互通公路安全防治能力提升工程桥梁施工图设计说明

互通公路安全防治能力提升工程S4-1第页第四篇桥梁施工图设计说明一、桥梁概况本次设计范围包含一座小桥为茶园桥，位于省道S502徐满路处，公路等级为三级，桥梁代码为S502500238L0080，跨越茶园沟。该桥为一座单跨实腹式圬工拱桥，实测桥梁全长12.4m，净跨径7.2m，桥梁全宽7.2m，桥面横向布置：0.6m(防撞护栏)+车行道（6.0m）+0.6m(防撞护栏)。本次道路改造后中心桩号为K4+145.5m,该桥上部结构由拱圈和拱上结构组成。拱圈厚0.5m，净跨径7.2m，矢高1.7m，矢跨比约为1/4.23。拱圈、拱上侧墙均由砌体（粗料石）砌成；下部结构由桥台、基础组成。桥台均为重力式桥台，由砌体（粗料石）浆砌而成，基础采用扩大基础。桥面铺装采用水泥混凝土，上下游侧设置钢筋混凝土防撞护栏，高1.2m，实测护栏长度分别为左侧9.2、右侧10.0m（路线前进方向左右侧）。本桥修建于1978年，设计荷载为汽车－15级（75版桥梁规范），抗震烈度为＜0.05或6度以下，2014年该桥进行过桥面铺装修复。根据《巫溪县2020-2022年度桥隧经常性检查、定期检查项目(S502茶园桥2020年度定期检查)》(报告编号CTCHE-JY(SW)-【2020】第0765号)（招商局重庆公路工程检测中心有限公司2021.01），茶园桥技术状况评分Dr为71.98分，属于3类桥梁，有中等缺损，尚能维持正常使用功能。桥梁上部结构主拱圈评分为46.32分，为4类构件或影响承载能力，不能保证正常使用。茶园桥立面照茶园桥平面照该桥设计荷载等级为汽-15级（75版通用规范）,小跨径桥梁的承载能力已不能满足现行《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）要求，为避免桥梁病害进一步发展，提高桥梁承载能力，需对该桥进行加固整治。本次设计仅包含桥梁主体结构病害整治，交安设施（限速限载标志牌等）由道路专业统一设计，具体详见道路相关专业篇章。1.1、桥梁现状及主要病害经现场踏勘，并结合桥梁最新定期检查报告该桥的主要病害如下：（1）主拱圈局部渗水泛碱、青苔滋生、个别条石断裂、大面积灰缝脱落、局部砌体风化。主拱圈局部渗水泛碱主拱圈砌块断裂、砌缝脱落、砌体风化（2）拱上侧墙局部渗水、草木滋生，局部砌缝脱落、空洞。侧墙局部砌缝脱落侧墙局部空洞（3）桥台前墙局部灰缝脱落、前墙个别条石断裂。桥台前墙灰缝脱落桥台前墙条石断裂（4）河道砂石堆积、侵占河道；管养标志牌不满足要求。河道砂石堆积、侵占河道管养标志牌不满足要求1.2、桥梁主要病害成因分析（1）桥梁设计建造年代较早，设计荷载为汽-15（75版通用规范），已不能满足现行规范的相关要求，承载能力适应性不足。（2）桥梁运营时间超过40年，且缺乏维修养护，拱桥的石砌主拱圈在常年的水、大气、温度和风荷载作用下，导致主拱圈渗水、青苔等病害。砌缝砂浆不均匀导致局部受力不均，在汽车荷载产生的震动作用下脱落。(3)桥梁长期受雨水侵蚀，导致侧墙砌缝脱空、砌石风化等病害。二、加固整治技术标准及设计依据2.1、技术标准本次桥梁加固设计采用以下技术标准：公路等级：三级公路（原道路等级）；设计速度：20km/h；3、汽车荷载等级：公路－II级(JTGD60-2015)；4、桥面横向布置：0.6m（护栏）+6.0m（行车道）+0.6m（护栏）=7.2m（桥面全宽）；5、桥位平面线形、纵坡维持原桥不变；2.2、设计依据1、《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）；2、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）；3、《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61-2005）；4、