獨柱墩抗傾覆加固設計及應用的探討

李維俊 王 榃

獨柱墩抗傾覆加固設計及應用的探討

李維俊1王 榃2

（1. 無錫交通建設工程集團有限公司，江蘇 無錫 214100；2.四川交通職業技術學院建筑工程系，四川 成都 611130）

近些年全國許多地方都不同程度的出現了獨柱墩橋梁的整體側翻傾覆事故，造成了一定的影響。本文以無錫市區干線公路獨柱墩梁橋加固項目為依托，對獨柱墩梁橋的加固方法及加固效果等方面進行了研究探討，以期給本行業的人員一些參考。

獨柱墩加固；質量控制；抗傾覆；經濟性

1 研究背景

獨柱墩橋梁因為其占地面積小、對橋下通行視線影響小等優點，在我國各大城市的高架橋上應用非常普遍。由于交通壓力日益增大，超載現場屢禁不止，橋梁因超載、偏載導致側翻傾覆的事件時有發生。為了避免事故再次發生，對原有不符合現行規范的獨柱墩橋梁的加固迫在眉睫。

2 加固方案

根據須加固橋梁的現狀、加固設計原則及相關加固設計經驗，加固方案采用以下幾種：

（一）增設抗拉裝置。通過在邊墩設置抗拉裝置，避免因支座脫空而改變結構體系，增強橫向抗傾覆性能。抗拉裝置有抗拉板、拉桿和預應力拉桿等，與原結構通過錨栓連接。

（二）增設抗傾覆牛腿加支座。通過在獨柱墩頂設置牛腿，牛腿上增設支座，將獨柱墩單支座體系改為多支座體系，加強結構抗傾覆的能力。抗傾覆牛腿可采用鋼牛腿或混凝土牛腿，與原結構通過鉆孔、植筋、錨栓等方式進行連接。

（三）增設立柱。通過在獨柱墩位置增加立柱，立柱頂設抗傾覆支座，拉開支座間距，增加橋梁抗傾覆能力。

3 施工流程

3.1 增設抗拉裝置

尺寸復核→工廠制作加工鋼構件→基底處理→鉆孔→配置粘膠劑→植埋錨栓→安裝粘貼錨板→檢查質量靜置固化→安裝拉板及銷軸→防腐處理→檢驗→場地清理。

3.2 增設抗傾覆牛腿加支座

工廠制作加工鋼構件→基地處理→鉆孔→安裝抱箍→配置粘膠劑→植埋錨栓→壓力注漿→檢查質量靜置固化→安裝鋼牛腿→安裝支座→防腐處理→檢驗。

3.3 增設鋼管立柱

尺寸復核→工廠制作加工鋼構件→河床清淤→立柱側面鉆孔→配置粘膠劑→植埋錨栓螺桿→安裝鋼管立柱→安裝橫向聯系→安裝制作→防腐處理→檢驗→場地清理。

4 施工質量控制要點

4.1 尺寸復核

根據設計圖紙，與鋼結構廠家技術人員一同對加固橋梁的實際結構尺寸進行測量，復核鋼立柱和抗拉板的尺寸，施工應以實際測量的尺寸調整設計。

4.2 工廠制作加工鋼構件

橋梁加固用鋼結構件在最不利情況下集中應力非常大，對于構件的焊接質量要嚴格控制。構件材料采用Q345C鋼板，化學成分及機械性能符合規范的規定，鋼材一定要有出廠合格證明。鋼構件的焊縫等級分兩類:主要受力焊縫為一級焊縫,加勁肋焊縫為二級焊縫。其中一級焊縫均為開坡口的全熔透焊縫，焊縫除特殊注明外均采用埋弧自動、半自動電弧焊接或氣體保護焊,只有少量現場焊縫可由有資格的焊工手工電弧焊。焊縫的外形尺寸、質量等級和缺陷分級應符合現行規范要求。

4.3 鉆孔

一塊錨板有15個孔，需要在蓋梁側面和梁底進行放樣，畫出15個鉆孔位置。為確保準確性，施工時先根據錨板B的孔位在梁底鉆15個孔，將錨板B安裝到位，完成后安裝銷軸，通過轉動銷軸，將錨板A緊貼于蓋梁側面，再根據錨板A的孔位直接鉆孔。

