李維俊 王 榃

獨柱墩抗傾覆加固設(shè)計及應(yīng)用的探討

李維俊1王 榃2

（1. 無錫交通建設(shè)工程集團有限公司，江蘇 無錫 214100；2.四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，四川 成都 611130）

近些年全國許多地方都不同程度的出現(xiàn)了獨柱墩橋梁的整體側(cè)翻傾覆事故，造成了一定的影響。本文以無錫市區(qū)干線公路獨柱墩梁橋加固項目為依托，對獨柱墩梁橋的加固方法及加固效果等方面進行了研究探討，以期給本行業(yè)的人員一些參考。

獨柱墩加固；質(zhì)量控制；抗傾覆；經(jīng)濟性

1 研究背景

獨柱墩橋梁因為其占地面積小、對橋下通行視線影響小等優(yōu)點，在我國各大城市的高架橋上應(yīng)用非常普遍。由于交通壓力日益增大，超載現(xiàn)場屢禁不止，橋梁因超載、偏載導(dǎo)致側(cè)翻傾覆的事件時有發(fā)生。為了避免事故再次發(fā)生，對原有不符合現(xiàn)行規(guī)范的獨柱墩橋梁的加固迫在眉睫。

2 加固方案

根據(jù)須加固橋梁的現(xiàn)狀、加固設(shè)計原則及相關(guān)加固設(shè)計經(jīng)驗，加固方案采用以下幾種：

（一）增設(shè)抗拉裝置。通過在邊墩設(shè)置抗拉裝置，避免因支座脫空而改變結(jié)構(gòu)體系，增強橫向抗傾覆性能。抗拉裝置有抗拉板、拉桿和預(yù)應(yīng)力拉桿等，與原結(jié)構(gòu)通過錨栓連接。

（二）增設(shè)抗傾覆牛腿加支座。通過在獨柱墩頂設(shè)置牛腿，牛腿上增設(shè)支座，將獨柱墩單支座體系改為多支座體系，加強結(jié)構(gòu)抗傾覆的能力?？箖A覆牛腿可采用鋼牛腿或混凝土牛腿，與原結(jié)構(gòu)通過鉆孔、植筋、錨栓等方式進行連接。

（三）增設(shè)立柱。通過在獨柱墩位置增加立柱，立柱頂設(shè)抗傾覆支座，拉開支座間距，增加橋梁抗傾覆能力。

3 施工流程

3.1 增設(shè)抗拉裝置

尺寸復(fù)核→工廠制作加工鋼構(gòu)件→基底處理→鉆孔→配置粘膠劑→植埋錨栓→安裝粘貼錨板→檢查質(zhì)量靜置固化→安裝拉板及銷軸→防腐處理→檢驗→場地清理。

3.2 增設(shè)抗傾覆牛腿加支座

工廠制作加工鋼構(gòu)件→基地處理→鉆孔→安裝抱箍→配置粘膠劑→植埋錨栓→壓力注漿→檢查質(zhì)量靜置固化→安裝鋼牛腿→安裝支座→防腐處理→檢驗。

3.3 增設(shè)鋼管立柱

尺寸復(fù)核→工廠制作加工鋼構(gòu)件→河床清淤→立柱側(cè)面鉆孔→配置粘膠劑→植埋錨栓螺桿→安裝鋼管立柱→安裝橫向聯(lián)系→安裝制作→防腐處理→檢驗→場地清理。

4 施工質(zhì)量控制要點

4.1 尺寸復(fù)核

根據(jù)設(shè)計圖紙，與鋼結(jié)構(gòu)廠家技術(shù)人員一同對加固橋梁的實際結(jié)構(gòu)尺寸進行測量，復(fù)核鋼立柱和抗拉板的尺寸，施工應(yīng)以實際測量的尺寸調(diào)整設(shè)計。

4.2 工廠制作加工鋼構(gòu)件

橋梁加固用鋼結(jié)構(gòu)件在最不利情況下集中應(yīng)力非常大，對于構(gòu)件的焊接質(zhì)量要嚴(yán)格控制。構(gòu)件材料采用Q345C鋼板，化學(xué)成分及機械性能符合規(guī)范的規(guī)定，鋼材一定要有出廠合格證明。鋼構(gòu)件的焊縫等級分兩類:主要受力焊縫為一級焊縫,加勁肋焊縫為二級焊縫。其中一級焊縫均為開坡口的全熔透焊縫，焊縫除特殊注明外均采用埋弧自動、半自動電弧焊接或氣體保護焊,只有少量現(xiàn)場焊縫可由有資格的焊工手工電弧焊。焊縫的外形尺寸、質(zhì)量等級和缺陷分級應(yīng)符合現(xiàn)行規(guī)范要求。

