摘 要：近年來(lái)橋梁建設(shè)中，獨(dú)柱墩橋梁因其占地小、橋下遮擋少等優(yōu)點(diǎn)，受到了許多地區(qū)的青睞，但隨著時(shí)間的推移，獨(dú)柱墩橋梁橫向穩(wěn)定性欠佳的弊端逐漸暴露出來(lái)，橋梁垮塌事故時(shí)有發(fā)生。本文簡(jiǎn)單分析了獨(dú)柱墩橋梁傾覆的原因，并就如何進(jìn)行加固設(shè)計(jì)展開(kāi)了詳細(xì)的探討，以期為相關(guān)技術(shù)人員提供有益參考。

關(guān)鍵詞：獨(dú)柱墩橋梁;抗傾覆;加固設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U445.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 前言

受地形、交通、城市景觀等的影響，近十余年我國(guó)陸陸續(xù)續(xù)建設(shè)了大量的獨(dú)柱墩橋梁，這種橋梁不僅能優(yōu)化城市低空間布局，還能美化橋梁外觀，在城市立交橋、高速互通匝道橋工程項(xiàng)目中應(yīng)用尤為廣泛。然而，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)橋梁工程面臨的交通壓力與日俱增，因車輛超載、偏載而發(fā)生的獨(dú)柱墩橋梁傾覆事故時(shí)有發(fā)生，亟須我們?nèi)リP(guān)注和解決。

1 獨(dú)柱墩橋梁病害原因分析

1.1 橋梁支座影響

支座脫空、支座剪切破壞是造成獨(dú)柱墩橋梁傾覆的常見(jiàn)原因之一，在高速公路互通匝道彎橋梁中尤其常見(jiàn)。在曲率的影響下，彎橋本身受力特性就十分獨(dú)特，即使橋面載荷對(duì)稱，彎橋也容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)，再加上橋梁使用過(guò)程中外界溫度變化的影響，箱梁受到的扭矩是十分不均勻的，很容易發(fā)生外梁超載、內(nèi)梁卸載的現(xiàn)象。此外，當(dāng)彎橋中支座內(nèi)外兩側(cè)受力不均，在恒載影響下，也容易產(chǎn)生負(fù)反力，偏心載荷長(zhǎng)期作用易導(dǎo)致支座脫空，影響主梁結(jié)構(gòu)。作為影響支座脫空的因素之一，支座間距調(diào)整的可操作性最強(qiáng)，可以在設(shè)計(jì)中予以考慮。

1.2 上部結(jié)構(gòu)影響

獨(dú)柱墩橋梁抗傾覆能力和穩(wěn)固性不僅與其下部結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，同時(shí)也與其上部結(jié)構(gòu)有關(guān)，據(jù)相關(guān)研究，橋梁的橫向抗傾覆系數(shù)會(huì)隨著橋梁容量的增加而增大[1]，在其它條件不變的情況下，比起鋼箱梁或組合梁，鋼筋混凝土梁的容量更大，抗傾覆能力也相對(duì)更強(qiáng)。其次，在上下部結(jié)構(gòu)的連接方式上，許多獨(dú)柱墩橋梁會(huì)選擇墩梁固結(jié)的方式，這種方式理論上可以緩解墩柱壓力，防止主梁變形，但使用過(guò)程中墩梁固結(jié)處卻有可能在長(zhǎng)期偏心載荷的作用下發(fā)生開(kāi)裂等病害，為主梁傾覆埋下隱患。

1.3 橋梁柱墩影響

多跨度柱墩大多采用的是連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，以連續(xù)單點(diǎn)支座為基礎(chǔ)的若干個(gè)獨(dú)柱墩，是整個(gè)橋梁的中心支點(diǎn)，當(dāng)橋面車輛偏載情況發(fā)生時(shí)，這種扭矩力就會(huì)以支點(diǎn)為軸線作用在主梁上，而獨(dú)柱墩本身抗扭矩能力又極弱，在橫向彎矩和急劇增大的水平剪力[2]的共同作用下，柱墩實(shí)際負(fù)荷很容易超過(guò)其自身承載能力，從而發(fā)生主梁倒塌、傾覆的現(xiàn)象。值得注意的是，車輛超載、偏載在很多案例中都是誘發(fā)橋梁傾覆的直接因素，管理部門一定要引起高度重視，加大超載處罰力度，以免使獨(dú)柱墩橋梁長(zhǎng)期處于超負(fù)荷狀態(tài)。

