淺談獨柱墩橋梁橫向抗傾覆加固措施

陳園園

（廣州西二環高速公路有限公司 廣東廣州 511430）

引言

高架橋梁采用獨柱墩結構，能適應橋下空間小的條件受限情況，獨柱墩外形簡潔流暢、輕巧美觀、造價較低等優點，被廣泛應用于公路或市政高架和立交匝道橋梁中。

近年來隨著車輛軸載不斷增加，橋梁承受超載現象非常普遍。獨柱墩為橋梁為單點支撐結構，橋梁在超載偏心荷載作用下，獨柱墩橋梁發生整體橫向失穩而導致梁體傾覆的事故時有發生。2015年6月19日，河源某互通立交匝道橋因四輛大貨車嚴重超載，導致獨柱墩橋梁結構嚴重偏壓突然傾覆垮塌，導致3孔共75m橋梁傾覆，造成1人死亡、4人受傷的嚴重事故。

西二環高速公路互通立交共有20聯獨柱墩連續箱梁匝道橋梁（見圖1），經橫向抗傾覆安全性驗算評估，其中有13聯獨柱墩梁橋未能通過驗算，必須進行加固改造。

圖1 西二環高速連續獨柱墩匝道橋梁

1 獨柱墩橋梁病害原因分析

獨柱墩橋梁是獨柱單點支承的一種橋梁架構，與雙柱式橋墩和多柱式橋墩相比，獨柱墩是一種偏心受壓的承重方式。

西二環高速公路獨柱墩橋多為兩頭為雙主墩，中間為連續單墩單支座的形式，個別中間獨柱墩為固結墩。經現場檢測，西二環高速公路的獨柱墩橋梁存在的主要病害為[2]：①單點支座脫空或剪切破壞；②主梁徑向位移引起的伸縮縫破壞；③主梁的外側滑移和側傾。

隨著超載車輛的增多，根據獨柱墩的結構受力特點和橋梁破壞型式的現場情況，發生獨柱墩橋梁傾覆失衡倒塌的主要原因如下：

（1）多跨獨柱墩為連續箱梁，橋梁的中心支點為連續單支座的多個獨柱墩，在車輛偏載的作用下，以支點為扭轉軸線，主梁產生很大的橫向扭矩，獨柱墩自身抗扭能力極弱，獨柱墩墩柱所受的橫向彎矩和水平剪力急劇增大，當超過獨柱墩墩柱自身承載能力時，導致主梁整體傾覆。

（2）互通立交匝道曲線獨柱墩橋梁中，大多采用彎梁橋，由于彎梁橋獨特的內外受力特性，再加上預應力和溫度的影響，扭矩在箱梁的分布情況非常不均勻。另外，由于支座的內外力兩側受力不均，在恒載作用下，就會產生負反力，最后的偏心荷載力就會直接造成支座脫空，進而影響主梁的架構，如若此時偏心荷載力繼續增加，整個橋梁結構就會發生變形扭曲，造成主梁傾覆。

（3）獨柱墩橋梁是采用墩梁固結的方式，這種固結方式可以有效緩解墩柱的受力壓力，防止主梁發生扭曲變形，但是在實際的運營過程中，在偏心荷載的長期作用下，就很有可能在墩梁固結處出現開裂受損病害，甚至引發墩柱斷裂、主梁傾覆事故。

2 獨柱墩橋梁加固措施

獨柱墩橋梁的加固設計改造，一般從梁板結構、支座、蓋梁、墩臺基礎幾個方面進行。根據橋梁現場的地形地貌、橋下空間、周邊建構物情況、地質情況以及施工條件等，西二環高速公路獨柱墩匝道橋梁加固采用的主要措施如下：①端橫梁增設抗拔構造；②獨柱墩墩頂增加蓋梁；③獨柱墩單側增設樁柱。

2.1 端橫梁增設抗拔構造

匝道橋一聯連續箱梁中間墩采用獨住墩，兩端設雙支座端橫梁。為增強箱梁抗扭能力，抵消部分傾覆扭矩，在傾覆外側設置一連接構件，將端橫梁與橋臺臺帽連接成為一個整體（見圖2）。當梁體發生傾覆狀況時，箱梁端橫梁與臺帽的連接構件起到抗拉拔作用，利用箱梁的整體剛度，提高梁端梁體抗扭能力。該方法能有效限制梁體往外扭轉及向外側爬移，從而保證梁體的安全。

