現(xiàn)澆箱梁獨柱墩加固措施與應(yīng)用

賀振陽

【摘要】在橋梁修建過程中，現(xiàn)澆箱梁的應(yīng)用越來越廣泛，其中獨柱墩作為支撐現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)的下部基礎(chǔ)形式，也擁有了成熟的施工技術(shù)與理論支持。由于獨柱墩自身的受力缺陷，超載車、重車對獨柱墩橋梁的影響等因素，橋梁往往會發(fā)生傾覆性的破壞。針對這種破壞形式，本文提出了現(xiàn)澆箱梁獨柱墩加固的措施與相應(yīng)的驗算過程，為以后類似工程的實施提供了有力可靠的支持。

【關(guān)鍵詞】獨柱墩；鋼管墩柱；驗算；安裝

引言

在高速公路與城市立交建設(shè)中通常都要涉及到互通立交形式，其中匝道橋梁部分通常都會采用獨柱墩構(gòu)造形式，這是由于獨柱墩構(gòu)造形式具有美化截面，壓縮空間等優(yōu)點。但同時該種結(jié)構(gòu)形式也具有很多缺點，例如截面下緣存在曲線，墩頂窄，墩頂支座布置橫向小等，當(dāng)汽車荷載出現(xiàn)偏載時，就會出現(xiàn)傾覆性破壞，為了防止這種現(xiàn)象的出現(xiàn)就需要對獨柱墩結(jié)構(gòu)采取一定措施進行加固。

1現(xiàn)澆箱梁獨柱墩結(jié)構(gòu)形式驗算

1.1假定橋梁概況

假定橋梁交叉角度為90°，全長132米，跨徑為5x25米。現(xiàn)澆箱梁所在平面線形半徑R=800米，橋梁整體縱坡為-0.2%，橋面寬度為：2x0.5m防撞護欄+10.25m行車道?，F(xiàn)澆箱梁為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，截面形式為單箱雙室?，F(xiàn)澆箱梁頂寬11.25米，梁高1.5米，懸臂長度為2米，箱梁底板寬度為7.25米。下部結(jié)構(gòu)形式為獨柱墩。其中2#、3#橋墩與主梁固結(jié)，1#、4#橋墩設(shè)單支座，采用獨柱式橋墩。橋梁結(jié)構(gòu)形式如圖1-1所示

圖1-1 獨柱墩橋梁結(jié)構(gòu)圖

1.2 獨柱墩結(jié)構(gòu)驗算

采用空間有限元軟件midas civil 2011對獨柱墩橋梁結(jié)構(gòu)進行驗算，建立模型的方法采用梁格法。建立模型時，順橋方向作為水平X軸，定義橫橋向為Y軸，梁高方向為Z軸，以此來建立坐標(biāo)系統(tǒng)。建立模型時，要考慮橋梁自身橫 、縱坡度的影響效應(yīng)，同時對于處在曲線上的獨柱墩，并沒考慮平曲線外側(cè)的預(yù)偏效應(yīng)。所建立計算模型的尺寸均按假設(shè)橋梁的尺寸進行布設(shè)，計算模型如圖1-2所示。

圖1-2 計算模型圖

抗傾覆驗算荷載標(biāo)準(zhǔn)如下：

根據(jù)類似工程并結(jié)合道路實際情況，防傾覆驗算采用特殊車輛布載進行布載驗算。通過調(diào)查近幾年公路運行車輛，從中選取了最有代表性的載重車輛最為荷載，進行偏載計算。定義該車載總重為165噸，橫向軸距為1.8米，縱向兩車前后輪距為5米，布載形式為全橋偏載，共布置4輛該載重車，形成一列車隊，進行偏載計算，荷載按圖1-3、圖1-4形式進行布置。

圖1-3 橫向加載示意圖

圖1-4 縱向加載示意圖

在該車輛荷載作用下，通過對結(jié)構(gòu)進行驗算，計算得出支座最大、最小反力如圖1-5、圖1-6所示。

圖1-6 支座最小反力圖

由以上結(jié)果可以得出，獨柱墩支座最大反力并沒有出現(xiàn)負(fù)值，但是最小反力則出現(xiàn)了負(fù)值，因此該組合荷載作用下獨柱墩橋梁會發(fā)生傾覆。

通過以上計算，可以看出當(dāng)該橋處在該特種荷載的偏載作用下時，橋臺的邊支座會出現(xiàn)脫空，從而發(fā)生傾覆性破壞，導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)坍塌。因此需要加大橋梁橫向抗傾覆能力的安全儲備，對該橋進行加固改造，同時亦應(yīng)限制大噸位超載車在橋上行駛。

1.3加固方案

針對以上驗算結(jié)果，擬定以下加固方案：現(xiàn)澆箱梁獨柱墩結(jié)構(gòu)形式改造為三柱墩，增加兩根輔助墩柱。輔助墩柱采用直徑為50厘米的鋼管墩柱，輔助墩柱主要分擔(dān)主墩結(jié)構(gòu)的活載作用。輔助墩柱與主墩之間采取鋼結(jié)構(gòu)橫向連接，墩頂與梁底之間放置板式橡膠支座。為防止河水侵蝕，在河道邊進行漿砌防護，鋼管墩柱布置如圖1-7、圖1-8所示。

