獨柱墩連續(xù)箱梁橋橫向抗傾覆加固技術(shù)研究

張偉景，杜命剛

(1.廣東冠粵路橋有限公司，廣東 廣州 511400；2.石家莊鐵道大學 土木工程學院，河北 石家莊 050043)

0 引 言

獨柱墩連續(xù)橋梁具有節(jié)約用地、造型美觀、施工便利、節(jié)約成本等一系列優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于高速公路匝道橋及市政立交橋等橋梁工程中。由于國家建設(shè)需要，長軸距、大載重的汽車越來越多，隨之而來的問題是汽車超載問題的治理變得更加棘手，許多已投入運營的橋梁存在著較大的傾覆風險。近幾年來國內(nèi)發(fā)生了多起獨柱墩箱梁橋傾覆事故，例如2007年內(nèi)蒙古包頭丹拉高速公路高架橋坍塌、2009年津晉高速公路天津段一匝道橋坍塌、2012年哈爾濱陽明灘大橋匝道橋坍塌、2015年廣東省境內(nèi)的粵贛高速城南互通立交橋坍塌、2019年江蘇無錫錫港路上跨橋出現(xiàn)坍塌等，這些事故給國家造成了巨大經(jīng)濟損失和不良的社會影響。此類事故充分說明增強獨柱墩橋梁橫向抗傾覆性能的重要性[1]。

這幾起坍塌事故有一個共同點就是坍塌原因都是由于橋面的側(cè)翻而引起結(jié)構(gòu)破壞。因此，對獨柱墩連續(xù)箱梁橋抗傾覆加固施工方法的進一步研究具有較高的實用價值。

許多研究者已對獨柱墩箱梁橋的抗傾覆技術(shù)做過研究，汪磊[2]等通過對獨柱墩連續(xù)箱梁橋超載情況下的橫向抗傾覆加固進行研究，提出采用鋼蓋梁加固方案是抗橫向傾覆倒塌的有效措施，但該技術(shù)的不足是技術(shù)要求高、費用高且對原墩柱有一定損傷。魏劍峰[3]通過對不同獨柱墩連續(xù)箱梁橋橫向抗傾覆加固方案進行對比研究，提出增設(shè)支撐柱加固效果最好，增加蓋梁方法效果次之，端支座外移加固效果最差。羅致[4]通過建立不同荷載下的計算模型對主梁的橫向抗傾覆能力進行分析，為獨柱墩連續(xù)箱梁橋橫向抗傾覆計算提供了參考。

本文結(jié)合實例以獨柱墩連續(xù)箱梁橋為背景，對橫向抗傾覆加固施工技術(shù)進行研究。為使獨柱墩橋梁達到橫向抗傾覆的目的，采用增加鋼蓋梁、增加端橫隔梁抗拔銷等方式將獨柱墩單點受力變?yōu)槎嘀С卸帱c受力，通過加強構(gòu)件連接的方式改變受力狀態(tài)，經(jīng)不斷的試驗和實踐，形成了獨柱墩連續(xù)箱梁橋橫向抗傾覆加固施工技術(shù)，旨在為同類項目的實施提供參考與借鑒。

1 橫向傾覆技術(shù)分析

1.1 橋梁獨柱墩抗傾覆驗算依據(jù)

廣東省交通運輸廳關(guān)于印發(fā)廣東省公路獨柱墩橋梁設(shè)計與整治工程指導(dǎo)意見的通知(粵交基[2015]1049號)及其附件《廣東省公路獨柱墩橋梁設(shè)計與整治工程指導(dǎo)意見》。

1.2 獨柱抗傾覆驗算規(guī)定及條款

(1)橋梁結(jié)構(gòu)在持久狀況下，將不會改變結(jié)構(gòu)體系，其橫橋向抗傾覆性能驗算規(guī)定如下：支座在荷載作用下應(yīng)處于受壓狀態(tài)。連續(xù)聚橋在標準值組合下，其箱梁作用效應(yīng)需要滿足以下要求。

式中：kqf為抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)，取2.5；當獨柱墩橋梁處于發(fā)生超載路段，kqf應(yīng)適當提高；∑Skb,i為使上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的效應(yīng)設(shè)計值；∑Ssk,i為使上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的效應(yīng)設(shè)計值；li為第i個橋墩處失效支座與有效支座的中心間距，在傾覆失穩(wěn)極限狀態(tài)各橋墩僅存在1個有效支座，如圖1所示。

圖1 傾覆失穩(wěn)極限狀態(tài)的有效支座示意

RGki為第i個橋域處失效支座的永久作用支反カ，按全部支座有效的支承體系計算；RQki為第i個橋墩處失效支座的可變作用支反力，按全部支座有效的支承體系計算，汽車荷載效應(yīng)(考慮沖擊作用)按各失效支座對應(yīng)的最不利布置形式取值。

(2)在作用基本組合下，汽車荷載效應(yīng)分項系數(shù)為3.4時，獨柱中墩支座轉(zhuǎn)角應(yīng)小于0.02 rad。

(3)其他說明:上述驗算汽車荷載考慮沖擊系數(shù)。在基本組合和汽車荷載效應(yīng)分項系數(shù)為3.4時，活載及橫向分布系數(shù)均按照《公路工程技術(shù)標準》 (JTG B01—2014)取值。