4.3 鉆孔

一塊錨板有15個孔，需要在蓋梁側(cè)面和梁底進行放樣，畫出15個鉆孔位置。為確保準(zhǔn)確性，施工時先根據(jù)錨板B的孔位在梁底鉆15個孔，將錨板B安裝到位，完成后安裝銷軸，通過轉(zhuǎn)動銷軸，將錨板A緊貼于蓋梁側(cè)面，再根據(jù)錨板A的孔位直接鉆孔。

4.4 抗拉裝置施工

將粘鋼膠均勻地抹在混凝土表面和鋼板上，厚度為2～3mm，使鋼板能粘貼牢固；將鋼板按照各孔位穿過螺桿，安裝螺母，用扳手配套加長套筒擰緊螺母進行錨固加壓。在緊固螺母時，及時檢查鋼板是否和混凝土貼緊，如發(fā)現(xiàn)縫隙及時擠壓粘鋼膠緊固。在膠體固化前用小錘敲擊，防止空鼓。

4.5 抗傾覆牛腿施工

抗傾覆牛腿是在混凝土圓柱頂部設(shè)置抗傾覆鋼牛腿，由鋼抱箍和鋼牛腿組成。鋼抱箍壁厚24mm，抱箍螺栓采用M30高強螺栓，立柱植入螺栓采用M24高強螺栓。牛腿由鋼板焊接而成，頂板及腹板厚24mm，腹板豎向加勁肋厚20mm?？箖A覆支座承壓板厚30mm，頂部設(shè)置M22x150剪力釘?？箖A覆牛腿在工廠里分兩段制作，運抵現(xiàn)場安裝，應(yīng)注意抱箍的安裝標(biāo)高不能高于設(shè)計高程。牛腿安裝完成后在預(yù)留孔位出處打孔，植入高強螺栓，緊固。

4.6 鋼立柱施工

岸上施工的鋼立柱相對簡單，按設(shè)計圖紙施工。河中的鋼立柱施工難度比較大，其中嚴(yán)埭河橋左幅5#墩6#墩、右幅6#墩7#墩4根立柱均在河中。需先派遣潛水員下水排查，探清淤泥情況，然后用定位裝船長臂挖機進行開挖清淤，為了防止清除完成后淤泥回攏，清除范圍需要擴大。清淤完成后，再對承臺頂面進行二次清理，采用水下鑿除工具，對承臺頂面立柱安裝位置鑿除整平。完成后將鋼立柱下放至承臺頂面，上部用千斤頂頂住梁底，施加50KN壓力，然后再進行橫向連接，完成后安裝盆式支座。

4.7 防腐處理（抗拉板、鋼牛腿、鋼立柱）

鋼結(jié)構(gòu)防腐工藝：先進行噴砂除銹，要求為St3.0級。然后涂防腐材料，所有板件工廠噴涂一層25 μm的車間底漆+一層80μm環(huán)氧富鋅底漆+兩層75μm環(huán)氧云鐵漆+一層40μm丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆，最后一層30μm氟碳面漆在待抗拉板全部完成后在現(xiàn)場進行噴涂。鋼立柱由于下半段是插入水中的，需要在廠家直接完成涂裝，上半部分等橫向連接全部完成后再進行面層施工。在抗拉板安裝過程中會有個別剮蹭部位，采用涂刷的方式進行修補，完成后統(tǒng)一噴涂面漆。

4.8 支座安裝施工

1、先安裝盆式支座上鋼板，上鋼板的4個螺栓孔進行放樣鉆孔植埋螺栓，完成后進行上調(diào)平塊施工，上調(diào)平塊采用結(jié)構(gòu)膠消除梁底縱橫坡。

2、上鋼板安裝就位后，將盆式支座下鋼盆安裝到位，采用自制螺栓由下而上將整個盆式支座頂死在梁底，然后對剪力釘與下鋼盆之間的空隙綁扎鋼筋網(wǎng)片，立模澆筑C50高強自流平灌漿料。澆筑前應(yīng)檢查剪力釘及鋼筋是否安裝齊備，清理鋼板表面。

3、安裝盆式支座前預(yù)先用千斤頂給箱梁預(yù)頂力，頂力為50KN，墊石澆筑及支座安裝到位，待灌漿料達到強度后，卸除千斤頂，保證支座與粱底密貼。

5 加固后抗傾覆驗算

對于加固完成后的橋梁應(yīng)進行受力方面的驗算，確保滿足規(guī)范要求。以薛典路上跨橋為例說明。根據(jù)箱梁一般構(gòu)造及加固方案采用Midas Civil 2019（授權(quán)版）進行計算和自編程序進行建模驗算。因邊墩支座處采用增設(shè)抗拉板，抗拉板僅作為安全儲備，模型中不予考慮；中墩采用抗傾覆牛腿加固，牛腿上支座與梁之間采用彈性連接模擬。加固后模型共有56個單元，69個節(jié)點。對應(yīng)實際施工分段情況，模型中共分2個施工階段：1、施工梁段，張拉預(yù)應(yīng)力鋼束；2、十年收縮徐變。抗傾覆加固支座在施工階段2激活。

