胡俊、涂帆

（1.江西省交通投資集團路網(wǎng)運營管理公司養(yǎng)護技術(shù)中心，江西南昌330038；2.江西省交通投資集團路網(wǎng)運營管理公司，江西南昌330038）

0 引言

獨柱墩橋梁有著占地面積小、橋下視野開闊和經(jīng)濟性能好等優(yōu)點[1]，在高速公路上跨橋和匝道橋上得到了廣泛的應(yīng)用。但受制于獨柱墩墩頂橫向空間限制，主梁側(cè)向支撐系統(tǒng)僅有一個支點，結(jié)構(gòu)抗傾覆能力較弱[2]。近年來，高速公路交通流量快速增長和重型車輛不斷增加，獨柱墩橋梁問題逐漸暴露：在偏心荷載作用下，結(jié)構(gòu)易不穩(wěn)定，傾覆穩(wěn)定性的安全儲備不足，對于獨柱墩曲線橋，存在復(fù)雜的彎扭耦合作用，造成橋梁內(nèi)外側(cè)支座反力重分布，內(nèi)側(cè)支座易出現(xiàn)脫空[3]。

在對江西省高速公路獨柱墩橋梁進行調(diào)查后，發(fā)現(xiàn)存有364 座獨柱墩橋梁，主要分為主線上跨橋、支線上跨橋、匝道橋三類，其中匝道橋最多，支線上跨橋其次，主線上跨橋最少。

濟廣高速鷹瑞北段（K1142+619～K1354+333）全長311.7km，全路段共有獨柱墩橋梁13 座（其中一座無圖紙），考慮到鷹瑞北段交通流量大，一旦發(fā)生傾覆事故將造成危害嚴重，且本路段獨柱墩橋梁類型全面，覆蓋主線上跨橋、支線上跨橋和匝道橋，在結(jié)構(gòu)也與江西省內(nèi)高速公路獨柱墩橋梁結(jié)構(gòu)類型相似，因此本文選取濟廣高速鷹瑞北段獨柱墩橋梁進行安全性能評估，為該路段獨柱墩橋梁后期加固提供幫助，也為江西省高速公路獨柱墩橋梁結(jié)構(gòu)驗算和安全性能評估提供參考。濟廣高速鷹瑞北段12 座獨柱墩橋梁信息詳見表1，并根據(jù)橋梁跨徑將其分為8 種類型，支線上跨重田大橋因缺失圖紙不在本次評估范圍內(nèi)。

表1 濟廣高速鷹瑞北段獨柱墩橋梁統(tǒng)計

1 專項檢查

專項檢查對象為與橋梁結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定相關(guān)的病害，包含主梁、橋墩、支座和防落梁設(shè)施等。依據(jù)《公路危舊橋梁排查和改造技術(shù)要求》中對嚴重病害的描述，在對12 座橋梁進行現(xiàn)場檢查后，K1299+219上跨胡竹天橋2#橋墩存在明顯傾斜，其余橋梁均未發(fā)現(xiàn)主梁、橋墩、支座和防落梁設(shè)施等部件存在與橋梁結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定相關(guān)的嚴重病害。

2 結(jié)構(gòu)驗算

根據(jù)對以往獨柱墩橋梁事故分析，常規(guī)檢查檢測并不能排除獨柱墩安全隱患，需進行進一步結(jié)構(gòu)驗算，從而判斷橋梁是否存在傾覆的風(fēng)險。對于支座支撐橋梁，按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362—2018）4.1.8 條第1、第2 款規(guī)定開展支座脫壓驗算、橫橋向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)驗算。支座脫壓驗算不滿足要求的，還應(yīng)對支承反力分布后的蓋梁、墩柱等構(gòu)件進行承載能力極限狀態(tài)驗算，基礎(chǔ)（地基）和支座等進行承載力驗算。

其一，在作用基本組合下，單向受壓支座始終保持受壓狀態(tài)。

其二，按作用標準值進行組合時，整體式截面連續(xù)箱梁橋的作用效應(yīng)符合下式要求：

式（1）中：kqf——橫橋向抗傾覆性穩(wěn)定系數(shù)，取2.5；

∑Sbk,i——使上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的效應(yīng)設(shè)計值；

