顧夏英 蔣凱臣 顧天熊

蘇州中固建筑科技股份有限公司 江蘇 蘇州 215152

2019年10月，江蘇無(wú)錫312國(guó)道上海方向錫港路上跨橋路段發(fā)生橋面傾覆事件，該事件造成重大交通事故，導(dǎo)致3人死亡，2人受傷。該橋墩為單支點(diǎn)體系，若有車輛超載行駛，那么在偏心荷載作用下，高架橋?qū)⒋嬖谡w傾覆的風(fēng)險(xiǎn)和隱患[1-3]?，F(xiàn)全國(guó)各地既有高架橋也存在大量獨(dú)柱墩，此事故推動(dòng)了高架橋獨(dú)柱墩抗傾覆加固工作的全面開展。

1 工程概況

無(wú)錫高架橋獨(dú)柱墩抗傾覆加固應(yīng)急項(xiàng)目包括29座高架、立交，涉及480聯(lián)橋梁，1 371個(gè)獨(dú)柱墩。獨(dú)柱墩形式多為花瓶形、圓形、矩形等，支座多為單支座、雙支座。整個(gè)應(yīng)急項(xiàng)目提出的抗傾覆方案，在保證不影響通行的情況下，做到了施工操作簡(jiǎn)易、安全性高、施工快捷，值得在其他地區(qū)相似工程中推廣。

2 加固方案

在選擇加固方案時(shí)，需綜合考慮加固帶來(lái)的額外荷載、抗傾覆的傳力路徑、抗傾覆加固安裝的凈空要求、對(duì)交通的干擾、施工工期、后期維護(hù)、加固跡象等因素。從抗傾覆加固原理出發(fā)，加固方案分為兩類，一是直接新增支座提高抗傾覆能力，二是安裝防支座脫空裝置。

2.1 新增支座抗傾覆方案

根據(jù)花瓶墩、圓形獨(dú)柱墩、矩形獨(dú)柱墩等橋墩形式，提出了幾種不同的新增支座方案，以減小傾覆力臂，起到了明顯的抗傾覆作用。

2.1.1 花瓶墩加固

對(duì)于花瓶墩，可采用在橋梁平面平曲線外側(cè)增加鋼牛腿并增加支座的改造方案，加固后墩身頂面會(huì)形成對(duì)稱的多支座形式。新增鋼牛腿有2種方式：不帶鋼抱箍鋼牛腿（圖1）和帶鋼抱箍鋼牛腿（圖2）。

圖1 不帶鋼抱箍鋼牛腿

圖2 帶鋼抱箍鋼牛腿

新增鋼牛腿抗傾覆原理為通過(guò)直接增加支撐點(diǎn)，減小傾覆力臂，從而達(dá)到抗傾覆的目的。對(duì)于經(jīng)計(jì)算只需加一個(gè)支座的橋墩，鋼抱箍方式不太經(jīng)濟(jì)，而不帶鋼抱箍的方式則更適用。

單側(cè)新增鋼牛腿（即不帶鋼抱箍鋼牛腿）構(gòu)造主要包括2塊側(cè)面錨板、1個(gè)預(yù)制帶錨板鋼牛腿。為防止牛腿局部屈曲，牛腿中間預(yù)制加勁板。側(cè)面錨板與柱墩通過(guò)化學(xué)螺栓連接，帶錨板鋼牛腿與柱墩通過(guò)化學(xué)錨栓連接，側(cè)面錨板與牛腿焊接連接形成U形。

帶鋼抱箍鋼牛腿構(gòu)造主要包括環(huán)繞柱墩的U形預(yù)制鋼抱箍、鋼牛腿、牛腿中預(yù)制加勁板、抱箍頂預(yù)制環(huán)加勁板。2塊抱箍之間通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接，抱箍與墩身通過(guò)化學(xué)螺栓連接。