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）；5、《公路桥涵养护规范》（JTG5120-2021）；6、《公路桥梁加固设计规范》（JTG/TJ22-2008）；7、《公路桥梁加固施工技术规范》（JTG/TJ23-2008）；8、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ/T3650-2020）；9、《交通运输部办公厅关于修订印发《公路桥梁信息公示牌设置要求》和《公路桥梁限载标志设置要求》的通知》（交办公路【2021】20号）10、《巫溪县2020-2022年度桥隧经常性检查、定期检查项目(S502茶园桥2020年度定期检查)》(报告编号CTCHE-JY(SW)-【2020】第0765号)（招商局重庆公路工程检测中心有限公司2021.01）本工程中如上述标准未涉及到的项目，以相应现行国家标准及行业标准为依据。三、原桥结构验算计算采用Midas/civil2021空间结构计算软件建模计算，建立空间梁单元模型进行内力计算，按单跨拱桥计算。桥面与主拱圈之间的拱上填料建立竖直方向的弹性连接模拟，拱上侧墙和填料的重力作用按照材料的重度加载于主拱圈上，结构计算模型如图3.1。桥面铺装按照材料重力作用考虑，车道荷载作用于桥面梁单元，通过填料及拱上侧墙传递至主拱圈。该桥为1-7.2m石拱桥，拱圈厚度为0.45m(考虑风化5cm）,全桥共51个节点，49个单元，其中主拱圈离散为16个单元，单位编号自1到16，拱脚位置模拟为固结。图5.1原桥计算模型本桥验算过程中共考虑如下几种荷载：（1）主体结构及附属结构等恒载作用石砌主拱圈容重取24.0kN/m3，拱上料石填料容重取22.0kN/m3，桥面铺装及防撞护栏25.0kN/m3。（2）活载作用本桥汽车活载按公路－Ⅱ级的车辆荷载进行计算，按照《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2015第4.3.1条的规定执行。拱顶填料和桥面铺装的总厚度为0.6m，根《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2015第4.3.2条规定，使用阶段汽车荷载不考虑冲击力作用。（3）拱圈收缩和温度作用由于缺少桥位区日平均最高温度和日平均最低温度及桥梁的合龙温度值，有效温度标准值按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）表4.3.10-2取值，即最高有效温度标准值=34℃，最低有效温度标准值=-3℃。结构设计合龙温度按15℃考虑。则结构体系升温为34-15=19℃，结构体系降温取-3-15=-18℃。根据《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61-2005）第5.1.8条规定，温度作用效应系数取0.7，故计算主拱圈温度效应时升温为0.7×19=13.3℃，降温为0.7×（-18）=-12.6℃。（4）荷载组合本桥计算工程中按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）第4.1.5条承载能力极限状态进行计算。承载能力极限状态基本组合：=1.2×恒+1.4×汽+1.05×温度(1)=1.0×恒+1.4×汽+1.05×温度(2)本组合的荷载效应分项系数应按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）取值，取(1)、(2)最不利组合。“汽”表示汽车效应，“温度”表示温度效应。结构重要性系数取1.0。本桥各个工况组合情况如表3-1。其中包括4种组合工况，为程序自动计算的包络值组合。表3-1荷载组合组合编号组合内容（1）轴力最大（2）偏心距最大（5）计算结论分析：①拱圈各控制截面强度验算结果如表3-2所示。