2 獨(dú)柱墩橋梁抗傾覆及加固設(shè)計(jì)

2.1 橋梁上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

獨(dú)柱墩橋梁傾覆事故的發(fā)生不是一蹴而就的，而是在長(zhǎng)期的、多方面不良因素的綜合影響下產(chǎn)生的，它的發(fā)展具有明顯的階段性，車輛偏載引起支座脫空是第一階段，橋梁上部結(jié)構(gòu)在持續(xù)超載運(yùn)作過(guò)程中引發(fā)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)是第二階段，最終導(dǎo)致傾覆的發(fā)生，橋梁建設(shè)主管部門應(yīng)當(dāng)引起重視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁傾覆趨勢(shì)，采用適宜的方案進(jìn)行加固施工，避免傾覆事故的發(fā)生。橋梁上部結(jié)構(gòu)在一定程度上影響著橋梁的橫向抗傾覆系數(shù)，在獨(dú)柱墩橋梁加固設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)將上部結(jié)構(gòu)容量提升納入思考方向。承建單位可以在橋梁底部增設(shè)鋼桁梁，利用錨栓將其與橫梁緊固在一起，直接對(duì)橫梁現(xiàn)澆混凝土進(jìn)行植筋，以達(dá)到加寬加長(zhǎng)橫梁的目的，從而使獨(dú)柱墩橋梁內(nèi)外側(cè)支座受力趨于平衡，在此基礎(chǔ)上，還可以增設(shè)拉壓支座，以抵抗載荷作用下產(chǎn)生的扭矩力，緩解主梁壓力，提升獨(dú)柱墩結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力。這種方式操作簡(jiǎn)便，也不會(huì)影響?yīng)氈諛蛄赫w的美觀性能，實(shí)用性較強(qiáng)。

2.2 橋梁下部結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)

（1）增設(shè)抗拉裝置。在橋梁邊墩設(shè)置抗拉裝置，能夠有效避免橋梁結(jié)構(gòu)因支座脫空而產(chǎn)生改變，常見(jiàn)的抗拉裝置有抗拉板、拉桿等，通過(guò)錨栓與原結(jié)構(gòu)相連，從而提升橋梁橫向抗傾覆性能。在抗拉施工開(kāi)始前，施工單位應(yīng)當(dāng)先對(duì)橋梁進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，找準(zhǔn)受力鋼筋的位置，在不損害原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行鋼板開(kāi)孔，為確保構(gòu)件強(qiáng)度，可以事先對(duì)其進(jìn)行抗拉拔試驗(yàn)。在施工過(guò)程中，要先細(xì)致清理構(gòu)件表面，按照設(shè)計(jì)要求的直徑在鋼板上鉆孔，鉆孔深度略深于鋼筋埋設(shè)深度即可，盡可能保證孔道順直，鉆孔完成后，要注意用壓縮空氣對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行清理，吹完灰后一般再用硬毛刷刷3次即可，要保證鉆孔內(nèi)壁干燥無(wú)塵。其次，在鋼板安裝時(shí)，應(yīng)當(dāng)先將混凝土和鋼板表面均勻涂抹上粘鋼膠，厚度2 mm～3 mm即可，并按照預(yù)定空位安裝螺桿和螺母，使用扳手和長(zhǎng)套筒對(duì)螺母進(jìn)行錨固加壓，以確保其緊固性。要注意檢查鋼板與混凝土之間的黏性，如果發(fā)現(xiàn)縫隙，要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)膠處理。膠體固化之前，施工人員可以用小錘敲擊測(cè)試，防止空鼓現(xiàn)象的發(fā)生。這種施工方式規(guī)模較小，構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作便捷，施工過(guò)程中不會(huì)影響橋上的正常通行，也不會(huì)對(duì)橋體原本構(gòu)造產(chǎn)生不利影響，但其抗拔力會(huì)受到構(gòu)件尺寸的限制，實(shí)際抗拔效果一般。此外，還可以在橋梁上下部結(jié)構(gòu)之間增設(shè)連接裝置來(lái)完成加固，獨(dú)柱墩橋梁上下部連接裝置可以利用自身的豎向承載力削弱持續(xù)載荷下支座的豎向返利，從而防止支座脫空，降低橋梁傾覆事故的發(fā)生機(jī)率?？梢圆捎玫鯒U、錨具所組成的吊桿式連接結(jié)構(gòu)，也可以是拉桿連接結(jié)構(gòu)，它們的原始預(yù)應(yīng)力可以轉(zhuǎn)化為獨(dú)柱墩橋梁支座的壓力儲(chǔ)備，與扭矩力相互抵消，防止支架脫空，結(jié)構(gòu)改變。