4.4 抗拉裝置施工

將粘鋼膠均勻地抹在混凝土表面和鋼板上，厚度為2～3mm，使鋼板能粘貼牢固；將鋼板按照各孔位穿過螺桿，安裝螺母，用扳手配套加長套筒擰緊螺母進行錨固加壓。在緊固螺母時，及時檢查鋼板是否和混凝土貼緊，如發現縫隙及時擠壓粘鋼膠緊固。在膠體固化前用小錘敲擊，防止空鼓。

4.5 抗傾覆牛腿施工

抗傾覆牛腿是在混凝土圓柱頂部設置抗傾覆鋼牛腿，由鋼抱箍和鋼牛腿組成。鋼抱箍壁厚24mm，抱箍螺栓采用M30高強螺栓，立柱植入螺栓采用M24高強螺栓。牛腿由鋼板焊接而成，頂板及腹板厚24mm，腹板豎向加勁肋厚20mm。抗傾覆支座承壓板厚30mm，頂部設置M22x150剪力釘。抗傾覆牛腿在工廠里分兩段制作，運抵現場安裝，應注意抱箍的安裝標高不能高于設計高程。牛腿安裝完成后在預留孔位出處打孔，植入高強螺栓，緊固。

4.6 鋼立柱施工

岸上施工的鋼立柱相對簡單，按設計圖紙施工。河中的鋼立柱施工難度比較大，其中嚴埭河橋左幅5#墩6#墩、右幅6#墩7#墩4根立柱均在河中。需先派遣潛水員下水排查，探清淤泥情況，然后用定位裝船長臂挖機進行開挖清淤，為了防止清除完成后淤泥回攏，清除范圍需要擴大。清淤完成后，再對承臺頂面進行二次清理，采用水下鑿除工具，對承臺頂面立柱安裝位置鑿除整平。完成后將鋼立柱下放至承臺頂面，上部用千斤頂頂住梁底，施加50KN壓力，然后再進行橫向連接，完成后安裝盆式支座。

4.7 防腐處理（抗拉板、鋼牛腿、鋼立柱）

鋼結構防腐工藝：先進行噴砂除銹，要求為St3.0級。然后涂防腐材料，所有板件工廠噴涂一層25 μm的車間底漆+一層80μm環氧富鋅底漆+兩層75μm環氧云鐵漆+一層40μm丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆，最后一層30μm氟碳面漆在待抗拉板全部完成后在現場進行噴涂。鋼立柱由于下半段是插入水中的，需要在廠家直接完成涂裝，上半部分等橫向連接全部完成后再進行面層施工。在抗拉板安裝過程中會有個別剮蹭部位，采用涂刷的方式進行修補，完成后統一噴涂面漆。

4.8 支座安裝施工

1、先安裝盆式支座上鋼板，上鋼板的4個螺栓孔進行放樣鉆孔植埋螺栓，完成后進行上調平塊施工，上調平塊采用結構膠消除梁底縱橫坡。

2、上鋼板安裝就位后，將盆式支座下鋼盆安裝到位，采用自制螺栓由下而上將整個盆式支座頂死在梁底，然后對剪力釘與下鋼盆之間的空隙綁扎鋼筋網片，立模澆筑C50高強自流平灌漿料。澆筑前應檢查剪力釘及鋼筋是否安裝齊備，清理鋼板表面。

3、安裝盆式支座前預先用千斤頂給箱梁預頂力，頂力為50KN，墊石澆筑及支座安裝到位，待灌漿料達到強度后，卸除千斤頂，保證支座與粱底密貼。

5 加固后抗傾覆驗算

對于加固完成后的橋梁應進行受力方面的驗算，確保滿足規范要求。以薛典路上跨橋為例說明。根據箱梁一般構造及加固方案采用Midas Civil 2019（授權版）進行計算和自編程序進行建模驗算。因邊墩支座處采用增設抗拉板，抗拉板僅作為安全儲備，模型中不予考慮；中墩采用抗傾覆牛腿加固，牛腿上支座與梁之間采用彈性連接模擬。加固后模型共有56個單元，69個節點。對應實際施工分段情況，模型中共分2個施工階段：1、施工梁段，張拉預應力鋼束；2、十年收縮徐變。抗傾覆加固支座在施工階段2激活。

