白草口2号大桥防撞护栏维修改造处治方案设计

郭华筝

（山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012）

G55高速公路忻州段桥梁中央分隔带波形梁护栏使用年限较长，由于长时间受自然界因素影响，部分护栏立柱、钢板锈蚀严重，波形梁护栏立柱与桥梁底座预埋件锈蚀、松动、开裂，已不满足防护等级要求，存在安全隐患。为了保证路段行车的安全、可靠，现以G55高速公路忻州段白草口2号大桥为例，对防撞护栏的立柱进行加固改造方案设计。

1 现状调查

经勘察设计人员深入现场，并结合忻州高速公路有限责任公司提供的信息与资料，对病害进行调查。白草口2号大桥中央分隔带波形梁护栏共有392根立柱，采用钢板焊接固定，其中有22根护栏立柱钢板脱离钢筋混凝土底座。调查情况详见图1。

图1 护栏立柱钢板脱离钢筋混凝土底座

2 处治方案

2.1 处治原则

根据《公路工程技术标准》（JTG B01—2014），结合山西省高速公路管理局的有关要求[1]，本项目仅对桥梁中央分隔带护栏进行改造处治以恢复其功能，并不提高原有公路的技术等级。其主要技术指标见表1。

表1 G55高速公路忻州段技术指标表

原桥中央分隔带护栏型式为波形梁护栏，是按照《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范》（JTJ 074—94）进行设计的。随着交通部《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81—2006）及安全设施相关设计规范的发布，替代了原《94版规范》，新规范提高了公路安全设施设计标准，尤其是护栏标准，对碰撞条件中各项参数都有了较大的提升，原桥中央分隔带护栏在型式的选择、护栏高度、防撞等级均不满足现行规范要求。

本项目中白草口2号大桥位于G55高速公路忻州段K581+500—K616+500段落内，本段落的设计速度为80 km/h；桥梁护栏防撞等级按照《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81—2006）中表5.2.5适用条件选择防撞等级为SAm[2]。

根据以上综合分析及本省高速公路桥梁防撞护栏型式选择经验，本项目处治方案：将原桥梁中央分隔带波形梁护栏拆除，新建F型混凝土护栏，防撞等级为SAm。

2.2 预埋钢筋锚固长度计算

SAm级防撞墙采用碰撞荷载标准值86 kN/m。a）力的作用点 距护栏顶面5 cm，参见图2；

图2 防撞护栏钢筋受力计算示意图

b）钢筋与混凝土极限锚固应力 3.3 MPa；

c）预埋钢筋直径 0.012 m；

d）预埋钢筋锚固深度 L；

e）每延米植筋根数 6根；

f）假设F2达到极限状态时：

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

F1/F2=279/412，F1=0.677F2.

根据力矩平衡：

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.

根据计算可得，新建防撞护栏N2钢筋的锚固深度最小为12.6 cm，另白草口2号大桥预埋钢筋原2号筋锚固长度为39 cm，因此可将N2钢筋与原2号钢筋进行连接。

2.3 处治方法

先拆除原有桥梁中央分隔带处波形梁护栏及护栏柱，凿除原混凝土底座，拆除原底座内的原3号、原5号钢筋，保留预埋钢筋原2号钢筋，将N2钢筋与N3钢筋双面焊接后植入到主梁翼板内，纵向间距同N2钢筋，植入深度为16 cm。然后将N2钢筋与原2号筋双面焊接，焊缝长度为8 cm。如N2钢筋间距与原2号钢筋间距不符，以原2号钢筋间距为准；新浇筑防撞墙与原桥面铺装结合部位采用沥青灌缝处理。防撞护栏结构设计图及工程数量表如图3和表2所示。

图3 防撞护栏结构设计图（单位：cm）

表2 白草口2号大桥防撞护栏维修处置工程数量表

3 施工方法

3.1 拆除工程

a）拆除原桥中央分隔带波形梁、护栏柱。

b）拆除原桥中央分隔带护栏底座，建议人工采用风镐拆除，拆除过程中一定要确保不能破坏底座下面的桥梁上部结构，确保混凝土底座内的预埋钢筋完好，不能弯折、保证钢筋表面干净，满足可利用条件。

3.2 植筋工程

在按照设计图纸确定植筋位置后，仍需要使用钢筋定位仪进行探测微调钻孔位置，以避免损伤原结构主筋及增加废孔数量。

a）植筋前必须采取措施保证钻孔竖直度，以保证钢筋直插到底、胶层密实饱满及外露钢筋的竖直度。

b）植筋孔成孔、清孔后需采用合适措施临时封口处理，避免污染植筋孔；废孔应采用M40环氧树脂砂浆予以填筑密实；所植钢筋必须除锈处理；植筋用胶黏剂等级采用A级胶。黏结强度设计值采用4.5 MPa。

c）植筋时，其钢筋先焊接后种植。

3.3 其他

本次对中央分隔带护栏改造段落进行防眩设施的设计，桥梁段中央分隔带采用防眩网防眩。防眩网的施工必须符合《公路交通安全设施施工技术规范》（JTG F71—2006）及其他国家现行的有关标准、规定[3]。防眩网安装时应保证支撑立柱在一条直线上，并保证立柱顶面在同一水平面上。

桥梁钢筋混凝土防撞护栏与路基波形梁护栏过渡段采用BT-2结构型式过渡。防撞护栏施工时应预埋好法兰盘及地脚螺栓，地脚螺栓应结合混凝土护栏型式，并进行弯折与护栏内的受力钢筋绑扎成一体。

4 施工组织设计

4.1 原则

要求施工期间不中断高速公路交通，保证各个时段高速公路的通行。

4.2 总体方案

a）通过优化施工方法来减小施工对交通的影响，选择质量优、时间短的施工方法，将对施工现场周边交通环境的影响降到最低。

b）本项目主要是针对高速桥梁中分带现有波形护栏的改造，存在施工点较多，因此，施工前应合理规划施工点进行的时间和顺序。

c）应合理规划施工车辆路线，缩短施工车辆在高速上运行的时间和距离，本路段车流量很大，施工时不允许在主线中央分隔带开口上掉头，必须从互通口出入。

d）根据《公路养护安全作业规程》及相关规定在施工点设置临时安全设施[4]。

e）其他未尽事宜应参照国家相应规程。

4.3 临时安全设施

为了保障施工时的交通安全，在施工过程中要做好交通管制的实施方案，设置施工作业控制区，分为警告区、上游过渡区、缓冲区、工作区、下游过渡区以及终止区。

本项目设警告区长度S=1 800 m，上游过渡区长度Ls=150 m，缓冲区长度H=60 m；下游过渡区长度Lx=50 m，终止区长度Z=50 m，工作区长度G则根据维修作业的需要确定。同时，该区间内应按照《道路交通标志和标线》（GB 5768—2009）中“道路施工安全标志”的有关规定统一设置各警告标志，包括“前方施工”标志、“限制速度”标志、“前方车道变窄”标志、终止期末端的“速度解除”标志、“可变信息标志牌”、施工警示灯护栏等，过渡区、缓冲区还应配有锥形交通路标[5]。

G55高速公路是国家的一条高速大动脉，也是山西省的重要运输通道，桥梁的工程质量直接关系着行车的安全与畅通。本文以白草口2号大桥防撞护栏的维修改造为实例，为今后同类型桥梁波形梁护栏的维修改造处治工程提供一些设计上的经验和帮助。