長深高速濱州黃河公路大橋護欄改造工程設計

張軍方

(山東省交通規劃設計院)

1 項目背景

1.1 護欄現狀

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，結構形式為三塔斜拉橋;大橋按雙向四車道高速公路標準設計，主橋全寬32.8 m，引橋寬27 m，設計時速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，按照當時的相關規范設置了較完善的橋梁護欄，橋梁護欄設置在橋梁路側和中央分隔帶，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，立柱法蘭盤與預埋地腳螺栓相連接。

1.2 存在問題

現有橋梁護欄不符合現行規范要求，存在的主要問題如下:

(1)長深高速濱州黃河公路大橋為斜拉橋，斜拉索布置在主橋兩側?，F有橋梁護欄是按原規范進行設置，防撞能力不足，當在惡劣天氣出現交通事故時，可能造成車輛撞斷護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件，對斜拉結構橋梁的結構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整體，而橋梁護欄是依靠整體分解車輛碰撞能量。因此，當事故發生時，碰撞能量不能分解到相鄰橫梁、立柱上面，導致碰撞點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。

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

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

2 改造方案

按照現行規范的要求，以橋梁、護欄實際狀況為基礎，結合現場調查情況，對改造范圍內的護欄制定如下總體改造方案:

(1)將改造范圍內的現有鋼護欄拆除，按現行規范重新設計，橋梁路側護欄采用SS級的四橫梁金屬梁柱式護欄，中央分隔帶護欄采用SBm級的三橫梁金屬梁柱式護欄。

(2)保留現有的立柱底座，將底座上的5 cm砂漿層擊碎、清除，拆除現有預埋鋼板，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構。

(3)在現有正常段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，重新設計法蘭盤，通過鉆孔、植入的地腳螺栓連接上部結構。

(4)路側橋梁護欄的四橫梁金屬梁柱式護欄與路基路側波形梁護欄、中央分隔帶的三橫梁金屬梁柱式護欄與現有鋼護欄進行過渡處理。

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

(6)在大橋范圍內的車行道邊緣線采用熱熔型突起標線，橋頭兩側200 m范圍內增設震蕩標線，增設禁止停車標志等設施，利用標志、標線設施提醒駕駛人減速慢行、注意安全。

3護欄

3.1 設計原則

(1)護欄應具有防止失控車輛越過中央分隔帶的功能;

(2)具有較強的吸收碰撞能量的能力;

(3)具有導向功能，使碰撞車輛改變行駛方向;

(4)具有誘導視線的功能。

3.1.1 路側橋梁護欄

本項目路側采用SS 級四橫梁金屬梁柱式護欄。

3.1.2 中央分隔帶橋梁護欄

本項目中央分隔帶采用SBm級三橫梁金屬梁柱式護欄。

護欄代號如下:

Bp-SS-Fp金屬梁柱式護欄，路側SS級，采用法蘭盤連接;

Bp-SBm-Fp金屬梁柱式護欄，中央分隔帶SBm級，采用法蘭盤連接。

3.2 技術要求

(1)立柱、橫梁及拼接套管所用鋼材為低碳合金高強度結構鋼(Q345B)，其技術條件應符合GB700-88、GB6725-86、GB6728-86的規定。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、墊片均應符合GB1228～1231-91的規定。法蘭盤和加勁板材料采用Q345B鋼。

(2)本設計所采用的螺母為防盜螺母。

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

(4)植筋所用的膠粘劑必須采用改性環氧類或乙烯基脂類(包括改性氨基甲酸脂)，符合混凝土結構加固設計規范(GB50367-2006)中規定的A級膠，膠粘劑的性能和質量應符合GB50367-2006中的規定。

(5)植筋膠應滿足在潮濕環境下可以施工而不降低技術性能的要求。

(6)植筋膠的施工、使用溫度應遵循產品使用說明。

(7)所選用的植筋膠和其相關產品對環境不能造成污染。

(8)地腳螺栓應選用符合GB 50367—2006相關規定的帶肋鋼筋。

(9)植筋完畢應靜置養護，養護的條件應按產品使用說明的規定執行。

(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)保留現有的立柱底座預埋地腳螺栓，將底座上的5 cm砂漿層擊碎、清除，拆除現有預埋鋼板，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與現有地腳螺栓連接。

(2)法蘭盤與立柱、加勁板預先焊接，并采用技術要求中的防腐工藝進行處理。

(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引橋路側新增護欄立柱底座施工時必須探明現有橫向預應力鋼束的位置，使預應力鋼束(寬度70 mm)落在地腳螺栓之間，且植入的地腳螺栓距預應力鋼束不小于15 cm。

③植筋流程應嚴格遵循植筋膠產品說明中的流程，使用電錘或鉆孔設備鉆孔，在植入地腳螺栓前用專用鋼刷清孔，吹出灰塵和積水，孔內必須無冰或油脂，清孔、除塵次數應符合產品使用說明規定，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無氣泡或孔隙注膠至填滿孔深的2/3，以連續旋轉方式植入地腳螺栓至膠體流出，凝膠之前可植入或調整地腳螺栓固化完成后可發揮設計力值。

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

(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，并進行防腐處理。

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

3.4 植筋過程中的結構安全問題

新增的護欄立柱底座需在橋面鉆孔、植筋，而橋面下方有大量的預應力鋼束和鋼筋，改造方案從設計角度避免了鉆孔植筋對橋梁結構安全的影響。

3.4.1 預應力鋼束的避讓

改造方案中需在主橋路側、中央和引橋路側鉆孔植筋:

(1)主橋

依據國道205線濱州黃河公路大橋竣工圖紙，主橋縱向預應力束的位置與主橋路側、中央鉆孔植筋不沖突;新增護欄立柱底座處30 cm植筋深度內無橫向預應力鋼束。

(2)引橋

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

3.4.2 鋼筋的避讓

施工時應對照原橋梁竣工圖紙，并采用必要的設備測量原有鋼筋位置，掌握該部分的受力主鋼筋和結構鋼筋的分布情況，從而在鉆孔植筋時有效避讓。設計方案中適當增大法蘭盤預留孔、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。