（2）增設(shè)梁蓋。對(duì)于本身剛度較大的獨(dú)柱墩，可以采用增設(shè)梁蓋的施工方案進(jìn)行加固，其設(shè)計(jì)思路是通過(guò)鉆孔和鋼構(gòu)件預(yù)制加工來(lái)增設(shè)梁蓋，并在新增梁蓋上設(shè)置支座系統(tǒng)，這樣橋梁受到扭矩力時(shí)就可以由單點(diǎn)支撐轉(zhuǎn)為多點(diǎn)支撐，避免傾覆發(fā)生。橋梁加固用鋼結(jié)構(gòu)在某些情況下會(huì)受到較大的集中應(yīng)力，因此在工廠預(yù)加工階段一定要做好質(zhì)量控制。首先是鋼材選擇，一般采用Q345C鋼板，要注意選擇手續(xù)齊備、業(yè)務(wù)正規(guī)的廠家，鋼材一定要有出廠質(zhì)量證明。其次在鋼材焊接上，主要受力焊縫為一級(jí)焊縫，要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的超聲波探傷抽檢，不應(yīng)出現(xiàn)咬邊等缺陷;加勁肋焊縫則為二級(jí)焊縫[3]，要避免出現(xiàn)氣孔、夾渣等缺陷，除特殊標(biāo)注外，應(yīng)全部采用氣體保護(hù)焊或埋弧自動(dòng)焊接。構(gòu)件完成制作后運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，要注意合理控制安裝標(biāo)高，切忌超高設(shè)計(jì)高程，安裝完成后，要在預(yù)留孔位植入高強(qiáng)螺栓并緊固。植筋時(shí)，先對(duì)鋼筋進(jìn)行人工除銹，然后對(duì)孔內(nèi)注入植筋膠，膠量大致為孔深的2/3，然后手握鋼筋緩緩插入，確保植筋膠與鋼筋充分接觸，待植入鋼筋達(dá)到固結(jié)要求后，就可以進(jìn)行綁扎、焊接和養(yǎng)護(hù)了。此外，支座安裝也要遵循一定的工藝流程：第一步是安裝盆式支架上鋼板，在放樣鉆孔后對(duì)4個(gè)孔洞進(jìn)行螺栓植埋，并適當(dāng)上調(diào)平塊，可以采用結(jié)構(gòu)膠平衡梁底結(jié)構(gòu)，消除縱橫坡。第二步是安裝下鋼盆，要利用螺栓將整個(gè)支座釘死在梁底，為使支座更加牢固，還要用鋼筋網(wǎng)片對(duì)鋼盆和剪力釘之間的縫隙進(jìn)行綁扎，并澆筑灌漿料。增設(shè)梁蓋的方式讓單支撐體系的獨(dú)柱墩橋梁轉(zhuǎn)變?yōu)榱硕嘀误w系，抗傾覆效果較好，且不影響周圍交通，缺點(diǎn)是構(gòu)件尺寸較大，構(gòu)造較為復(fù)雜，還需要增設(shè)支座，經(jīng)濟(jì)成本較高。

