劉 偉

（山西交科公路勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西太原 030032）

0 引言

近年來(lái)我國(guó)公路橋梁數(shù)量呈直線上升趨勢(shì)，由于修建年代、施工水平和標(biāo)準(zhǔn)不同，橋梁防護(hù)設(shè)施的設(shè)置型式和種類(lèi)多樣，防護(hù)能力各異。1994年之前我國(guó)護(hù)欄設(shè)計(jì)規(guī)范存在空白，《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》88 版規(guī)范要求“高速公路及一級(jí)公路的橋梁應(yīng)設(shè)置護(hù)欄”。1994年至2006年，高速公路橋梁護(hù)欄以PL2防護(hù)等級(jí)的組合式橋梁護(hù)欄為代表，防護(hù)能量達(dá)到130 kJ[1]。 2006年之后，高速公路橋梁防護(hù)設(shè)施最低防撞等級(jí)為SB級(jí)，防護(hù)能量280 kJ[2]。

2006年以前修建的橋梁，距今已超過(guò)17年，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，車(chē)輛組成、交通流特征發(fā)生了變化，交通量急劇增加、載重量增大，社會(huì)公眾出行對(duì)公路橋梁防護(hù)能力提出了更高的要求，2006年以前修建橋梁，護(hù)欄防護(hù)能力已不滿(mǎn)足通行安全要求。2020年9月交通運(yùn)輸部辦公廳下發(fā)了《交通運(yùn)輸部辦公廳關(guān)于進(jìn)一步做好公路獨(dú)柱墩橋梁運(yùn)行安全提升等四個(gè)專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)實(shí)施工作的通知》，其中包含提升公路橋梁安全防護(hù)能力專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)，這對(duì)完善在役公路橋梁防護(hù)設(shè)施，提升公路橋梁通行防護(hù)能力，降低車(chē)輛沖破橋梁護(hù)欄墜落的安全風(fēng)險(xiǎn)起重要作用。

1 橋梁護(hù)欄現(xiàn)狀調(diào)查

調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，高速公路橋梁護(hù)欄形式豐富多樣，典型形式有F 型混凝土護(hù)欄、單坡型混凝土護(hù)欄、組合式護(hù)欄、梁柱式護(hù)欄及波形梁護(hù)欄，同種護(hù)欄型式又存在不同的病害程度。故要想獲得滿(mǎn)足規(guī)范要求、經(jīng)濟(jì)可行的護(hù)欄改造效果，必須對(duì)橋梁護(hù)欄及橋面板現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。

1.1 護(hù)欄結(jié)構(gòu)調(diào)查

以山西某高速為例，橋梁防護(hù)設(shè)施均采用《高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)及施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 074—94）設(shè)計(jì)：大中橋梁路側(cè)防撞護(hù)欄均為PL2級(jí)組合式護(hù)欄[1]，混凝土底座+上部鋼扶手，混凝土底座高度分為63 cm 與68.5 cm 兩種（見(jiàn)圖1、圖2）；中央分隔帶均為兩波型波形梁護(hù)欄，立柱直徑為114 mm（見(jiàn)圖3）。調(diào)查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分橋梁組合式護(hù)欄底座混凝土保護(hù)層松散、脫落，嚴(yán)重影響其耐久性，橋梁護(hù)欄提升時(shí)應(yīng)充分考慮其產(chǎn)生的不利影響。

圖1 組合式護(hù)欄1（底座68.5 cm）

圖2 組合式護(hù)欄2（底座63 cm）

圖3 中分帶波形梁護(hù)欄

1.2 橋面板結(jié)構(gòu)調(diào)查

JTG D81—2017 規(guī)定“橋梁護(hù)欄與橋面板應(yīng)進(jìn)行可靠連接”[2]，如橋面板強(qiáng)度不足，則可能導(dǎo)致橋梁護(hù)欄傾覆或橋面板撕裂。山西某高速公路橋面板采用了預(yù)制空心板及箱梁兩種形式，通過(guò)調(diào)查橋面板結(jié)構(gòu)分為三類(lèi)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 橋面板結(jié)構(gòu)匯總

