獨柱墩橋梁加固施工與技術研究

鄭超 劉明

(湖北交投宜恩高速公路運營管理有限公司， 湖北 武漢 430062）

隨著我國交通量的不斷增長， 重型車、 超載車日益增加， 橋梁安全問題受到了越來越多的關注。 我國橋梁工作者關注較多的往往是橋梁抗彎承載力與抗剪承載力是否滿足規范要求， 而在橫向抗傾覆能力方面關注較少。 2019 年12 月交通運輸部開展了全面排查獨柱墩橋梁安全運行狀況專項行動， 2020 年5 月交通運輸部管理干部學院等單位共同組織開展了獨柱墩橋梁安全提升專項行動技術培訓。 可見獨柱墩橋梁的橫向抗傾覆問題， 已經受到了交通主管部門的高度重視。 獨柱墩橋梁不僅具有施工方便、 結構輕巧、 占地量小的優點， 而且可以提高低空間布局和視野， 被廣泛應用于高速公路及城市立交中， 其上部結構通常為連續箱梁。 獨柱墩橋梁在偏心荷載作用下， 單向受壓支座脫離受壓狀態； 當箱梁的抗扭支撐全部失效， 箱梁失穩破壞。

1 高速公路系統中獨柱墩式橋梁工程概述

現階段， 國內相關科技的發展速度越來越快， 工業化發展程度也日益提升， 橋梁工程建設領域的發展也以非常令人驚訝的總體規模和速度高速發展進步。為實現更理想地加速我國的經濟發展及國力的進一步增強， 現場施工建設人員針對橋梁工程的建設做了進一步的深入分析與研究， 持續改善施工作業相關的技術方案， 現階段在國內獨柱墩式橋梁工程的實際應用領域還是相對比較廣泛的。 不論是大城市中的立體交叉、 跨越路線或者是位于高速公路匝道的橋梁的情況下， 一般均是使用現澆的連續型箱梁的主體構造模式， 而使用連續型箱梁結構的高架橋的橋墩構件通常分為獨柱式橋墩及雙柱式橋墩2 種模式。 通常狀況之下， 如果車道數量大于4 的寬體橋梁， 主體結果適宜使用雙柱墩的模式， 然而對于車道數量通常不會超過4 道的高速公路系統來講， 獨柱墩式的橋梁更適合項目工程的施工操作。 高速公路系統中的獨柱墩構件常規狀態下將會安置在高速公路路面的中心區域， 就會把道路中間的區域占用， 其規劃設計通常是使用一根柱體1 個支撐點的結構形式， 重要作用是用以支撐橋梁主體梁板及梁板上的全部載荷。 這樣的狀況下建成的獨柱墩式橋梁不但節省了較多的面積、 優化了橋梁下方的布局和結構、 增加了駕駛員的視野， 還能起到美化沿途景觀的作用， 這樣的操作對于現階段國內城市建設用地寸土寸金、 交通狀況相對擁擠的情況的改進， 是有很大幫助的。

2 近些年在役橋梁傾覆事故分析

近年來在天津、 杭州、 哈爾濱和無錫等地多座獨柱墩橋梁發生了傾覆事件， 而傾覆的橋梁在落梁后梁體基本還是完整的， 主要原因還是因為機動車超載作用下發生的橫向傾覆破壞。 1） 很多獨柱墩在設計時都是沿用以往的設計經驗， 而沒有對獨柱墩橋梁抗傾覆性能進行驗算； 2） 運營單位沒有及時對獨柱墩橋梁進行檢測、 維修和更換支座， 導致支座年久失修損壞， 造成梁體滑落。

3 加固原則

利用錨噴混凝土對橋梁進行加固主要是對構件截面進行增加， 內力計算方法與增加構件截面相同， 在加固過程中應該遵循以下原則： 1） 由于后噴的混凝土恒載依舊作用在之前的構件之上， 因此， 無論是前期噴灑的混凝土還是后期噴灑的混凝土， 恒載內力的計算都應該按照構件的截面模量進行計算； 2） 新增加的混凝土標號與之前的存在一定的差異， 在鋼筋上也會有所差異， 因此在計算活載內力的過程中應該結合整體的截面模量； 3） 加固設計工作在進行之前需要針對橋梁結構采用級數更高的方法， 按照低強度的方式來計算相關數據； 4） 在利用錨噴混凝土進行施工的過程中， 混凝土的運輸和澆筑等都需要融合為一道工序。 在使用錨噴混凝土加固的過程中可以通過輸料軟管的作用在一些狹小的工作區內完成較為復雜的結構噴射。 相對來說， 噴射混凝土的設備和工序都相對簡單， 更加節省勞動力， 有著非常廣泛的實用性，在施工過程中可以加入外加劑和其他的集料能夠極大地提高噴射混凝土的綜合性能。