（3）增設(shè)樁柱。支座間距是影響?yīng)氈諛蛄悍€(wěn)定性的重要因素之一，在柱墩位置增設(shè)立柱，并在立柱頂上設(shè)置支座，可以使支座間距拉長(zhǎng)，增強(qiáng)抗傾覆能力，材料可選擇混凝土柱、鋼柱等，要特別注意原橋梁結(jié)構(gòu)與新增樁柱之間的連接問(wèn)題。立柱施工應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照?qǐng)D紙進(jìn)行，河中的立柱施工難度較大，應(yīng)當(dāng)先對(duì)水下淤泥情況進(jìn)行排查，借助挖機(jī)清挖淤泥，為防止清除后淤泥二次回?cái)n，可以適當(dāng)擴(kuò)大清除范圍。清淤工作完成后方可進(jìn)行承臺(tái)頂面清理，可以利用水下鑿除工具對(duì)頂面立柱安裝位置進(jìn)行整平作業(yè)。清除工作完成后，就可以將鋼柱或混凝土柱下放，下放過(guò)程中注意用千斤頂承托梁底，然后進(jìn)行橫向連接，并安裝盆式支座。此外，鋼柱因此金屬性質(zhì)較易受到外界環(huán)境的腐蝕和影響，如果施工方采用的是鋼材質(zhì)立柱，還要注意做好防腐保護(hù)，在噴砂除銹后對(duì)所有板件噴涂車間底漆、環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧云鐵漆等，在有水路段，鋼柱下部是直接插入水中的，因此防腐工作要在出廠前就準(zhǔn)備完成。如果運(yùn)輸過(guò)程中因?yàn)榭呐霭l(fā)生局部掉落，還應(yīng)注意補(bǔ)涂。如果采用的是鋼筋混凝土立柱，則要注意控制好混凝土配比以及攪拌、振蕩工藝，確保混凝土不會(huì)因?yàn)槭湛s、徐變產(chǎn)生裂縫。通過(guò)增設(shè)立柱，單支承獨(dú)柱墩橋梁轉(zhuǎn)變?yōu)殡p支承，抗傾覆能力提升較為顯著，可靠性極高，工藝流程簡(jiǎn)單，質(zhì)量也相對(duì)好控制。但應(yīng)用于城市時(shí)，容易擠占橋梁下部空間，影響行車交通，因此施工前一定要綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況、橋下孔家你等因素。

2.3 中墩支撐偏心距調(diào)整設(shè)計(jì)

除載荷壓力、支座間距等因素外，橋墩偏心距也在一定程度上影響著橋梁的抗傾覆性能，據(jù)相關(guān)研究顯示，橋梁的橫向抗傾覆系數(shù)會(huì)隨著獨(dú)柱墩曲線外側(cè)與偏心的增大而提升。在外側(cè)弧線長(zhǎng)于內(nèi)側(cè)弧線的曲線橋梁中，這種規(guī)律表現(xiàn)更為明顯，由于重心不在中心線處，橋梁必然會(huì)在長(zhǎng)期的行車載荷作用下產(chǎn)生彎-扭耦合作用，并引發(fā)支座內(nèi)外側(cè)受力不均的問(wèn)題，最終導(dǎo)致傾覆事故發(fā)生。在獨(dú)柱墩曲線梁橋中合理設(shè)置偏心距，就相當(dāng)于往中心支點(diǎn)施加了一個(gè)集中扭矩力，有利于促進(jìn)扭矩的均勻分布，緩解支點(diǎn)截面的扭矩，從而改善支座受力情況，提升獨(dú)柱墩橋梁的橫向穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

在獨(dú)柱墩橋梁中，橋梁曲線半徑、支座間距、上部結(jié)構(gòu)恒載等都會(huì)影響橋梁橫向抗傾覆性能，因此在施工中，要盡量選擇多支座墩型，并適當(dāng)拉大支座間距，合理設(shè)置中墩支撐偏心距，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)增設(shè)梁蓋、增加墩柱、增設(shè)抗拉裝置等方案進(jìn)行選用。同時(shí)，作為主要的橋梁傾覆原因，車輛超載、偏載現(xiàn)象在我國(guó)屢禁不止，相關(guān)部門也要加大查處力度，以減少獨(dú)柱墩橋梁傾覆事故的發(fā)生。

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作者簡(jiǎn)介：簡(jiǎn)建軍（1985-），男，湖北黃岡人，本科，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。