文/黃正輝

1 前言

過去一段時間國內獨柱墩橋梁建設數(shù)量不斷增長，目前已經有許多獨柱墩橋梁存在服役年限比較長的問題，再加上近些年國內汽車保有量的不斷增長，獨柱墩橋梁所承載的車流量也越來越大，甚至部分車輛還存在超載的問題，這些客觀存在的情況都使得獨柱墩橋梁的抗傾覆性能出現(xiàn)了不同程度的弱化，進而造成橋梁安全運營工作面臨比較大的困難[1]。要想提升獨柱墩橋梁的運營安全系數(shù)，有效保障人們的生命財產安全，就必須在嚴查部分車輛超載問題的同時，對存量的獨柱墩橋梁運營安全質量驗算和排查，如果發(fā)現(xiàn)抗傾覆性能已經不再滿足現(xiàn)行規(guī)范標準的橋梁，就必須在第一時間進行加固改造，從而達到提升獨柱墩橋梁抗傾覆性能的目的。而實現(xiàn)科學有效加固改造的前提，就是要對獨柱墩橋梁自身的特點以及傾覆的過程和原理進行深入的了解。

2 獨柱墩橋梁特點

獨柱墩橋梁無論在建設上還是在運營上都存在許多不可替代的優(yōu)點，比如其結構輕巧，并且橋體的線形流暢，使得獨柱墩橋梁的施工更加簡單，而且它對于占地面積的要求也不高，特別是在一些會受到地形因素限制的橋梁建設項目中，獨柱墩橋梁往往會成為項目設計方的首選。另外，獨柱墩橋梁還具備整體性能更好的特點，比如具備較高的行車舒適度，有非常強的跨越能力，非常有利于橋梁項目建設完工后的運營工作。尤其是在一些立交橋和高架橋項目中，獨柱墩橋梁會成為項目設計方的重點考慮方案。在實際的項目建設過程中，獨柱墩橋梁一般會通過上部結構材料在類型上的區(qū)別進行分類，具體來說包括鋼箱梁、組合箱梁（鋼+混凝土）、混凝土箱梁三個主要的類型。在目前的存量獨柱墩橋梁中，混凝土箱梁是數(shù)量最多的類型，這種橋梁通常會在梁端使用雙支座實現(xiàn)支撐效果，而中跨則可以進一步分為墩梁固結、雙支座和單支座支撐方式[2]。

一般來講，如果獨柱墩橋梁修建在程序范圍內，其橋墩頂面的空間限制條件會比較苛刻，從而導致支座的橫向間距足夠大，造成橋面的整體寬度同樣比較窄，而無法劃分出涇渭分明的多個車道。這個問題的存在會導致城區(qū)范圍內的獨柱墩橋梁在運營過程中比較容易出現(xiàn)車輛偏載，進而引發(fā)支座反力出現(xiàn)比較大的變化，最終造成橋梁的抗傾覆能力越來越弱。另外，獨柱墩橋梁傾覆情況的出現(xiàn)往往不會有任何事先的征兆，也就是說問題一旦爆發(fā)就會形成瞬間破壞，來不及做任何提前的組織安排以減少人們的生命財產損失，因此獨柱墩橋梁傾覆所帶來的社會影響也是極其惡劣。

3 獨柱墩橋梁傾覆原理分析

本文通過對國內過往發(fā)生過的傾覆案例進行分析和歸納，總結出了獨柱墩橋梁傾覆的發(fā)生原理，并用圖1的形式展示了獨柱墩橋梁傾覆過程發(fā)生的主要階段：

圖1 獨柱墩橋梁傾覆過程

獨柱墩橋梁之所以發(fā)生傾覆問題，首先是在荷載偏心力的作用下，導致某一單項受壓支座出現(xiàn)脫空，這是修復過程發(fā)生的第一個階段，也是獨柱墩橋梁出現(xiàn)傾覆的第一個特征狀態(tài)。

單向支座依次繼續(xù)脫空，從而導致同一橋墩的成對橫向雙支座組成了抗扭支撐，最終形成對扭矩和扭轉角度的雙重約束。

在支撐一段時間后，首先會有某個支座脫離受壓狀態(tài)，這種情況下就只有一個支座能夠繼續(xù)約束扭矩，但是對扭轉角度已經無能為力，梁箱的抗扭支撐此時已完全失效。

當所有的梁箱抗扭支撐完全失效后，梁箱出現(xiàn)失穩(wěn)破壞，從而導致梁箱出現(xiàn)翻轉、滑動、變形、發(fā)散等情況，最終造成橋梁破壞。

4 加固獨柱墩橋梁的工程措施

要想通過加固改造的方式，提升獨柱墩橋梁的抗傾覆性能，就要抓住影響橋梁抗傾覆性能的主要因素。具體來講包括橫向間距、抗扭跨徑以及平曲線半徑、邊中跨比等，再通過驗算方式檢驗存量跟橋梁抗傾覆性能后，對于性能未滿足當前標準的運營項目，可以通過以下幾種方式進行加固改造。