表3-2主拱圈控制截面强度验算结果截面工况N(kN)M(kN·m)e0(m)[e0](m)R(kN)安全度判定拱脚=1\*GB3①-2732.5291.90.110.1356275.92.30满足=2\*GB3②-2112.8-395.60.120.1352027.60.96不满足L/4=1\*GB3①-2247.2134.90.060.1354248.31.89满足=2\*GB3②-1786.0191.20.110.1354151.72.32满足拱顶=1\*GB3①-2076.3111.90.050.1354344.82.09满足=2\*GB3②-1618.5248.10.050.1351933.11.19满足注:1）表中各符号含义见《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61-2005）第4.0.4~4.0.9条；计算模型中材料强度取值：主拱圈厚度共50cm，考虑原拱圈风化层扣除5cm，即拱圈计算厚度采用45cm计算，砂浆强度等级为M10，拱圈块石强度等级为MU30，拱圈砌体受压弹性模量为4000Mpa。计算过程中拱圈材料的轴心抗压强度fcd取2.98Mpa。由表中验算结果知：原拱圈拱脚截面强度在承载能力极限状态下不满足现行规范公路-II级要求。②拱圈挠度验算根据《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61-2005）第5.1.11条规定，验算拱的竖向挠度。对于L/4截面：荷载短期效应下最大的挠度（向下）为：2.5mm，小于L/1000=7.2mm。对于拱顶截面：荷载短期效应组合作用下最大的正挠度（向下）为：3.5mm，小于L/1000=7.2mm。由上述验算可知：原拱圈挠度验算满足规范要求。四、加固整治原则（1）本次设计对桥梁承重结构的承载力进行提升，对主体结构进行加固整治。（2）处治方案的施工技术简单可行、方便迅速。（3）桥梁加固整治设计遵循动态设计原则。（4）尽量简便施工，缩短工期，减少施工对交通的影响。五、加固整治措施5.1、主体结构（1）人工清理砌体结构风化层、青苔及杂草；（2）采用M20砂浆修复砌缝脱落、渗水砌缝；（3）采用环氧砂浆修补砌体破损处；（4）环氧砂浆灌浆料修复砌体空洞；（5）采用20cm厚C40自密实钢筋混凝土套拱加固主拱圈和前墙。5.2、桥梁附属设施（1）对桥面铺装拉毛后加铺4cm厚AC-13C细粒式改性沥青混凝土（2）重新设置桥梁养护公示牌。（3）清理河道堆积砂石，疏通河道，采用C20片石砼对河床进行铺砌。根据检测报告结论和现场调查，该桥的桥台和基础未发现沉陷、滑移等病害，桥台及基础的承载力及稳定性能满足要求，若施工过程中发现基础的实际情况与设计和检测报告不符，应联系设计单位处理。经过现场调查，桥梁跨越河沟，采用套拱加固拱圈后虽压缩了桥下净空，经河道疏通后桥梁的泄洪能力仍能满足规范要求。六、加固后结构验算主拱采用20cmC40钢筋混凝土进行套拱加固，加固后组合截面换算厚度偏安全取0.65m。其余参数保持一致。图6.1套拱加固计算模型本桥计算工程中按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）第4.1.5条承载能力极限状态进行计算。承载能力极限状态基本组合：=1.2×恒+1.4×汽+1.05×温度+1.0收缩(1)=1.0×恒+1.4×汽+1.05×温度+1.0收缩(2)本组合的荷载效应分项系数应按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）取值，取(1)、(2)最不利组合。“汽”表示汽车效应，“温度”表示温度效应。结构重要性系数取1.0。本桥各个工况组合情况如表6-1。其中包括4种组合工况，为程序自动计算的包络值组合。表6-1荷载组合组合编号组合内容（1）轴力最大（2）偏心距最大（5）计算结论分析：①拱圈各控制截面强度验算结果如表6-2所示。