張婭玲

(陜西高速公路工程咨詢有限公司，陜西 西安 710061)

0 引 言

獨柱墩作為一種常見的橋下結構被經常用于城市立交橋和高速匝道上，采取這種設計，主要在于它能夠有效減少占地面積，同時增加橋下視野和橋形體的美觀。在國外橋梁建設中，獨柱墩廣泛地作為橋梁下部稱重結構，因限載控制嚴格，鮮有整體傾覆的研究報道[1-6]，但是在我國，獨柱墩橋梁傾覆事故卻時有發(fā)生，并且社會影響很大，比如浙江上虞立交橋倒塌事故、哈爾濱陽明灘大橋垮塌、無錫312國道錫港路上跨橋側翻事故等，其主要誘因是嚴重超載[7-12]。對于偏載情況下，獨柱墩連續(xù)橋梁發(fā)生傾覆的研究還較少，相關計算理論、設計方法及規(guī)范還不夠成熟，因此總結一些獨柱墩橋梁抗傾覆的加固措施，對于工程實踐具有參考意義[13-18]。以延西高速川口互通立交C匝道為列，對獨柱墩橋梁抗傾覆的加固措施做以簡單介紹。

1 項目概況

川口立交C匝道橋位于延西高速川口互通立交，橋梁樁號CK0+062，橋梁全長368.02 m。上部結構采用(5×13)m+(7×19)m+(2×19+4×23+2×19)m鋼筋混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，共3聯(lián)20孔，下部結構為單柱式墩，U型、柱式橋臺，鉆孔灌注樁基礎。該橋橋面寬7.5 m，設計荷載：汽車-超20級、掛車-120級，于2001年5月投入運營使用，已運營20年。川口C匝道位于曲線半徑分別為R1=41.279 m、R2=65.012 m、R3=98.368 m 的圓曲線和LS=35 m的緩和曲線上，最大縱坡3%，最大橫坡6%(單向)。

2 獨柱墩橋梁主要病害及原因

根據(jù)對川口立交C匝道的現(xiàn)場檢測，發(fā)現(xiàn)該橋梁主要有以下幾種病害。

(1)上部箱梁爬移。全橋上部現(xiàn)澆箱梁共三聯(lián)，其中第一聯(lián)輕微縱向移動，第二聯(lián)存在縱向及平面轉動爬移，第三聯(lián)現(xiàn)澆箱梁存在整體向彎道外側方向及下坡向爬移現(xiàn)象；部分墩柱橫向豎直度存在偏差，最大約4.5 cm，伸縮縫存在明顯擠壓、拉開、錯位及錯臺現(xiàn)象。

(2)支座脫空、鋼板銹蝕。支座普遍存在鋼盆表面嚴重銹蝕及橡膠老化現(xiàn)象；支座上鋼板與下盆存在不同程度的橫橋向錯位，并且20#墩頂右側支座完全脫空。

(3)混凝土耐久性病害。橋梁上部結構現(xiàn)澆箱梁兩側翼板邊緣處未設置滴水槽，雨水沿翼板、腹板長期沖刷侵蝕梁體，誘發(fā)多處鋼筋銹脹。由于梁體爬移，橋臺及過渡墩上箱梁翼板部位發(fā)生抵死，造成箱梁翼板部位局部破損嚴重、蓋梁擋塊擠壓破損。

(4)獨柱墩抗傾覆驗算不滿足規(guī)范要求。驗算過程中，采用的荷載等級為公路Ⅰ級，根據(jù)規(guī)范JTG 3362—2018相關規(guī)定，采用兩個階段進行驗算。第一階段驗算作用基本組合下，支座如不出現(xiàn)反力，表示滿足抗傾覆要求；第二階段進行特征狀態(tài)2時穩(wěn)定效應與失穩(wěn)效應的比值計算，檢驗滿足規(guī)范要求與否。驗算結果表明，川口C匝道第1-3聯(lián)均不滿足規(guī)范中抗傾覆驗算的有關規(guī)定。

梁體爬移、墩柱傾斜、支座脫空的原因是相關聯(lián)的，造成這些病害的原因主要有以下幾方面。

(1)曲線橋本身受力特性的影響。橋梁位于圓曲線、緩和曲線上，曲線半徑為41～98 m，屬于典型的小半徑曲線橋，且橋梁縱坡、橫坡均較大，最大縱坡3%，最大橫坡6%(單向)，小半徑曲線再加上較大的橫坡、縱坡等因素導致橋梁空間效應“彎扭耦合”作用明顯，造成內外側支座受力不均勻，極易引發(fā)內側支座脫空現(xiàn)象。