2 護(hù)欄提升方案

在橋梁護(hù)欄防護(hù)能力提升工作中，如全部拆除重建勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)大、投資多、工期長(zhǎng)等問(wèn)題，嚴(yán)重影響公路運(yùn)營(yíng)；如對(duì)原有護(hù)欄進(jìn)行利用，則面臨橋梁護(hù)欄和橋面板結(jié)構(gòu)形式多樣，護(hù)欄配筋型式、高度也可能包含很多種組合的問(wèn)題，一橋一策提升方案是不現(xiàn)實(shí)的，橋梁護(hù)欄防護(hù)能力提升是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，可以參考“全面排查、關(guān)鍵參數(shù)分析、最不利要素組合、防護(hù)能力科學(xué)提升”的思路對(duì)高速公路的橋梁護(hù)欄防護(hù)能力提升提出精準(zhǔn)解決方案。

根據(jù)對(duì)山西某高速公路調(diào)查分類(lèi)情況，結(jié)合原橋梁護(hù)欄結(jié)構(gòu)和橋面板結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀研究提出了4 種精細(xì)化提升方案：對(duì)位于無(wú)翼緣或小翼緣橋面板且技術(shù)狀況良好的混凝土護(hù)欄，拆除原有組合式護(hù)欄的上部鋼橫梁和支柱，植筋加高混凝土護(hù)欄使其總高度至110 cm[3]；對(duì)無(wú)翼緣或小翼緣橋面板，迎撞面馬蹄部位長(zhǎng)年受融雪劑及自然環(huán)境的侵蝕導(dǎo)致混凝土剝落的混凝土護(hù)欄[4]，鑿除迎撞面混凝土保護(hù)層，頂面植筋加高，迎撞面改為F 型混凝土護(hù)欄；因植筋加高后翼緣板承載能力不足大翼緣橋面板的混凝土護(hù)欄，采用增設(shè)梁柱式結(jié)構(gòu)加高設(shè)計(jì)；前3 種方案均能將原混凝土護(hù)欄提升至SS 級(jí)。對(duì)中央分隔帶波形梁護(hù)欄，拆除原兩波板，通過(guò)安裝增高套筒與三波形護(hù)欄板，將原波形梁護(hù)欄提升至SB 級(jí)。具體提升方案如下。

a）提升方案一 對(duì)于無(wú)翼緣或小翼緣橋面板的混凝土護(hù)欄，可不必進(jìn)行橋面板承載力驗(yàn)算，直接采用加高方案即可。拆除上部鋼構(gòu)件，為增強(qiáng)新舊結(jié)構(gòu)銜接，鑿除頂部20 cm 混凝土，所有豎向鋼筋均與原護(hù)欄鋼筋焊接，最后選用C35 混凝土以直墻型加高混凝土護(hù)欄[5]，在頂面設(shè)置防爬坎，使總高度到110 cm，防護(hù)等級(jí)達(dá)到SS 級(jí)（見(jiàn)圖4）；為提升混凝土護(hù)欄耐久性在迎撞面及頂面整體進(jìn)行防腐涂裝。

圖4 組合式護(hù)欄1改造圖

b）提升方案二 同樣對(duì)于無(wú)翼緣或小翼緣橋面板的混凝土護(hù)欄，但其迎撞面混凝土侵蝕、破損嚴(yán)重，為實(shí)現(xiàn)對(duì)既有護(hù)欄的加固，同時(shí)提升護(hù)欄防撞等級(jí)，首先鑿除原護(hù)欄迎撞面混凝土保護(hù)層，使其裸露出鋼筋，采用連接筋使既有護(hù)欄鋼筋與加厚部位鋼筋連接在一起，在原護(hù)欄內(nèi)側(cè)澆筑C40 混凝土，同時(shí)在頂部植筋并澆筑C35 混凝土，增加根部厚度級(jí)護(hù)欄高度，實(shí)現(xiàn)護(hù)欄提升至SS 級(jí)（見(jiàn)圖5）。

