中小公路危旧桥梁改造分析——以S106线K135+464大槐沟桥为例

鲁振芬

（临夏公路事业发展中心临夏公路段，甘肃 临夏 731100）

0 引言

在桥梁服役周期内，随着交通量的不断增大，在汽车荷载、水文地质条件等因素的影响下，桥梁会出现一些结构性病害。对这些病害需时常跟踪监测、系统分析，必要时对症下药，对危旧桥梁实施改造。本文以S106线K135+464大槐沟桥为例，通过对桥梁病害的反复调查以及结构稳定性分析，制定了详细的危桥改造方案并顺利实施，其经验可供中小危旧桥梁改造时借鉴。

1 桥梁概况

S106线K135+464大槐沟桥建成于1970年，该桥位于临夏州境内，青海省达力加山底卧龙沟内，与双达高速空间相交，距离临夏州主城区35km。该桥跨径为2跨×5.3m，上部结构形式为整体现浇板，汽车荷载等级-15级，道路等级为二级，设计速度为60km/h，桥面宽度为0.35m（混凝土栏杆）+7m（行车道）+0.35m（混凝土栏杆），桥面横坡为1.5%；设计洪水频率为1/50；技术状况评定为2类。根据2021年2月发布的《公路危旧桥梁桥排查和改造技术要求》第2.3.2 条规定，汽车-15 级及以下的桥梁，判定为承载能力适应性不足，因此需要对该桥进行危旧桥梁改造。S106线K135+464大槐沟桥全景如图1所示。

图1 原桥梁全景图

2 桥梁改造设计原则及技术标准

根据《公路危旧桥梁桥排查和改造技术要求》第3.1.1条“危旧桥梁梁改造设计荷载等级不得低于原设计荷载等级，等级公路中原设计荷载等级低于公路-Ⅱ级的，宜以公路-Ⅱ级或以上荷载等级为原标准”。确定对S106线K135+464大槐沟桥旧桥改造后的荷载等级提升为公路-Ⅰ级。桥梁设计速度：60km/h；车道数目：双向两车道；桥面宽度：0.5m（混凝土护栏）+7.5（行车道）+0.5m（混凝土护栏）；桥面横坡：2.0%；设计洪水频率：1/50；设计流量57.52m3/s，流速7.67m/s；桥梁抗震能力技术标准与原桥保持一致，不按最新发布的《公路桥梁抗震设计规范》（JTG/T 2231-01-2020）要求[1]。

3 桥位处自然地理特征

3.1 气象与水文

甘肃省临夏县气候特点显著，夏秋炎热，冬春寒冷，早晚温差大。年平均气温5.9℃，年平均无霜期为148d，年均降水量630mm。历年最高气温可达38.4℃。历年最低气温-20.3℃。最大积雪深度13～16cm，一般降雪在11月至次年3月。土壤平均开始冻土日期为11月15日，翌年平均解冻日期为3月10日。桥址区标准冻土深度为86cm。拟改造项目在全国公路自然分区中属甘东黄土山地Ⅲ区。

3.2 地形地貌

拟改造桥梁横跨卧龙沟右岸支沟大槐沟，属山地沟谷地貌，沟道宽约12m，横向地形基本对称呈窄“U”字形，切割深度3m 左右，两侧岸坡低缓，两岸山地地势高陡。桥址区沟谷分布第四系堆积物，两岸山地基岩裸露。

3.3 地质构造、地震

桥址区北侧450m 处和南侧350m 处各有一条区域断层通过，断层走向NW305°，倾向NE（SW），延伸长度大于30km，桥址区位于两断层的下盘部位，断层影响带宽50～100m之间，未见错断第四系全新统沉积物，对拟改建桥梁影响较小。根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2015），桥址处地震动峰值加速度为0.14g，地震动反应谱特征周期为0.41s，基本设防烈度为Ⅶ度。根据《公路桥梁抗震设计细则》，该桥属于C类桥梁，应按相应烈度进行抗震设防。桥址区无不良地质和特殊性岩土。