圖2 抗拔構造

2.2 獨柱墩墩頂增加蓋梁

西二環高速匝道橋獨柱墩主要為樁柱式橋墩，立柱的直徑為160cm，獨柱墩剛度較大，在最不利工況下墩身剛度能夠滿足承載力要求。

該方案在立柱的頂部增設高130cm、厚170cm的蓋梁[3]。為了保證施工效果，能使蓋梁與原來的立柱緊密結合，采用植筋的施工方式，墩柱頂對穿鋼筋或在蓋梁頂設橫向預應力，澆筑新增蓋梁混凝土混凝土混凝土，實現由單支座變為雙（多）支座（見圖3），以提高箱梁的橫向抗扭能力。

圖3 獨柱墩增加蓋梁

2.3 獨柱墩單側增設樁柱

為提高橋梁的橫向穩定性能，使得原來橋墩立柱所受的偏心受壓作用減小[3]。因匝道橋梁箱梁底較窄，在保證樁基間距前提下，根據現場條件，通過植筋，將橋墩處箱梁橫梁加長，在獨柱墩外側或內側增設橋墩（見圖4）。該方案通過增設橋墩個數，改獨柱墩為雙柱墩，提高箱梁的橫向抗扭能力。因箱梁橫梁需接長，為不影響橫梁混凝土混凝土混凝土澆注質量，需封閉匝道橋的交通。

圖4 獨柱墩單側增設樁柱

3 施工注意事項

（1）增設抗拔構造法施工前，先無損檢測對原橋結構鋼筋進行定位，避開原橋結構鋼筋，定好孔位后再對抗拔鋼板進行準確開孔，避免損傷原橋受力鋼筋。在安裝抗拔構件前，宜在水泥構件上先進行抗拉拔試驗。

（2）獨柱墩墩頂增加蓋梁要充分考慮現有預應力以及施工的預應力之間的差異，同時在植筋鉆孔時應避免對損傷原結構鋼筋，并且選用高強度高密度鋼筋進行綁扎、焊接。施工時應保證新舊支座受力的一致性和同步性。應保證植筋的施工質量，確保新舊蓋梁緊密結合。

（3）獨柱墩單側增設樁柱，施工前要根據橋下空間、地質情況、施工條件選用合適的機械設備，做到不影響原橋墩的穩定性。箱梁橫梁接長應應保證植筋的施工質量，確保新舊混凝土混凝土混凝土收縮徐變不影響橫梁開裂。

4 結語

本文通過對獨柱墩橋梁傾覆穩定性現狀進行分析，并對廣州西二環高速匝道橋獨柱墩橋梁的病害進行了分析，根據病害情況提出相應的改造措施，得出以下結論：

（1）目前我國規范中對于橋梁抗傾覆性能的規定較為缺乏，又面臨著車輛超載和交通擁堵兩大難題。在新建橋梁設計中，應進行橋梁傾覆穩定性進行分析，應優先選用抗傾覆能力強的結構形式或增加構造措施來提高橋梁的抗傾覆安全性能[4]。

（2）對于長聯的獨柱墩連續梁結構，采用改造橋墩結構，增加支點個數，提高橋梁的抗傾覆能力。

（3）由于橋梁超載現象越來越普遍，建議養護單位盡早對獨柱墩橋梁的隱患排查并進行結構驗算，及時進行整治，消除安全隱患，防患于未然。

[1]《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）中華人民共和國標準.

[2]汪芳芳，徐祖恩，嚴偉飛.獨柱墩橋梁抗傾覆安全分析及加固設計技術研究.浙江交通職業技術學院學報，2014，15（4）.

[3]徐超.連續獨柱墩橋梁抗傾覆安全評價及加固設計方案研究[J].公路交通科技，2013（5）.

[4]馮平.獨柱墩橋梁傾覆穩定性分析和加固方法研究[J].橋梁工程，2005.

[5]林曉娟．獨柱墩橋梁常見問題及原因分析[J].工程與建設，2013，27（2）198～200.