圖1-7 2#、3#獨柱墩加固方案示意圖

圖1-8 1#、4#獨柱墩加固方案示意圖

1.4 對該加固方案的驗算

針對上述提出的加固方案，采用空間有限元軟件midas civil 2011對加固結(jié)構(gòu)進行相關(guān)驗算。

通過對現(xiàn)澆箱梁進行計算得出以下計算結(jié)果，計算結(jié)果如下表1-1所示。

圖1-9 支座最大反力圖

圖1-10 支座最小反力圖

由以上結(jié)果可以得出，支座最大、最小反力并沒有出現(xiàn)負(fù)值，因此該加固結(jié)構(gòu)實施后，橋梁不會發(fā)生傾覆。

2 獨柱墩加固措施

2.1鋼管柱安裝

鋼管柱結(jié)構(gòu)的施工與驗收都要遵循國家現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50205-2001和《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50204-2002等規(guī)范。鋼管柱結(jié)構(gòu)的制作企業(yè)與安裝施工單位都必須具備相應(yīng)資質(zhì)。當(dāng)工程施工時，要把以下幾點做為準(zhǔn)則：

①鋼管柱施工放樣完畢后，要對鋼管柱安裝處的現(xiàn)澆梁底板與下部承臺之間垂直距離進行測量，同時要測量鋼管柱安裝完成后鋼管頂蓋板與現(xiàn)澆梁底板之間的距離，對以上測量的要求精度為毫米。得出的測量數(shù)據(jù)可作為鋼管柱的外套鋼管的依據(jù)。

②鋼管結(jié)構(gòu)制作完畢后，要保證其內(nèi)部沒有雜物，內(nèi)部表面要干燥潔凈，如果出現(xiàn)銹蝕、油污等，要及時清理，并且在鋼管柱存放期間要采取相應(yīng)措施進行保護，防止出現(xiàn)內(nèi)部銹蝕。鋼管柱內(nèi)混凝土的澆筑要等到鋼管安裝完畢且驗收通過后在進行，如果先行澆筑混凝土，一方面會損壞鋼管，另一方面當(dāng)進行適當(dāng)調(diào)整時，難度也會加大。

③如果直接采用的無縫鋼管和焊接鋼管，必須保證產(chǎn)品質(zhì)量。焊縫應(yīng)該為坡口熔透焊縫，其尺寸要遵循《氣焊、焊條電弧焊、氣體保護焊和高能束焊的推薦坡口》GB/T985.1-2008和《埋弧焊的推薦坡口》GB/T985.2-2008的規(guī)定。如果有需要邊緣加工的零件，應(yīng)當(dāng)采用自動切割、半自動切割、坡口機、創(chuàng)邊機等方法進行，并采用樣板控制坡口角度和尺寸。

④首先應(yīng)當(dāng)對每個零部件進行檢查，檢查通過合格后，在進行鋼管構(gòu)件的安裝。安裝構(gòu)件時，允許存在偏差，但偏差必須在相關(guān)規(guī)定要求范圍以內(nèi)。鋼管構(gòu)件的焊接以及其他焊接環(huán)節(jié)，都要遵循相關(guān)工藝要求的焊接方法、參數(shù)、順序等，并且要嚴(yán)格符合設(shè)計文件要求。

⑤鋼管柱的驗收要以施工設(shè)計圖紙與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為依據(jù)，對其外形尺寸要嚴(yán)格把關(guān)，控制好允許偏差。驗收合格后要對鋼管柱進行除銹和防腐，該項工序同樣要遵守設(shè)計規(guī)定，質(zhì)量要求應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》GB8923-1988的規(guī)定。鋼管構(gòu)件表面應(yīng)噴涂除銹漆進行防腐，質(zhì)量要求應(yīng)滿足除銹規(guī)范要求。

⑥在鋼管的運輸與存放期間，應(yīng)當(dāng)注意避免鋼管的二次變形。鋼管的吊裝也要嚴(yán)格按照的施工工序與要求進行，吊裝時，要保證其管口包裹完好，以阻止異物落入。應(yīng)當(dāng)從吊裝方式與鋼管自身的受力狀態(tài)出發(fā)，通過試吊確定正確的吊裝位置。鋼管吊裝到位，校正完畢后，要對其進行臨時固結(jié)。吊裝過程中要時刻注意避開頂部支座安裝設(shè)施。