4 桥梁病害及改造方案

4.1 桥梁病害现状

（1）现浇板翼缘板腹板混凝土腐蚀。

（2）现浇板底板水蚀泛碱。

4.2 桥梁改造方案

（1）大槐沟桥梁施工前应设置施工便道，施工便道在开挖便道路基成型后，埋设Ф500mm水泥管用作临时性排水，铺筑水稳砂砾垫层，压路机整平压实，然后用C20混凝土硬化路面，安装两侧波形梁护栏140m。

（2）拆除原桥，新建1m×13m预应力钢筋混凝土空心板桥，桥面宽度8.5m，桥梁全长20m，桥梁上部结构为预应力空心板，预制空心板铰缝面凿毛成凹凸不小于6mm的粗糙面，以利于新旧混凝土良好结合。浇筑铰缝混凝土前先用M15砂浆填底缝，待砂浆强度达80%后方可浇筑铰缝混凝土，施工时可根据具体情况调整吊装孔位置，在距离空心板端900mm 处，有铰缝一侧设80mm×25mm 预留孔，在悬臂根部设80mm×40mm 的预留孔，以便于空心板的吊装。预制空心板混凝土强度和弹性模量均达到设计要求的85%后，且混凝土龄期不小于7d，方可张拉预应力钢束，钢束张拉采用张拉力与伸长量双控，锚下控制应力为0.75fpk，定位钢筋在曲线部分间隔以400mm，直线段间隔以800mm设置一组。安装锚垫板时应特别注意使锚固面与钢束垂直，预应力钢束引伸量为两端引伸量之和，浇筑桥面现浇层混凝土前，必须将预制板顶面进行凿毛处理并清洗干净以利有效结合，空心板与桥台背墙之间设寒浸沥青软木板，桥面铺装层为150mm厚C50整体化混凝土现浇层，并设置2%双向横坡、防水层、5cmAC-20 改性沥青混凝土、4cmAC-13改性沥青混凝土。

（3）新建桥梁下部结构新型方案比选。方案一为U形桥台，扩大基础；方案二为柱式桥台，桩基础。由于U形桥台对地基承载力要求较高，施工时开挖量较大，造价较柱式桥台更高，因此综合考虑，该新建桥梁下部结构选用柱式桥台，桩基础。轻型桥台设计尺寸为1.2m×8.5m，桥台桩长为15m，桩径为1.2m，两桩基中心线间距为4.5m，声测管材质为Q235B的钢管，需满足桩基检测要求，声测管接头及底部应密封好，顶部也用钢板封闭，防止砂浆、杂物堵塞管道及恶意破坏，声测时再将底部切开，声测钢管用于超声波测声法检查混凝土质量，连接部位需密封可靠，以免混凝土漏入。钢管伸出桩顶35cm，声测管设于桩基钢筋笼内侧，绑扎固定，上端高出桩基顶面，下端至桩底；声测管按每节长度8m 计量，最底一节长度不大于12m，设计节间采用套管连接，施工时也可以采用螺纹连接，检测完成后，要求检测管内灌满M15水泥砂浆。钢筋骨架应采用双面焊接，焊接长度不小于5d。骨架焊缝在两根钢筋相重叠段应增加，其焊缝间距应不大于1000mm，焊缝长度为2.5d，盖梁在施工时应注意预埋防震挡块及支座垫石钢筋。支座垫石尺寸为30cm×30cm×5.2cm，垫石中心高度为24.8cm。施工时必须保证垫石顶面水平，第一层钢筋距垫石顶面3cm，钢筋网层间距为5cm。为保证支座与墩台及空心板的紧密贴合，板底面及墩台顶面应平整清洁，不得粘有油污。

（4）改造利用原桥桥台基础和前墙，拆除圬工混凝土180m³。

（5）上游一侧利用原护岸墙，另一侧和下游新建C20混凝土护坡进行河道防护，混凝土护坡必须设置基础，基础开挖后若地基承载力不足，应采用砂砾换填法处治。同时桥下设C20 混凝土铺砌和抑水墙防止水流冲刷。

4.3 主要材料选择

（1）水泥。大槐沟桥所用的水泥应采用品质稳定的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，碱含量不宜大于0.60%，熟料中C3A 含量不应大于8.0%。其余技术要求应符合《通用硅酸盐水泥标准》（GB 175-2007）的规定，不应使用其它品种水泥。同一座桥梁的预制板应采用同一品种水泥[2]。