圖5 組合式護(hù)欄2改造圖

c）提升方案三 對(duì)于大翼緣橋面板的混凝土護(hù)欄，橋面板承載能力的驗(yàn)算參照《提升公路橋梁安全防護(hù)能力專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)技術(shù)指南》附錄B 驗(yàn)算示例的方法進(jìn)行：經(jīng)驗(yàn)算，由于橋梁建設(shè)期較早，其懸臂鋼筋直徑較小、布設(shè)間距均大，故其懸臂承載能力無(wú)法滿(mǎn)足SS 級(jí)護(hù)欄碰撞荷載。設(shè)計(jì)碰撞荷載下車(chē)輛撞擊護(hù)欄后，懸臂板可能被撕裂。

數(shù)值仿真分析見(jiàn)圖6，具體方案為通過(guò)在原混凝土底座上增設(shè)梁柱式結(jié)構(gòu)提升橋梁護(hù)欄防護(hù)能力（見(jiàn)圖7），通過(guò)梁、柱之間的防阻塊分散對(duì)橋面板集中撞擊力，從而防止懸臂板因承載力不足而撕裂。同時(shí)，對(duì)梁柱式結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，該提升方案滿(mǎn)足SS防撞等級(jí)，且橋梁懸臂板不會(huì)發(fā)生撕裂破壞。

圖6 有限元仿真驗(yàn)證提升方案

圖7 組合式護(hù)欄2提升方案

d）提升方案四拆除中央分隔帶原波形護(hù)欄的兩波板和托架，保留原立柱，并在原有立柱上安裝增高套管、改進(jìn)型PB 防阻塊和三波形鋼護(hù)欄板，中分帶兩側(cè)增高套管使用2 根φ12 熱浸鍍鋅鋼絲繩斜穿穩(wěn)定，將護(hù)欄提升為SB 級(jí)（見(jiàn)圖8）。

圖8 中分帶波形梁護(hù)欄改造圖

3 工程應(yīng)用評(píng)價(jià)

根據(jù)提升方案對(duì)山西某高速公路橋梁護(hù)欄防護(hù)能力進(jìn)行了升級(jí)改造。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中暴露出一些具體問(wèn)題，如混凝土護(hù)欄頂部鑿除20 cm 后，原護(hù)欄外露的鋼筋長(zhǎng)度仍然無(wú)法滿(mǎn)足鋼筋雙面焊接長(zhǎng)度要求（規(guī)范要求不小于5 倍鋼筋直徑）；由于高速建造時(shí)間較早，少數(shù)波形梁護(hù)欄立柱根部銹蝕嚴(yán)重，強(qiáng)度不足。面對(duì)施工中出現(xiàn)的種種問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多方研討，針對(duì)混凝土護(hù)欄焊接長(zhǎng)度不足問(wèn)題，提出加大鑿除高度的方案，直至滿(mǎn)足鋼筋焊接長(zhǎng)度要求；對(duì)波形梁護(hù)欄立柱強(qiáng)度不足問(wèn)題，采用局部更換立柱方案，通過(guò)植筋將法蘭盤(pán)立柱固定于橋梁臺(tái)帽上。

山西某高速橋梁護(hù)欄提升改造后，提升了橋梁防護(hù)安全與路域景觀（見(jiàn)圖9），未發(fā)生車(chē)輛沖出橋梁的交通事故，安全性能良好。

圖9 橋梁護(hù)欄提升后效果

相較鑿除重建方案，本文提出的精細(xì)化提升方案大大縮短了施工工期，通過(guò)對(duì)混凝土護(hù)欄底座的合理利用節(jié)約了資源，降低了工程造價(jià)，減少了施工對(duì)高速運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的影響，具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

橋梁護(hù)欄防護(hù)能力精細(xì)化提升改造方案的實(shí)施，有力破解了情況較為復(fù)雜、處治難度較大的在役橋梁安全防護(hù)能力的提升難題，對(duì)于以后橋梁護(hù)欄升級(jí)改造具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。橋梁護(hù)欄提升時(shí)，通過(guò)再利用既有橋梁護(hù)欄底座和鋼立柱，可有效降低施工期間通行車(chē)輛發(fā)生墜橋的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)能節(jié)約施工工期，減少材料使用量，降低橋梁護(hù)欄的全生命周期成本。