4 獨柱墩橋梁加固施工與技術要點

4.1 特殊部位處理

在橋面鋪裝層中， 橫縱縫、 施工縫與伸縮縫均為薄弱部位， 需進行特殊處理才能避免這些部位產生病害。 鋪裝層施工需要在完成對橫向鋼筋的連接或鋼板焊接之后進行， 否則鋼筋焊接過程中產生的高溫會導致鋪裝層產生裂縫。 混凝土澆筑伸縮縫時應保持平整， 并且和橋面之間的連接要平順， 避免由于車輛動荷載導致伸縮裝置被破壞。 在伸縮縫中應填塞具有良好彈性和耐高溫性的材料， 確保伸縮裝置可以自由伸縮， 在安裝伸縮縫的過程中， 具體自由伸縮量需通過專業計算來確定。 瀝青混凝土鋪裝層維修步驟為： 首先確定作業面， 根據圓洞方補和斜洞正補的基本原則， 準確劃出需要修補的輪廓， 然后清理坑槽， 挖出松散料， 使坑壁和地面保持垂直。 接著在坑槽中填入新混合料， 在填料之前， 為使新料和坑槽壁之間良好黏結， 避免雨水進入坑槽內， 應先均勻噴灑一層乳化瀝青， 但注意此步驟不能積油。 完成填料后， 表面應比周圍高3 ～5cm。 最后采用小型壓實機碾壓坑槽范圍內的新填混合料， 使其達到密實。

4.2 鋼板粘連加固技術

鋼板粘連技術是一項新型現代加固技術， 在不改變原有的結構尺寸基礎上對公路橋梁進行施工改造，其操作方便、 簡單， 加固施工周期短， 加固效果顯著、 所占空間較小、 對材料的消耗小。 使用粘連劑固定混凝土和鋼板， 增強混凝土的拉力、 薄弱位置的強度。 為了提高橋梁的抗彎強度， 應將鋼板置于橋梁底板下端， 剪切強度應根據公路橋梁的控制面板進行數字計算。 使用鋼板粘連加固技術， 應保持原有結構中鋼筋方向一致， 將鋼板置于橋梁結構的側面位置時，可提高橋梁的抵抗性、 增強其抗剪強度， 在鋼板發生變形前可避免破壞混凝土結構。

4.3 公路橋梁的體外預應力加固施工技術

體外預應力加固施工技術的應用， 需要專業設計人員對既有橋梁內部及箱體的應力狀態有充分了解。其主要是在原有混凝土結構上加預應力筋， 使其與混凝土相結合， 從而改善既有橋梁病害， 提高橋梁的穩定性和安全性。 體外預應力加固技術在具體的施工過程中， 具有以下優點： 1） 預應力筋布置簡單， 結構受力明確， 預應力損失少； 2） 根據具體情況靈活布置， 既可以全橋加固， 又可以局部位置加固； 3） 相對加固后原結構的恒荷載增加， 使結構和構件的承載能力有較大提高空間； 4） 體外處理混凝土結構， 便于維修； 5） 抗震等特殊要求的加固效果良好。

4.4 灌注灌封膠加固

橋梁主受力結構發生變化甚至出現裂縫時， 整個橋梁的承受能力會受到破壞， 可以采用灌注灌封膠加固技術來修補。 此項技術要求技術人員要在橋梁穩固之前查明橋梁的損壞位置及原因， 以便能夠快速地選擇出最科學合理的加固方式。 但是如果橋梁發生了承載力缺乏的現象， 那么就要同時運用灌注灌封膠加固與預應力加固兩個技術。 運用灌注灌封膠加固以及預應力加固技術后， 會增強橋梁的承重性能， 同時還會減少裂縫問題， 橋梁的安全性就有了保障。 灌注灌封膠加固以及預應力加固技術的同時運用， 提高了橋梁的承重性能， 也提高了橋梁的質量。

4.5 碳纖維加固施工技術

碳素纖維是一種增強復合材料， 碳素纖維加固的全名是黏結性纖維塑料增強加固， 其是用黏結劑將纖維增強材料粘貼到受拉構件上， 使其與受拉構件一起受拉， 從而提高結構的承載性能。 碳纖加固技術具有許多優點， 如： 具有一定的物理機械性能， 較強的抗拉強度， 施工簡便， 還具有較強的抗腐蝕、 抗鹽、 抗堿等性能。 缺點是其彈性模量與普通鋼筋相比較低。 現代公路工程施工中， 碳纖維加固技術應用十分廣泛， 橋梁加固后無需維護， 且加固前、 后對結構外觀、 尺寸無影響， 其自重小， 質量輕， 適用于各種混凝土結構形式。 受此加固技術的影響， 當前公路橋梁混凝土結構易發生損傷部位都會采用加固材料。 該技術具有補強鋼筋等多重作用， 在一定程度上大幅提高了公路橋梁的整體結構承載力。

5 結語

獨柱墩橋梁因結構輕巧、 占地量小等優點在公路橋梁中應用較為廣泛， 但是頻繁發生的獨柱墩橋梁傾覆事故， 不得不引起養護管理機構的重視。 鑒于社會車輛超載情況仍在短期內得不到有效的解決， 為了廣大司乘人員的安全， 避免國家財產損失， 重視橋梁安全， 重視獨柱墩橋梁穩定性， 養護管理機構必須做好養護管理工作， 加強日常巡查， 做好日常保養， 及時進行小修養護管理， 定期進行定期檢查， 特別是獨柱墩橋梁是否存在傾覆趨勢、 是否存在支座病害、 是否位移超限等。