5.1 穩(wěn)定驗算

按照規(guī)范 JTG 3362－2018第4.1.8條檢算見下表：

支座脫空驗算表

項目支座編號 626163101641076665 li(m)60000060 支座豎向力KNRGki（永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)）1644171412424011726012561283 支座豎向力KN失效支座對應(yīng)最不利汽車荷載的標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)RQki,62-3261008-2351023-219746-120144 RQki,66-11619948732461168-336726 特征狀態(tài) I驗算1.0 RGki +1.4 RQki,621188312512095143211420104510881484 1.0 RGki +1.4 RQki,66148117401255512221207016367852299 驗算結(jié)論滿足要求 特征狀態(tài) II驗算穩(wěn)定效應(yīng)ΣRGki li （kN?m）98640000075330 失穩(wěn)效應(yīng) kN?mΣRQki,62li1955000007200 ΣRQki,66li6970000020170 ΣRGki li /ΣRQki,62 li6.50 ΣRGki li /ΣRQki,66 li6.41 驗算結(jié)論滿足要求

計算結(jié)果如下：

特征狀態(tài)1：在作用基本組合下，支座不脫空，最小支反力785KN。

特征狀態(tài)2：按作用標(biāo)準(zhǔn)值進行組合時，最小抗傾覆安全系數(shù)6.41，滿足規(guī)范要求。

5.2 獨柱墩橫橋向壓彎強度計算

中墩增設(shè)抗傾覆牛腿之后，在汽車荷載偏載作用下，對獨柱墩產(chǎn)生橫橋向彎矩作用效應(yīng)，此效應(yīng)為加固之后的新增效應(yīng)，因此需對獨柱墩的使用安全性能進行驗算。

獨柱墩相關(guān)計算參數(shù)表

12#墩13#墩墩柱材料墩柱直徑截面配筋計算長度 墩底截面內(nèi)力基本組合彎矩KNm76477345C302.0米40B2512米 軸力KN1860117668 墩底截面內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)組合彎矩KNm54625246 軸力KN1506114295

5.3 抗傾覆牛腿根部螺栓抗剪強度驗算

抗傾覆牛腿根部采用36根8.8級M24高強螺栓與立柱連接，根據(jù)模型計算，活載作用下，牛腿支座最大活載反力標(biāo)準(zhǔn)值為2032KN，考慮活載1.4的分項系數(shù)，則根部剪力設(shè)計值為2845KN，則單個螺栓的剪切應(yīng)力為175Mpa，小于螺栓抗剪強度設(shè)計值250Mpa。

6 結(jié)論

獨柱墩形式的橋梁在我國各大城市的高架上應(yīng)用非常的普及。為了避免再次發(fā)生橋梁側(cè)傾事故，對原有不符合現(xiàn)行規(guī)范的獨柱墩橋梁的加固迫在眉睫。本文結(jié)合無錫市區(qū)段獨柱墩加固項目實際應(yīng)用效果，得到了一些結(jié)論：

6.1 采用增設(shè)抗拉裝置

優(yōu)點：工程規(guī)模小 ，構(gòu)造簡單，施工方便，施工不影響橋上正常交通，加固后基本不影響原結(jié)構(gòu)受力，經(jīng)濟性好。

缺點：受構(gòu)件尺寸限制，設(shè)計抗拔力一般較小。

6.2 增設(shè)抗傾覆牛腿加支座

優(yōu)點：通過改單支撐體系為多支撐體系，直接有效地改善了抗傾覆能力，基本保證箱梁不發(fā)生傾覆，施工不影響橋上正常交通。

缺點：構(gòu)件尺寸大，較復(fù)雜，建設(shè)條件受限；涉及多種施工工藝，還需增設(shè)支座，經(jīng)濟性一般。

6.3 增設(shè)立柱

優(yōu)點：獨柱墩單支承改為雙支承，直接有效地提高了結(jié)構(gòu)抗傾覆能力，可靠性高，對墩高較高的橋梁，可通過增設(shè)橫向聯(lián)系，提高墩柱橫向剛度。施工方便，工藝簡單，質(zhì)量容易控制，經(jīng)濟性較好。

缺點：在城市立交跨交叉口橋梁中需注意可能會影響地面車輛行車視距，使用有一定局限性。

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李維俊，男，漢族，陜西藍田人，無錫交通建設(shè)工程集團有限公司，高級工程師，研究方向：交通工程；王榃（1971.01- ），女，漢族，北京人，碩士，四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，副教授，研究方向：土木工程，工程項目管理。

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