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

（臨夏公路事業發展中心臨夏公路段，甘肅 臨夏 731100）

0 引言

在橋梁服役周期內，隨著交通量的不斷增大，在汽車荷載、水文地質條件等因素的影響下，橋梁會出現一些結構性病害。對這些病害需時常跟蹤監測、系統分析，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調查以及結構穩定性分析，制定了詳細的危橋改造方案并順利實施，其經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，青海省達力加山底臥龍溝內，與雙達高速空間相交，距離臨夏州主城區35km。該橋跨徑為2跨×5.3m，上部結構形式為整體現澆板，汽車荷載等級-15級，道路等級為二級，設計速度為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%；設計洪水頻率為1/50；技術狀況評定為2類。根據2021年2月發布的《公路危舊橋梁橋排查和改造技術要求》第2.3.2 條規定，汽車-15 級及以下的橋梁，判定為承載能力適應性不足，因此需要對該橋進行危舊橋梁改造。S106線K135+464大槐溝橋全景如圖1所示。

圖1 原橋梁全景圖

2 橋梁改造設計原則及技術標準

根據《公路危舊橋梁橋排查和改造技術要求》第3.1.1條“危舊橋梁梁改造設計荷載等級不得低于原設計荷載等級，等級公路中原設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準”。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。橋梁設計速度：60km/h；車道數目：雙向兩車道；橋面寬度：0.5m（混凝土護欄）+7.5（行車道）+0.5m（混凝土護欄）；橋面橫坡：2.0%；設計洪水頻率：1/50；設計流量57.52m3/s，流速7.67m/s；橋梁抗震能力技術標準與原橋保持一致，不按最新發布的《公路橋梁抗震設計規范》（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。橋址區標準凍土深度為86cm。擬改造項目在全國公路自然分區中屬甘東黃土山地Ⅲ區。

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，兩側岸坡低緩，兩岸山地地勢高陡。橋址區溝谷分布第四系堆積物，兩岸山地基巖裸露。

3.3 地質構造、地震

橋址區北側450m 處和南側350m 處各有一條區域斷層通過，斷層走向NW305°，傾向NE（SW），延伸長度大于30km，橋址區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沉積物，對擬改建橋梁影響較小。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306-2015），橋址處地震動峰值加速度為0.14g，地震動反應譜特征周期為0.41s，基本設防烈度為Ⅶ度。根據《公路橋梁抗震設計細則》，該橋屬于C類橋梁，應按相應烈度進行抗震設防。橋址區無不良地質和特殊性巖土。

4 橋梁病害及改造方案

4.1 橋梁病害現狀

（1）現澆板翼緣板腹板混凝土腐蝕。

（2）現澆板底板水蝕泛堿。

4.2 橋梁改造方案

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

（2）拆除原橋，新建1m×13m預應力鋼筋混凝土空心板橋，橋面寬度8.5m，橋梁全長20m，橋梁上部結構為預應力空心板，預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合。澆筑鉸縫混凝土前先用M15砂漿填底縫，待砂漿強度達80%后方可澆筑鉸縫混凝土，施工時可根據具體情況調整吊裝孔位置，在距離空心板端900mm 處，有鉸縫一側設80mm×25mm 預留孔，在懸臂根部設80mm×40mm 的預留孔，以便于空心板的吊裝。預制空心板混凝土強度和彈性模量均達到設計要求的85%后，且混凝土齡期不小于7d，方可張拉預應力鋼束，鋼束張拉采用張拉力與伸長量雙控，錨下控制應力為0.75fpk，定位鋼筋在曲線部分間隔以400mm，直線段間隔以800mm設置一組。安裝錨墊板時應特別注意使錨固面與鋼束垂直，預應力鋼束引伸量為兩端引伸量之和，澆筑橋面現澆層混凝土前，必須將預制板頂面進行鑿毛處理并清洗干凈以利有效結合，空心板與橋臺背墻之間設寒浸瀝青軟木板，橋面鋪裝層為150mm厚C50整體化混凝土現澆層，并設置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）新建橋梁下部結構新型方案比選。方案一為U形橋臺，擴大基礎；方案二為柱式橋臺，樁基礎。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，該新建橋梁下部結構選用柱式橋臺，樁基礎。輕型橋臺設計尺寸為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，聲測管材質為Q235B的鋼管，需滿足樁基檢測要求，聲測管接頭及底部應密封好，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，聲測管設于樁基鋼筋籠內側，綁扎固定，上端高出樁基頂面，下端至樁底；聲測管按每節長度8m 計量，最底一節長度不大于12m，設計節間采用套管連接，施工時也可以采用螺紋連接，檢測完成后，要求檢測管內灌滿M15水泥砂漿。鋼筋骨架應采用雙面焊接，焊接長度不小于5d。骨架焊縫在兩根鋼筋相重疊段應增加，其焊縫間距應不大于1000mm，焊縫長度為2.5d，蓋梁在施工時應注意預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平整清潔，不得粘有油污。