（2）细骨料。细骨料应采用硬质洁净的天然中粗河砂，也可使用经专门机组生产、并经试验确认的机制砂，其细度模数宜为2.6~3.2，含泥量不应大于2.0%，泥块含量不应大于0.5%（高性能混凝土），其余技术要求应符合《公路工程集料试验规程》（JTGE 42-2005）的规定[3]。

（3）粗骨料。粗骨料应采用坚硬耐久的碎石或卵石，空隙率宜小于40%，压碎指标宜小于20%，粗骨料母岩的抗压强度与混凝土设计强度之比应不小于1.5，含泥量不应大于1.0%，泥块含量不应大于0.5%，针片状含量宜小于10%；粒径宜为5~20mm，连续级配，最大粒径不应超过25mm，且不应大于钢筋最小净距的3/4。其余技术要求应符合JTGE 42-2005的规定。

（4）大槐沟桥所用混凝土选用的骨料应在施工前进行碱活性试验，应优先采用非活性骨料。不应使用碱-碳酸反应活性骨料和膨胀率大于0.20%的碱-硅酸反应活性骨料。当所采用骨料的碱-硅酸反应膨胀率在0.10%~0.20%时，混凝土中的总碱含量不宜大于3.0kg/m3（特大桥、大桥和重要桥梁不宜大于1.8kg/m3），且应经碱-骨料反应抑制措施有效性试验验证合格[4]。

5 施工保障

5.1 交通组织分流方案

5.1.1 交通组织总体思路

该项目为二级公路桥梁加固维修工程，为了保证桥梁施工质量和施工人员安全，S106线K135+464大槐沟桥危旧桥梁改造工程采用便道双向通行的交通保障方案。

5.1.2 交通管理措施

在S106线K135+464大槐沟桥危旧桥梁改造工程施工前，施工单位应预先发布施工公告（包括项目概况、开工、完工日期、项目主要负责人名单）。在相关路口设置安全提示标志牌及绕行路线图，告知过往车辆提前了解路线交通状况，充分利用周边交通。在道路平交路口，设立齐全的警告、警示标志，施工作业区要布设规范、合理，最大限度地减少因施工给过往车辆、行人带来的交通不便。

5.1.3 保证施工进度措施

在做好交通组织的基础上，采取流水作业方案，尽量缩短施工周期，确保该加固维修工程在合同规定的工期内完成。

5.1.4 突发事件应急预案

在施工期间如果交通量较大或发生车辆追尾等事件，将会出现施工路段拥堵情况，此时应立即启动突发事件应急预案，协同业主、交警、卫生、消防等部门共同处理突发情况。此外，该项目在施工期间如遇到节假日交通高峰期，可协同业主，暂停施工。

5.2 施工安全方案

（1）桥梁加固前应该辅以必要的临时支撑、脚手架等，确保桥梁施工安全[5]。

（2）梁板、墩柱混凝土浇筑过程中应派专人及时检查模板、支架、钢筋骨架等构件的变形情况，发现异常立即停止作业，并整修加固。

（3）混凝土梁板覆盖养生时，梁板周围应设置安全护栏和警示标志；洒水养生时，要避开周围电气设备。

（4）电工、焊工与切割工应按规定正确佩戴并使用劳动保护用品。面罩与护目镜、防护服应符合现行《职业眼面部防护焊接防护第1部分：焊接防护具》、《焊接防护服》的规定。

（5）桥梁施工应配备应急救援机械设备、监测仪器、堵漏、清洗消毒材料、交通工具、个体防护设备、医疗设备和药品、生活保障和救援物资，应定期检查、维护和更新，任何人均不得挪用救援物资和设备。

（6）桥梁作业区内交通道路等重要场所应设置安全应急照明和诱导标志，应急照明应配置备用电源并保证光照度符合要求。

6 结束语

本文以S106线K135+464大槐沟桥为例，通过对桥梁病害的反复调查以及结构稳定性分析后，对该危旧桥梁实施了预应力空心板梁改造，为保障改造的顺利实施，采取了相应交通组织分流及施工安全措施。改造实践证明：对于建造年代久远、桥梁耐久性不足的中小危旧桥梁的改造，要结合桥位处地质地貌、气象水文等因素进行结构稳定性验算，才能保证危旧桥梁改造的合理性与经济性。