4.1 中墩改為墩梁固結

第一種方式是將獨柱墩橋梁的支座改為墩梁固結，圖2給出了墩梁固結的示意圖，從圖中可以看到，在實現(xiàn)這種改造后，可以將上部結構的靜力平衡問題轉而替換為截面的強度問題，從而達到加固的效果。但需要注意的是，這種改動也會增加墩梁固結區(qū)域構件應力，因此這種改造方案并不適用于所有的獨柱墩橋梁，只適用于高墩且溫度效應和收縮徐變效應不明顯的情況。

圖2 墩梁固結示意圖

4.2 增加新的墩柱

通過在獨柱墩橋梁的承臺兩側增加新的墩柱來實現(xiàn)橋梁的加固效果。橋梁墩從過去的單柱結構升級為雙柱甚至多柱結構，并通過橫向方向增加連接的方式，實現(xiàn)新增柱墩與原有柱墩的綁定連接，從而增加橋梁墩的抗傾覆性能，或者也可以通過擴大既有承臺以及新增樁基的方式來達到同樣的效果。

4.3 改變橋墩橫截面

改變橋墩橫截面的目的是增加橫截面的面積，在橋墩橫截面面積增加后，能夠有效提升橋墩的抗傾覆性能。在改變橋墩橫截面的操作中，具體的做法是使用植筋立模澆筑混凝土，從而將獨柱墩的形態(tài)升級改造成為花瓶墩、板式墩等其他形態(tài)，如此便能有效增加橋墩的橫截面積。

4.4 在橋墩墩頂增加蓋梁

在橋墩墩頂增加蓋梁也是實現(xiàn)獨柱墩橋梁加固的有效工程手段。本文推薦在實際的操作過程中使用鋼結構的蓋梁，這樣做的好處在于可以最大限度地降低因蓋梁自身重量所產生的對于原橋恒荷載的影響。

4.5 加裝抗傾覆設施

抗傾覆設施通常需要加裝在獨柱墩和箱梁的中間位置，常見的抗傾覆設施包括對拉鋼筋、耳釘、拉板塊等具備剛性或柔性抗拉拔性能的裝置。在完成抗傾覆設施的加裝后，可以有效避免支座脫空問題出現(xiàn)，進而避免獨柱墩橋梁傾覆過程中第一個特征狀態(tài)的出現(xiàn)以及事故的發(fā)生。通常情況下，加裝抗傾覆設施會應用于雙支座獨柱墩橋梁的加固中。

5 獨柱墩橋梁的養(yǎng)護措施

要想讓獨柱墩橋梁在運營過程中始終保持比較高的質量安全系數(shù)，不僅需要前一小節(jié)所提到的加固方法，同時也需要在日常的運營過程中做好養(yǎng)護管理。其中，既包括日常的巡查和定期檢查，及時發(fā)現(xiàn)可能存在的安全隱患，還包括要對獨柱墩橋梁做好預防性的養(yǎng)護，以此在增加獨柱墩橋梁使用壽命的同時，進一步降低其綜合養(yǎng)護成本，具體來說包括以下幾方面的工作內容：

設置固定的檢測周期，對獨柱墩橋梁的抗傾覆性能進行驗算和校對，特別是對于承載車流量較大的重點區(qū)域的橋梁，還需要在固定檢測周期進行驗算的基礎上，進行實驗檢測。

在固定檢測周期之外，開展日常檢測工作，日常檢查的主要工作內容為支座檢測，以便提前發(fā)現(xiàn)可能存在的支座破壞隱患，避免因此導致的橋梁傾覆。

為獨柱墩橋梁組建智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過系統(tǒng)長期監(jiān)控橋梁的工作狀態(tài)，并將工作狀態(tài)數(shù)據(jù)化存儲，根據(jù)數(shù)據(jù)變化實時計算橋梁抗傾覆性能的特征數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)針對傾覆事故的預測報警機制。

重點關注橋梁結構中的橋墩和主梁的裂縫發(fā)展情況，這兩部分是橋梁的核心承重構建，也是決定橋梁整體承載能力的關鍵所在，一旦發(fā)現(xiàn)存在裂縫的問題，必須及時修復。

6 結語

綜上所述，隨著社會經濟的不斷發(fā)展，獨柱墩橋梁所承載的車流量在不斷增加，必須重視獨柱墩橋梁的加固和養(yǎng)護管理工作，從而確保人們的人身財產安全。本文列舉了獨柱墩橋梁通過加固實現(xiàn)抗傾覆能力增強的具體措施，同時橋梁的運營方也要做好橋梁的日常保養(yǎng)和維護，通過日常巡查加定期檢查的方式，更加及時地發(fā)現(xiàn)獨柱墩橋梁存在的傾覆隱患，這對于提升橋梁安全性能具有非常重要的意義。