（4）改造利用原橋橋臺基礎和前墻，拆除圬工混凝土180m3。

（5）上游一側利用原護岸墻，另一側和下游新建C20混凝土護坡進行河道防護，混凝土護坡必須設置基礎，基礎開挖后若地基承載力不足，應采用砂礫換填法處治。同時橋下設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采用品質穩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 含量不應大于8.0%。其余技術要求應符合《通用硅酸鹽水泥標準》（GB 175-2007）的規定，不應使用其它品種水泥。同一座橋梁的預制板應采用同一品種水泥[2]。

（2）細骨料。細骨料應采用硬質潔凈的天然中粗河砂，也可使用經專門機組生產、并經試驗確認的機制砂，其細度模數宜為2.6~3.2，含泥量不應大于2.0%，泥塊含量不應大于0.5%（高性能混凝土），其余技術要求應符合《公路工程集料試驗規程》（JTGE 42-2005）的規定[3]。

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

（4）大槐溝橋所用混凝土選用的骨料應在施工前進行堿活性試驗，應優先采用非活性骨料。不應使用堿-碳酸反應活性骨料和膨脹率大于0.20%的堿-硅酸反應活性骨料。當所采用骨料的堿-硅酸反應膨脹率在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），且應經堿-骨料反應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，施工單位應預先發布施工公告（包括項目概況、開工、完工日期、項目主要負責人名單）。在相關路口設置安全提示標志牌及繞行路線圖，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，設立齊全的警告、警示標志，施工作業區要布設規范、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 保證施工進度措施

在做好交通組織的基礎上，采取流水作業方案，盡量縮短施工周期，確保該加固維修工程在合同規定的工期內完成。

5.1.4 突發事件應急預案

在施工期間如果交通量較大或發生車輛追尾等事件，將會出現施工路段擁堵情況，此時應立即啟動突發事件應急預案，協同業主、交警、衛生、消防等部門共同處理突發情況。此外，該項目在施工期間如遇到節假日交通高峰期，可協同業主，暫停施工。

5.2 施工安全方案

（1）橋梁加固前應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派專人及時檢查模板、支架、鋼筋骨架等構件的變形情況，發現異常立即停止作業，并整修加固。

（3）混凝土梁板覆蓋養生時，梁板周圍應設置安全護欄和警示標志；灑水養生時，要避開周圍電氣設備。

（4）電工、焊工與切割工應按規定正確佩戴并使用勞動保護用品。面罩與護目鏡、防護服應符合現行《職業眼面部防護焊接防護第1部分：焊接防護具》、《焊接防護服》的規定。

（5）橋梁施工應配備應急救援機械設備、監測儀器、堵漏、清洗消毒材料、交通工具、個體防護設備、醫療設備和藥品、生活保障和救援物資，應定期檢查、維護和更新，任何人均不得挪用救援物資和設備。

（6）橋梁作業區內交通道路等重要場所應設置安全應急照明和誘導標志，應急照明應配置備用電源并保證光照度符合要求。

6 結束語

本文以S106線K135+464大槐溝橋為例，通過對橋梁病害的反復調查以及結構穩定性分析后，對該危舊橋梁實施了預應力空心板梁改造，為保障改造的順利實施，采取了相應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、橋梁耐久性不足的中小危舊橋梁的改造，要結合橋位處地質地貌、氣象水文等因素進行結構穩定性驗算，才能保證危舊橋梁改造的合理性與經濟性。