∑Ssk,i——使上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的效應(yīng)設(shè)計值。

對于墩梁固結(jié)橋梁：除進行支座脫壓驗算外，還應(yīng)進行固結(jié)墩的墩頂、墩底、墩身截面尺寸與配筋變化處等控制截面的承載能力極限狀態(tài)驗算，基礎(chǔ)（地基）和支座等的承載力驗算。

通過Midas/civil 建立8 種橋型的空間桿系有限元模型，通過約束節(jié)點模擬支座布置，其中橋型3 模型如圖2所示。

圖2 橋型3 結(jié)構(gòu)驗算模型

1 至7 進行脫壓驗算和橫橋向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)驗算結(jié)果如表3所示，可以看出，存在墩梁固結(jié)結(jié)構(gòu)的匝道橋支座脫壓和橫向穩(wěn)定性均好于上跨橋，墩梁固結(jié)能夠增強全橋抗扭能力和整體性[4]。8 種橋型中只有3 種橋型同時滿足脫壓驗算和橫橋向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)驗算，但橋型2 和橋型4 存在連續(xù)3 座橋墩均為獨柱墩，穩(wěn)定系數(shù)小于橋型6，橋型6 的穩(wěn)定性系最高。

表3 脫壓驗算和穩(wěn)定性驗算

對橋型2 至6 的固結(jié)墩控制截面進行承載能力驗算，結(jié)果如表4所示，最大彎矩均小于彎矩承載力，最大軸力均小于軸向承載力，橋墩抗壓能力和抗彎能力均滿足要求。

表4 固結(jié)墩控制截面承載能力驗算

3 安全評估

根據(jù)《公路危舊橋梁排查和改造技術(shù)要求》獨柱橫向抗傾覆安全性評估原則：一是直接評為較大安全風(fēng)險；二是不存在較大安全風(fēng)險的情況下，對于專項調(diào)查無嚴重病害和滿足結(jié)構(gòu)驗算下，為無安全風(fēng)險；在滿足穩(wěn)定系數(shù)下，支座驗算和無嚴重病害滿足一項，為一般安全風(fēng)險；其余為較大安全風(fēng)險。綜上所述，當(dāng)上跨天橋1183+390 等9 座獨柱墩橋梁抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)小于2.5 時，抗傾覆風(fēng)險較大；高田互通D 匝道橋和E 匝道橋?qū)ｍ椪{(diào)查和結(jié)構(gòu)驗算均滿足，但存在連續(xù)3 座橋墩為獨柱墩的情況，在超載嚴重情況下，仍存在一定的抗傾覆風(fēng)險；只有高田互通B 匝道橋（第二聯(lián)）滿足所有條件，才可判斷為無傾覆風(fēng)險。

4 結(jié)論

本文對江西省高速公路獨柱墩橋梁進行了調(diào)查，并選取濟廣高速鷹瑞北段獨柱墩橋梁開展橫向傾覆安全性能評估，得到以下結(jié)論：

其一，從專項調(diào)查和結(jié)構(gòu)驗算來看，濟廣高速鷹瑞段12 座獨柱墩橋梁中，只有3 座獨柱墩橋梁滿足要求，考慮連續(xù)獨柱墩影響，只有1 座獨柱墩橋梁無風(fēng)險。大部分橋梁橫向傾覆安全性較大，需采取對應(yīng)的改造措施提高抗傾覆能力；

其二，存在墩梁固結(jié)結(jié)構(gòu)的獨柱墩匝道橋抗傾覆能力好于上跨橋；獨柱墩聯(lián)中，連續(xù)的獨柱墩會降低整聯(lián)抗傾覆能力。

其三，江西省內(nèi)高速公路獨柱墩橋梁抗傾覆安全性能評估中，應(yīng)重點關(guān)注上跨橋和存在連續(xù)獨柱墩的橋梁。