表6-2主拱圈控制截面强度验算结果截面工况N(kN)M(kN·m)e0(m)[e0](m)R(kN)安全度判定拱脚=1\*GB3①-3046.5450.80.150.1956275.92.06满足=2\*GB3②-2105.5-740.00.120.1953862.11.83满足L/4=1\*GB3①-2559.5124.80.070.1954248.31.66满足=2\*GB3②-1675.3279.50.170.1954151.72.48满足拱顶=1\*GB3①-2368.072.30.030.1954248.31.79满足=2\*GB3②-1466.2463.70.190.1953862.12.63满足由表中验算结果知：加固后各截面强度在承载能力极限状态下均满足现行规范公路-II级要求。②拱圈挠度验算根据《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61-2005）第5.1.11条规定，验算拱的竖向挠度。对于L/4截面：荷载短期效应下最大的挠度（向下）为：1.95mm，小于L/1000=7.2mm。对于拱顶截面：荷载短期效应组合作用下最大的正挠度（向下）为：2.94mm，小于L/1000=7.2mm。由上述验算可知：加固后拱圈挠度验算满足规范要求。七、主要材料普通钢材、水泥等一切桥梁材料的采购必须符合设计中提出的要求，使用前必须根据有关质量检验标准严格检测和验收，遵照有关规范要求进行施工。本说明中未明确的材料，须满足现行有关规范。7.1、混凝土混凝土采用强度不低于52.5级普通硅酸盐水泥。所用砂、石料、水的技术质量必须符合《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T3650-2020)有关条文规定。混凝土粗骨料应采用级配良好的坚硬碎石，最大粒径不宜超过2cm。混凝土细骨料应采用中粗砂，不得采用细砂。混凝土的抗压、抗拉强度及弹性模量等指标必须满足相应强度等级的混凝土的要求。C40自密实混凝土中需加入膨胀剂，掺量为8%左右，施工前应进行混凝土最佳配合比设计和试验，并严格控制混凝土水灰比和坍落度，对拌合混凝土的骨料的品质、粒径等必须严格筛选，综合考虑施工顺序、工期安排、环保影响等各种因素，通过试验，保证混凝土强度。片石混凝土施工时，应使用质地坚硬、密实、耐久、无裂纹和无风化的石料，片石混凝土中片石掺量不得大于总体积的20%，片石的抗压强度等级不得小于MU30。施工前应进行混凝土最佳配合比设计和试验，并严格控制混凝土水灰比和坍落度，对拌合混凝土的骨料的品质、粒径等必须严格筛选，综合考虑施工顺序、工期安排、环保影响等各种因素，通过试验，保证混凝土强度。7.2、钢材1、普通钢筋普通钢筋采用HRB400和HPB300，抗拉设计强度分别为330MPa、250MPa，弹性模量分别为2.0×105MPa、2.1×105MPa。钢筋的主要技术性能必须符合国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（GB1499-2018）、《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》（GB1499.1-2017）的有关规定。钢筋接头宜采用焊接接头或机械连接接头，同一截面接头数量应满足《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T3650-2020)的规定。焊接接头可采用帮条焊、搭接焊等方式；机械连接可采用直螺纹套筒连接、冷挤压连接等方式。直径d≥20mm的HRB400钢筋采用直螺纹套筒连接，强度等级为A级，且应符合《钢筋机械连接技术规程》JGJ107-2016的规定。施工中如发生钢筋空间位置冲突，可适当调整其布置，应优先考虑受力主筋的位置，并应确保钢筋的根数和净保护层厚度。