5.1 穩定驗算

按照規范 JTG 3362－2018第4.1.8條檢算見下表：

支座脫空驗算表

項目支座編號 626163101641076665 li(m)60000060 支座豎向力KNRGki（永久作用標準值效應）1644171412424011726012561283 支座豎向力KN失效支座對應最不利汽車荷載的標準值效應RQki,62-3261008-2351023-219746-120144 RQki,66-11619948732461168-336726 特征狀態 I驗算1.0 RGki +1.4 RQki,621188312512095143211420104510881484 1.0 RGki +1.4 RQki,66148117401255512221207016367852299 驗算結論滿足要求 特征狀態 II驗算穩定效應ΣRGki li （kN?m）98640000075330 失穩效應 kN?mΣRQki,62li1955000007200 ΣRQki,66li6970000020170 ΣRGki li /ΣRQki,62 li6.50 ΣRGki li /ΣRQki,66 li6.41 驗算結論滿足要求

計算結果如下：

特征狀態1：在作用基本組合下，支座不脫空，最小支反力785KN。

特征狀態2：按作用標準值進行組合時，最小抗傾覆安全系數6.41，滿足規范要求。

5.2 獨柱墩橫橋向壓彎強度計算

中墩增設抗傾覆牛腿之后，在汽車荷載偏載作用下，對獨柱墩產生橫橋向彎矩作用效應，此效應為加固之后的新增效應，因此需對獨柱墩的使用安全性能進行驗算。

獨柱墩相關計算參數表

12#墩13#墩墩柱材料墩柱直徑截面配筋計算長度 墩底截面內力基本組合彎矩KNm76477345C302.0米40B2512米 軸力KN1860117668 墩底截面內力標準組合彎矩KNm54625246 軸力KN1506114295

5.3 抗傾覆牛腿根部螺栓抗剪強度驗算

抗傾覆牛腿根部采用36根8.8級M24高強螺栓與立柱連接，根據模型計算，活載作用下，牛腿支座最大活載反力標準值為2032KN，考慮活載1.4的分項系數，則根部剪力設計值為2845KN，則單個螺栓的剪切應力為175Mpa，小于螺栓抗剪強度設計值250Mpa。

6 結論

獨柱墩形式的橋梁在我國各大城市的高架上應用非常的普及。為了避免再次發生橋梁側傾事故，對原有不符合現行規范的獨柱墩橋梁的加固迫在眉睫。本文結合無錫市區段獨柱墩加固項目實際應用效果，得到了一些結論：

6.1 采用增設抗拉裝置

優點：工程規模小 ，構造簡單，施工方便，施工不影響橋上正常交通，加固后基本不影響原結構受力，經濟性好。

缺點：受構件尺寸限制，設計抗拔力一般較小。

6.2 增設抗傾覆牛腿加支座

優點：通過改單支撐體系為多支撐體系，直接有效地改善了抗傾覆能力，基本保證箱梁不發生傾覆，施工不影響橋上正常交通。

缺點：構件尺寸大，較復雜，建設條件受限；涉及多種施工工藝，還需增設支座，經濟性一般。

6.3 增設立柱

優點：獨柱墩單支承改為雙支承，直接有效地提高了結構抗傾覆能力，可靠性高，對墩高較高的橋梁，可通過增設橫向聯系，提高墩柱橫向剛度。施工方便，工藝簡單，質量容易控制，經濟性較好。

缺點：在城市立交跨交叉口橋梁中需注意可能會影響地面車輛行車視距，使用有一定局限性。

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李維俊，男，漢族，陜西藍田人，無錫交通建設工程集團有限公司，高級工程師，研究方向：交通工程；王榃（1971.01- ），女，漢族，北京人，碩士，四川交通職業技術學院建筑工程系，副教授，研究方向：土木工程，工程項目管理。

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