⑦鋼管柱澆筑混凝土要使用微膨脹混凝土，澆筑混凝土方式為泵送頂升法，將微膨脹混凝土通過高壓泵從混凝土攪拌車泵送至鋼管口，一次澆筑完成。觀察混凝土從鋼管頂部溢出情況，當(dāng)溢出一定量以后，即可檢查鋼管柱頂部混凝土質(zhì)量。觀察溢出混凝土不出現(xiàn)離析現(xiàn)象時，就可以停止泵送。然后將鋼管柱頂部蓋板與鋼管進行焊接。焊接的同時要對澆筑混凝土頂與蓋板之間的距離進行測量，同時停止振搗。補焊要等到混凝土強度達到設(shè)計強度的50%，并按設(shè)計要求進行。

鋼管柱內(nèi)部必須保證光滑潔凈，以此來減少混凝土與鋼管柱內(nèi)壁之間的摩擦。為了實現(xiàn)鋼管柱內(nèi)壁的光滑潔凈，可在澆筑混凝土之前對其內(nèi)壁使用高壓水槍進行清洗，或者采用水泥漿進行抹面。

⑧鋼管柱內(nèi)混凝土澆筑質(zhì)量的檢測可以采用敲擊鋼管的方法進行。在敲擊鋼管時，如果出現(xiàn)空洞等異常聲響時，要對管內(nèi)混凝土進行物理檢測，采用的方法是無損超聲波探傷檢測法。用小錘敲擊鋼管壁有強烈振感且聲音清脆可以判定鋼管壁和混凝土結(jié)合不密貼；當(dāng)敲擊聲沉悶無振感時鋼管與混凝土較密貼。超聲波的測試頻率一般是40HZ～100hz之間，當(dāng)其通過鋼管混凝土?xí)r，鋼管與混凝土和空隙對其速度、振幅、波形等會產(chǎn)生不同的影響，這就會在顯示儀器上表現(xiàn)出來，對比無缺陷的鋼管混凝土各種標(biāo)定，從而確定管內(nèi)混凝土的狀況和質(zhì)量。對于管內(nèi)混凝土不密實的部位，應(yīng)采用局部鉆孔壓漿法進行補強，然后將鉆孔補焊封固。

⑨鋼管柱與承臺鋼板及加勁肋焊接完畢后才能進行混凝土泵送。

⑩不得破壞墩柱鋼筋及承臺主筋，鉆孔前應(yīng)采用鋼筋定位儀器對原有鋼筋進行探測。

2.2植筋施工工藝及操作要求

①材料

植筋結(jié)構(gòu)應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)A級改性環(huán)氧樹脂類植筋結(jié)構(gòu)膠。植筋結(jié)構(gòu)膠應(yīng)具有良好的觸變性，并具有足夠的粘結(jié)強度和耐久性，其性能應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》GB50367-2006、《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》JGJ145-2004或《公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范》JGJ/TJ22-2008的基本性能指標(biāo)的要求，各項設(shè)計指標(biāo)要求如下表2-1所列。

②植筋施工方法

（1）鉆孔

采用沖擊鉆成孔，鉆孔表面應(yīng)當(dāng)具有相應(yīng)的粗糙度，鉆孔直徑應(yīng)當(dāng)大于鋼筋

直徑4mm以上。

（2）清孔

首先采用毛刷對孔壁的混凝土碎屑進行清理，清理完畢后，用壓縮空氣吹鉆孔內(nèi)的浮沉與水分，至鉆孔清潔干燥。

（3）注膠

植筋注膠不能填滿鉆孔，應(yīng)當(dāng)為鉆孔的2/3，且從下往上注射。

（4）插筋

鋼筋應(yīng)當(dāng)是旋轉(zhuǎn)放入鉆孔中，至植筋膠流出即可，此時錨固鋼筋深入鉆孔內(nèi)的部分已經(jīng)與膠液接觸完全。

（5）固化

植筋未完全牢固以前，不得對植筋進行破壞。

2.2.3 支座安裝施工要求

①施工前應(yīng)精確放樣，確保支座位置正確就位，并保證支座與上、下結(jié)構(gòu)之間緊密接觸，不得出現(xiàn)空隙。支座安裝保持水平。

②支座安裝規(guī)定值和允許偏差應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定。

③ 施工單位施工前需對支座安裝位置縱、橫向坡度進行精確測量，根據(jù)現(xiàn)場設(shè)計情況調(diào)整梁底鋼板四角尺寸，以保證鋼板底面水平。

④ 安裝支座時必須注意支座頂面剛接觸到板底即可，避免在無偏載情況下新增支座處板底受力、對原橋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加影響，破壞原橋受力體系。

結(jié)語：

獨柱墩橋梁由于自身的特點在以后的橋梁工程中將會有更加廣闊應(yīng)用空間，對其抗傾覆性的要求也是在不斷的提高。但是隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通量在快速增長和重車也在不斷增加，造成現(xiàn)澆梁的傾覆事故時有發(fā)生。因此應(yīng)當(dāng)在理論與實際有力的支持下，提出更加有效的解決途徑。除此之外，還應(yīng)該加強處在運營期的獨柱墩橋梁的檢測與動態(tài)觀察，根據(jù)檢測結(jié)果，提出適宜的加固措施，加大獨柱墩橋梁抗傾覆能力的安全儲備。

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