普通钢筋应按设计指标采购，按照有关质量检验标准严格进行验收，遵照施工规范及有关要求进行施工。2、钢材钢材采用的Q235钢、Q355B钢，其质量必须符合《优质碳素结构钢》GB/T699-2015的规定。高强度螺栓应符合现行国家标准《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB/T1228、《钢结构用高强度大六角头螺母》GB/T1229、《钢结构用高强度垫圈》GB/T1230、《钢结构用高强度大六角头螺栓、六角头螺母、垫圈技术条件》GB/T1231或《钢结构用抗剪型高强度螺栓连接副》GB/T3632、《钢结构用抗剪型高强度螺栓连接副技术条件》GB/T3633的规定。7.3、砂浆M20砂浆宜选用灰砂比1：0.5～1：1的水泥砂浆或水灰比0.45～0.50的纯水泥浆。注浆浆液应搅拌均匀，随搅随用，并在初凝前用完。严防石块、杂物混入浆液。水泥砂浆的砂料最大尺寸小于2.0mm，砂的含泥量（按重量计）不得大于3%，砂中云母、有机质、硫化物和硫酸盐等有害物质的含量（按重量计）不得大于1%。水泥浆中硫化物的含量不得超过水泥重量的0.1%。7.4、锚固胶黏剂植筋用胶黏剂，必须采用专用改性环氧胶黏剂，其安全性能指标必须符合下表规定，其填料必须在工厂制胶时添加，严禁在施工现场掺入。表7-1锚固用胶黏剂安全性能指标性能项目A级胶性能要求胶体性能劈裂抗拉强度（MPa）≥8.5抗压强度（MPa）≥60抗弯强度（MPa）≥50粘结能力钢－钢（钢套筒法）拉伸抗剪强度标准值（MPa）≥16约束拉拔条件下带肋钢筋与砌体的粘结强度（MPa）C30Φ25L=150mm≥11C60Φ25L=125mm≥17不挥发物含量（固体含量）（％）≥99注：1、表中的性能指标，除标有标准强度值外，均为平均值。7.5、环氧砂浆修补用环氧树脂砂浆的性能指标必须达到以下要求：表7-2环氧树脂砂浆性能指标名称环氧树脂砂浆性能指标劈裂抗拉强度(MPa)≥5抗压强度(MPa)≥40抗折强度(MPa)≥10正拉黏结强度(MPa)≥2.5，且为混凝土破坏八、施工要点在施工流程中，有关施工工艺要求及质量检验标准应符合《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T3650-2020)、《公路桥梁加固施工技术规范》（JTG/TJ23-2008）、《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2017）。施工单位在进场前应仔细阅读设计图纸，领会设计意图。在开始施工前应对设计文件、图纸、资料进行现场核对，并对既有桥资料进行核对、复测。若实际情况与设计文件有出入，应及时通知设计单位。8.1、钢筋混凝土套拱施工为提升桥梁结构的承载能力，在拱圈和前墙表面进行挂钢筋网浇筑混凝土。拱圈浇筑混凝土施工工序为：拱圈清洗、凿毛→植筋、增设钢筋的位置放样→钢筋网格就位→浇筑混凝土→表面修整→混凝土养生。主要施工步骤及要点：1、拱圈及墙身表面处理：对拱圈和前墙表面进行凿毛处理和清洗，以提高锚喷混凝土与原结构的粘结力。2、对拱圈及墙身进行钻孔植筋，植筋采用植筋胶锚固，植筋施工工艺如下：（1）植筋按以下步骤进行：a．钻孔：按设计要求锚固深度用冲击钻(电钻)钻入石块，植入钢筋的钻孔直径按图纸要求进行控制；钻孔时，钻杆应垂直，确保钻孔深度符合设计要求，孔深偏差小于3mm。b．清孔：钻孔完毕后，用高压气吹出灰尘，同时用高压水冲洗及用钢丝刷清刷，第二次用高压气吹出清洗的水并用湿布擦去灰尘。孔内要达到清洁、干燥、无尘。c．注胶：清孔完毕后，用手动注射枪开始注入符合国家标准和设计要求的胶黏剂。胶水从孔的底部开始慢慢往上注，使孔内空气排出，注胶量为孔深的2/3。但需注意的是，注胶前一定要确保孔内为干燥无尘。d．植入钢筋：用钢丝刷清除钢筋表面的铁锈，用铁砂布打磨出金属光泽，然后将钢筋慢慢旋入孔内，并敲击钢筋，使其端头顶入孔底部，再将挤出的胶水抹干净。