐溝橋所用混凝土選用的骨料應(yīng)在施工前進(jìn)行堿活性試驗，應(yīng)優(yōu)先采用非活性骨料。不應(yīng)使用堿-碳酸反應(yīng)活性骨料和膨脹率大于0.20%的堿-硅酸反應(yīng)活性骨料。當(dāng)所采用骨料的堿-硅酸反應(yīng)膨脹率在0.10%~0.20%時，混凝土中的總堿含量不宜大于3.0kg/m3（特大橋、大橋和重要橋梁不宜大于1.8kg/m3），且應(yīng)經(jīng)堿-骨料反應(yīng)抑制措施有效性試驗驗證合格[4]。

5 施工保障

5.1 交通組織分流方案

5.1.1 交通組織總體思路

該項目為二級公路橋梁加固維修工程，為了保證橋梁施工質(zhì)量和施工人員安全，S106線K135+464大槐溝橋危舊橋梁改造工程采用便道雙向通行的交通保障方案。

5.1.2 交通管理措施

在S106線K135+464大槐溝橋危舊橋梁改造工程施工前，施工單位應(yīng)預(yù)先發(fā)布施工公告（包括項目概況、開工、完工日期、項目主要負(fù)責(zé)人名單）。在相關(guān)路口設(shè)置安全提示標(biāo)志牌及繞行路線圖，告知過往車輛提前了解路線交通狀況，充分利用周邊交通。在道路平交路口，設(shè)立齊全的警告、警示標(biāo)志，施工作業(yè)區(qū)要布設(shè)規(guī)范、合理，最大限度地減少因施工給過往車輛、行人帶來的交通不便。

5.1.3 保證施工進(jìn)度措施

在做好交通組織的基礎(chǔ)上，采取流水作業(yè)方案，盡量縮短施工周期，確保該加固維修工程在合同規(guī)定的工期內(nèi)完成。

5.1.4 突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案

在施工期間如果交通量較大或發(fā)生車輛追尾等事件，將會出現(xiàn)施工路段擁堵情況，此時應(yīng)立即啟動突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案，協(xié)同業(yè)主、交警、衛(wèi)生、消防等部門共同處理突發(fā)情況。此外，該項目在施工期間如遇到節(jié)假日交通高峰期，可協(xié)同業(yè)主，暫停施工。

5.2 施工安全方案

（1）橋梁加固前應(yīng)該輔以必要的臨時支撐、腳手架等，確保橋梁施工安全[5]。

（2）梁板、墩柱混凝土澆筑過程中應(yīng)派專人及時檢查模板、支架、鋼筋骨架等構(gòu)件的變形情況，發(fā)現(xiàn)異常立即停止作業(yè)，并整修加固。

（3）混凝土梁板覆蓋養(yǎng)生時，梁板周圍應(yīng)設(shè)置安全護(hù)欄和警示標(biāo)志；灑水養(yǎng)生時，要避開周圍電氣設(shè)備。

（4）電工、焊工與切割工應(yīng)按規(guī)定正確佩戴并使用勞動保護(hù)用品。面罩與護(hù)目鏡、防護(hù)服應(yīng)符合現(xiàn)行《職業(yè)眼面部防護(hù)焊接防護(hù)第1部分：焊接防護(hù)具》、《焊接防護(hù)服》的規(guī)定。

（5）橋梁施工應(yīng)配備應(yīng)急救援機(jī)械設(shè)備、監(jiān)測儀器、堵漏、清洗消毒材料、交通工具、個體防護(hù)設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備和藥品、生活保障和救援物資，應(yīng)定期檢查、維護(hù)和更新，任何人均不得挪用救援物資和設(shè)備。

（6）橋梁作業(yè)區(qū)內(nèi)交通道路等重要場所應(yīng)設(shè)置安全應(yīng)急照明和誘導(dǎo)標(biāo)志，應(yīng)急照明應(yīng)配置備用電源并保證光照度符合要求。

6 結(jié)束語

本文以S106線K135+464大槐溝橋為例，通過對橋梁病害的反復(fù)調(diào)查以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析后，對該危舊橋梁實施了預(yù)應(yīng)力空心板梁改造，為保障改造的順利實施，采取了相應(yīng)交通組織分流及施工安全措施。改造實踐證明：對于建造年代久遠(yuǎn)、橋梁耐久性不足的中小危舊橋梁的改造，要結(jié)合橋位處地質(zhì)地貌、氣象水文等因素進(jìn)行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗算，才能保證危舊橋梁改造的合理性與經(jīng)濟(jì)性。