(2)長期溫度作用。升降溫會引起梁體伸長、縮短，但隨著支座橡膠老化，梁體收縮變形受限，導致向外爬移位移累計，無法恢復；支座的老化變形限制了梁體的自由活動，梁體向外爬移帶動橋墩偏移。

(3)支承體系的影響。該橋非連續(xù)端設置為雙支座，連續(xù)端設置為單支座，在在偏載情況下會產生較大的扭矩，導致支座受力不均、內側支座發(fā)生脫空現(xiàn)象，特別是比較長的第3聯(lián)更容易發(fā)生受力不均、內側支座脫空的現(xiàn)象；同時橋梁支座除固定支座之外都是雙向滑動支座，減弱了對橋梁的橫向約束，故第2、3聯(lián)易發(fā)生橫向變形。

3 抗傾覆加固措施分析

考慮工程實際情況和以往工程實踐成果，通常有以下加固措施進行獨柱墩抗傾覆加固處理：增設抗拔銷(拉桿)裝置；增設蓋梁；增設樁柱；增設樁、承臺及改花瓶墩；擴大墩身；增設蓋梁及接長橫梁。

以上六種加固措施，在日常實踐中，均能起到加固的效果，但是應用的條件和造價卻各有區(qū)別，以本匝道加固為例，具體對比如表1所示。

表1 各加固措施優(yōu)缺點對比表

通過上述分析，結合本次匝道橋梁橋寬較小，且橋下多為互通綠化帶或非通航河道，凈空不受限制，綜合考慮造價、施工工期及驗算是否滿足技術要求等因素，此次加固采用方案二增設蓋梁方案。

增設蓋梁方案，在以前的施工實踐中經常采取植筋、澆筑混凝土的方式，也有采取鋼蓋梁的方式，考慮到本次施工周期短，此次施工中使用了增設鋼蓋梁的方式。為了進一步節(jié)約成本，我們提出了兩種方案，并進行了對比，具體如下。

(1)方案1：獨柱墩加設鋼支架+單支座，變?yōu)槿ёw系。在全橋獨柱墩上增設鋼支架，利用鋼支架及蓋梁頂升將墩臺支座全部更換；改變全橋部分墩柱支撐體系，在墩上利用鋼支架將單支座改三支座體系，在每聯(lián)聯(lián)端增設拉桿，1#～19#橋墩增設縱橫向限位裝置。鋼支架構件采用Q355C工字鋼和槽鋼進行拼裝，并采用植入支撐鋼棒固定在橋墩上。待梁體復位、頂升更換支座等施工完成后，在支架上兩邊設計位置增設橡膠支座。

(2)方案2：獨柱墩加設鋼蓋梁+單支座，變?yōu)槿ёw系。對第1～3聯(lián)獨柱墩墩頂外表面進行植筋，并鉆預應力穿束孔，在墩頂增設鋼蓋梁，進行預力鋼束張拉，鋼蓋梁殼內澆筑自流平混凝土。進行混凝土養(yǎng)生，然后在新增的蓋梁上施做支座墊石，安裝兩邊支座，將原單支座改為三支座形式。

方案1采用型鋼等拼裝形成鋼支架，加工方便，施工周期短，造價較低，將單支座改為三支座體系，增加了梁底支撐，能夠有效控制梁體的橫向及扭轉變形。相對來講，方案2中鋼蓋梁加工復雜、大量植筋對橋墩損傷大、增加自重大，且需要混凝土養(yǎng)生及預應力張拉工序，整個施工周期長、造價相對較高。因此最后采用了方案1獨柱墩增設鋼支架+單支座改三支座體系。通過對加固后橋梁各聯(lián)進行了抗傾覆驗算，抗傾覆驗算結果均滿足規(guī)范要求，如表2所示(以第二聯(lián)為例)。

表2 抗傾覆驗算結果表

4 結 語

防止獨柱墩橋梁發(fā)生傾覆的最高效措施是嚴控行駛荷載，在進行獨柱墩橋梁抗傾覆加固處理時，應綜合考慮各種影響元素，因地制宜，采用可行的方法，對于常用的六類加固辦法經實踐均是切實可行的。經過實踐證明，通過增設蓋梁的方式能有效保證獨柱墩的抗傾覆性，在實踐中利用鋼支架代替鋼蓋梁、混凝土蓋梁能達到相同的效果，且施工簡單、周期短、成本低，在一些快速維修加固工程中，可以借鑒應用。