e．养护：钢筋植入的24h内不能碰动钢筋，也不得施加荷载。植筋后的钢筋连接采用焊接等强度连接，焊接时应用湿布覆盖植入钢筋的根部，防止热力破坏植筋胶，影响钢筋与混凝土的握裹力。（2）植筋施工要求植筋胶需采用符合国家标准的A级胶，其性能必须达到下列要求：抗剪强度≥18MPa抗拉强度>32MPa抗压强度>79MPa抗弯曲强度>30MPa直径12mm的锚筋植筋抗拔力≥35kN（3）锚固件质量检验施工前检验：施工前应按设计制作同条件的检测试件，试件不少于5根，施工前对试件作抗拔试验，试验结果达到抗拔检验、设计要求后方可施工，否则应更换胶种。施工后检验：施工中根据工程量大小抽取试件，试件数量为1/100（根），其中：一半做破坏性试验，一半做非破坏性试验，每种试验不少于三根。合格后方可验收，否则应采取补救措施。施工中检验：施工中必须作好孔道深度、孔径、轴线、位置的检验，对偏位过大或未达到深度的植筋应通知设计人员，进行补筋补强处理。要随时检查清孔好坏和结构胶填孔是否密实，植筋在胶黏剂固化前必须保持静止状态，胶体固化时间应满足材料性能要求，固化前严禁碰撞锚固件。施工中尚需保持环境干燥和作好施工温度记录。3、挂设钢筋网：钢筋网应焊接在锚固钢筋上，钢筋网与原结构表面应有足够的保护层，以便使浇筑的混凝土能完全包裹钢筋并满足保护层厚度要求。4、浇筑混凝土：施工前必须仔细研究确定施工工艺和所选用的材料，进行混凝土最佳配合比设计与试验，制定质量控制标准和检测方法，并严格执行。混凝土终凝2h后，应及时喷水养生，养生时间应不少于7d。主拱加固视桥区现场条件和加固施工单位的施工设备条件选择合理的措施，可采用搭设支架施工。主拱现浇支架搭设之前,应对支架进行验算,保证其强度,刚度,稳定性能满足施工安全要求。浇注混凝土时应加强支架变形观测。混凝土采用C40混凝土，混凝土浇筑过程中，要加强振捣，保证混凝土浇筑质量和浇筑混凝土顺序。加固部分的主拱必须要求同时搭设支架，且支架的拆除全桥应同步，从拱顶至拱脚分级、分批进行（每级拱顶卸架高1cm，其余按直线分配，拱脚为0），且每级完成后应要求间隔不小于2h，观察无异常情况后再进行下一级。5、拱圈加固C40砼采用自密实泵送混凝土，确保混凝土浇筑后的密实性和强度,同时添加膨胀剂，膨胀率控制在0.02-0.03%，同时要求砼的不间断养护时间不小于15d。套拱混凝土浇筑采用从拱顶至拱脚均匀浇筑，混凝土从拱顶桥面开孔送入，直至套拱浇筑完成。6、要求在同一加固区的砼，必须对称进行，且应在初凝前浇筑完成8.2、修补圬工结构砌缝1、施工前应对全桥砌缝脱落和不饱满部位进行检查并标记位置，以确定施工范围。2、砌缝修补前，应先对砌缝周边及内部松动的表面进行清理。3、采用M20砂浆对墩台圬工砌石勾缝。8.3、加铺桥面铺装桥面混凝土采用硬质扫帚或钢丝刷拉毛，拉毛横桥向一次性拉通，严禁无规律拉毛，且拉毛深度控制在2mm-3mm为宜，确保混凝土表面美观。铺洒乳化沥青粘层后加铺沥青混凝土表面层。九、施工方案9.1施工组织方案1、本项目主要为桥梁加固整治项目。具有工程量小、施工期限短、施工程序要求严格、工程质量与外观效果应做到内实外美等特点。所以施工前均应编制可行的施工方案，施工方案应取得相关部门同意后方可施工。2、施工组织设计的编制应组织专业技术人员研究、讨论制定，施工方法应切实可行，具有针对性。应充分考虑施工过程中各种可能的安全隐患，针对各种可能的安全隐患制定有效可行的预防措施，安排专人负责安全事宜；针对施工现场情况，研究制定施工方法，既要确保施工工期，又应保证工程质量。3、施工进场之前应做好充分的前期准备，联系好所需的建筑材料，准备好施工所需要的机械，安排好各个岗位所需要的人员。确保施工顺利进行，缩短工期、降低工程造价。4、施工进场之前核实桥位处的交通、电力、通讯、供水、医疗等施工条件，开始施工之前应完善各种施工辅助条件，保证后续施工顺利进行。5、在开始施工之前，施工单位应组织技术人员讨论确定施工