2.1.2 圓形、矩形獨(dú)柱墩加固

對(duì)于圓形、矩形獨(dú)柱墩，可采用在現(xiàn)狀墩身橫橋向進(jìn)行兩側(cè)加寬并各增加多個(gè)支座的改造方式；或在墩頭兩側(cè)設(shè)置鋼牛腿，并在兩側(cè)各增加一個(gè)支座，構(gòu)造方式與花瓶墩類似。

墩身加寬構(gòu)造包括鋼筋籠、抗剪鍵、混凝土、鋼筋網(wǎng)片。墩身加寬部分柱腳用植筋的方式與承臺(tái)連接，柱頂封鋼筋網(wǎng)片加強(qiáng)，側(cè)面與既有柱墩之間植抗剪鍵并刷涂界面劑連接（圖3、圖4）。

圖3 墩身加寬立面

圖4 墩身加寬剖面

新增鋼管混凝土柱（CFST柱）構(gòu)造包括鋼管混凝土柱、半圓形環(huán)板。柱腳采用化學(xué)錨栓與承臺(tái)連接，柱頂封鋼板，側(cè)面通過(guò)側(cè)板與原墩身上的環(huán)板焊接連接，2個(gè)半圓形環(huán)板焊接連接成一圈環(huán)（圖5、圖6）。

圖5 新增鋼管混凝土柱立面

圖6 新增鋼管混凝土柱剖面

2.2 防支座脫空抗傾覆方案

為防止支座脫空，可增設(shè)抗拉裝置，避免因支座脫空而改變結(jié)構(gòu)受力體系，增加橫向抗傾覆性能。此方案主要是限制水平面位移，防止落梁。防脫空裝置包括抗拉板、拉桿、錨板、加勁板、軸桿等。錨板、加勁板、拉板于工廠預(yù)制成整體，錨板與柱墩采用化學(xué)錨栓連接，拉桿通過(guò)軸桿與拉板連接（圖7、圖8）。

圖7 圓形及矩形墩防支座脫空裝置

圖8 花瓶墩防支座脫空裝置

3 施工應(yīng)用

3.1 墩身加寬

墩身加寬施工流程為：復(fù)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)橋墩數(shù)據(jù)→梁底楔形塊施工→承臺(tái)開挖→墩身兩側(cè)加寬部分施工→支座墊石施工→梁體頂升→支座安裝。質(zhì)量較大的橋墩比較適合采用本方案。但本方案會(huì)占用一定的橋下空間，且此方案規(guī)模大，新增的荷載比較大，對(duì)承臺(tái)要求較高。

增大截面法為常規(guī)工藝，但新老截面的變形協(xié)調(diào)需要兩者之間具有可靠連接。通過(guò)在新舊混凝土之間設(shè)置抗剪鍵（圖9）可保證兩者協(xié)同變形、受力。為加強(qiáng)墩身頂面承載力，在頂面鋪設(shè)4層鋼筋網(wǎng)片，每片之間間距8 cm。柱腳采用植筋方式與承臺(tái)進(jìn)行連接?？辜艄拷钚纬煞忾]。施工完成后的現(xiàn)場(chǎng)如圖10所示。

圖9 抗剪鍵

圖10 墩身加寬后的現(xiàn)場(chǎng)

3.2 新增鋼管混凝土柱

新增鋼管混凝土柱的主要施工流程為：鋼管預(yù)制→承臺(tái)開挖→定位放樣→鋼管檢驗(yàn)→鋼管吊裝→柱位微調(diào)→柱腳安裝→混凝土澆筑→局部補(bǔ)焊→支座安裝。質(zhì)量較大的橋墩比較適合采用本方案，但本方案會(huì)占用一定的橋下空間，且此方案規(guī)模大，新增的荷載比較大，對(duì)承臺(tái)要求較高。為保證新增鋼管混凝土柱平面外穩(wěn)定性，需要在柱底、柱中、柱頂設(shè)置橫向支撐。

該抗傾覆方案對(duì)混凝土的澆筑要求較高。澆筑后再吊裝柱將比較困難，因此考慮先安裝再澆筑的施工工序。為保證澆筑密實(shí)，需分段澆筑，在鋼管柱預(yù)制時(shí)，每隔一定距離設(shè)置進(jìn)料口，進(jìn)料口安裝可開關(guān)的進(jìn)料支管，直接與泵車的輸送管相連。為保證澆筑的密實(shí)性，澆筑時(shí)外部振搗器同時(shí)工作，并不斷用小錘敲打鋼管排氣。當(dāng)混凝土沿進(jìn)料口溢出一定量時(shí)，檢查澆筑質(zhì)量，滿足要求后，停止?jié)仓?，關(guān)閉進(jìn)料口閥門。對(duì)上方的下一個(gè)進(jìn)料口進(jìn)行同樣操作，直至柱頂（圖11、圖12）。

圖11 環(huán)板與橫撐連接

圖12 鋼管混凝土柱現(xiàn)場(chǎng)

3.3 增設(shè)鋼牛腿

增設(shè)鋼牛腿施工流程主要為：鋼構(gòu)件下料→現(xiàn)場(chǎng)開孔→安裝錨板→焊接鋼牛腿→安裝新支座。施工完成后現(xiàn)場(chǎng)如圖13所示。當(dāng)鋼牛腿較大，僅靠錨板連接已不能滿足要求時(shí)，可采用如圖14所示的鋼抱箍，將鋼牛腿與鋼抱箍連接。

圖13 不帶鋼抱箍鋼牛腿現(xiàn)場(chǎng)

圖14 帶鋼抱箍鋼牛腿

此方法可形成多點(diǎn)支撐，用以抵抗橋梁在偏心荷載作用下的傾覆力矩。該方案工程規(guī)模小，施工工期短，經(jīng)濟(jì)性高；增加牛腿不占用橋下空間，不影響高架橋及下部道路的正常交通。但此方法僅適用支座脫空質(zhì)量較小的情況，且錨栓位置施工時(shí)要避開鋼筋，需先定孔位再預(yù)制錨板。

3.4 增設(shè)支座防脫空裝置

增設(shè)支座防脫空裝置的主要施工流程為：鋼構(gòu)件加工→混凝土表面基底處理→鉆孔→配置粘鋼膠→植埋錨栓螺桿→安裝粘貼鋼板→靜置固化→安裝拉板及銷軸→防腐處理→檢驗(yàn)。施工完成后現(xiàn)場(chǎng)如圖15所示。

圖15 防支座脫空裝置

為了保證防脫空機(jī)制的形成，保證拉桿起到作用，上鉸的部位制成長(zhǎng)圓孔，允許其發(fā)生微小位移，如圖16所示。

圖16 橢圓形長(zhǎng)圓孔

為避免對(duì)原結(jié)構(gòu)造成損傷，先探測(cè)鋼筋位置，再進(jìn)行準(zhǔn)確開孔。高架橋上孔位確定以后，再預(yù)制錨板并將螺栓孔預(yù)制完成，減少現(xiàn)場(chǎng)開孔等工序。

4 結(jié)語(yǔ)

1）獨(dú)柱墩形式多樣，可從2個(gè)方面快速地進(jìn)行防傾覆加固，即直接新增支座及設(shè)計(jì)防支座脫空裝置。這2種方式都不影響高架橋的正常使用，并能很好地解決傾覆問(wèn)題。

2）新增支座可采用加寬墩身、新增鋼牛腿等方式，防支座脫空可采用抗拉拔裝置。這些方式受力直接、施工方便。

3）根據(jù)傾覆時(shí)質(zhì)量的大小，可采用不同的措施。質(zhì)量小時(shí)優(yōu)先推薦施工速度快、不占用地面道路的鋼牛腿或防脫空等方式；當(dāng)質(zhì)量大時(shí)，建議選墩身加寬及新增鋼管混凝土柱等方式。

4）上述抗傾覆方式對(duì)于既有獨(dú)柱墩高架橋的加固處理都可適用，具有一定的推廣意義與參考價(jià)值。