2 獨柱墩加固施工技術(shù)措施

為了解決獨柱墩加固施工中鋼蓋梁安裝及抗拔銷安裝等過程中存在的施工方法欠佳、施工造價高、施工工期長等問題,經(jīng)研究與實踐，設(shè)計了獨柱墩連續(xù)箱梁橋橫向抗傾覆加固施工工藝，能有效地提高獨柱墩加固的施工質(zhì)量與施工效率。本措施按照施工關(guān)鍵節(jié)點分為兩部分?？拱武N施工和鋼蓋梁施工，具體如下。

2.1 抗拔銷施工工藝流程

抗拔銷施工工藝流程見圖2。

圖2 抗拔銷施工工藝流程

2.2 抗拔銷施工控制重點

通過對本工藝的實踐與分析，特別明確應(yīng)用本工藝的施工重點與難點，具體如下。

(1)橋體及梁體的表面處理。事先對橋臺梁體是否有破損部位，如有破損則根據(jù)設(shè)計進行處理。如無破損依據(jù)設(shè)計圖的要求鑿除擋塊并清理，測量定位出墩柱及梁體上需處理的表面區(qū)域。用角磨機打磨去除表面疏松混凝土、浮漿，打磨平整。用壓縮空氣吹凈粉塵，并用工業(yè)丙酮清除表面油污。表面處理驗收合格后進入下一道工序。

(2)植筋。植筋工作設(shè)計以下步驟：測量放樣-鉆孔-清理鉆孔-植筋注膠-錨栓安裝-拉拔試驗。根據(jù)設(shè)計圖紙要求在橋臺及梁體對應(yīng)位置放樣出錨栓孔鉆孔位置、錨孔間距，鉆孔位置須避開鋼筋或鋼絞線。成孔后用空壓機配合毛刷清孔，用硬毛刷刷3遍，吹3遍，確?？妆跓o塵干燥，對錨孔孔深進行測量確保合格。錨孔合格后注膠植筋，24 h后進行拉拔試驗。

(3)抗撥銷拉桿安裝?？箵茕N拉桿安裝有以下步驟：底座鋼板吊裝-灌注粘鋼膠-拉桿安裝。根據(jù)底座鋼板粘貼位的植筋情況在底座鋼板上放樣鉆孔，鉆孔直徑比錨栓直徑略大2 mm左右，以便于安裝。安裝時在對應(yīng)吊裝位置的正上方設(shè)置1個3 t的手拉葫蘆作為底座鋼板吊裝的提升工具，待鋼板安裝就位在擰緊螺栓前，事先在底座鋼板的墊上一定數(shù)量3 mm的金屬墊片，以保留一定的空間灌注粘鋼膠。灌注粘鋼膠前須清除鋼板和混凝土間隙內(nèi)的粉塵，確?；炷撩娴母稍?、無塵，之后對鋼板進行封邊，封邊膠完全固化后采用進口品牌A級膠，施工配合比為A膠∶B膠=2∶1進行壓力注漿，之后用環(huán)氧膠泥封口，保證鋼板粘貼牢固，最后完成拉桿安裝。

2.3 鋼蓋梁施工

工藝流程如圖3所示。

圖3 鋼蓋梁施工工藝流程

2.4 鋼梁施工控制重點

鋼梁的施工質(zhì)量對整個獨柱墩加固起到至關(guān)重要的作用，本工藝經(jīng)過多次實踐，明確了獨柱墩抗傾覆加固方法的質(zhì)量控制重點，具體如下。

(1)基層處理。事先檢查橋臺梁體是否有破損部位，如有破損按設(shè)計要求進行處理。如無破損用砂輪機打磨表面松散混凝土，表面平整，并用鋼絲刷刷毛，后用壓縮空氣吹凈表面粉塵。支座調(diào)平鋼板對應(yīng)的梁板底進行鑿毛，先鑿除粘鋼區(qū)域表面的浮漿，使堅硬的混凝土骨料外露，并形成平整的粗糙面，表面不平整處應(yīng)用尖鑿輕鑿整平，表面粗糙凹凸差不小于6 mm。再用鋼絲輪清除表面浮漿，剔除表面疏松物，最后用壓縮空氣吹凈表面粉塵。

(2)錨栓鉆孔施工。錨栓對原梁板底進行測量放樣，確定安裝支座的位置，植入調(diào)平塊鋼板錨栓。錨栓采用80級特殊倒錐型不銹鋼錨栓，根據(jù)施工放樣及探明的主筋位置對原墩柱進行鉆孔施工，首次鉆孔為5 cm，同時在模板上畫出相對應(yīng)的鉆孔位置，返回鋼構(gòu)廠對鋼套筒進行開孔作業(yè)。

(3)鋼蓋梁安裝。鋼蓋梁加工完成并經(jīng)驗收合格后，方可進行安裝。安裝前根據(jù)設(shè)計圖紙及現(xiàn)場實際情況布置吊點，2個鋼蓋梁半結(jié)構(gòu)吊裝完成后，安裝8.8級M20拼接螺桿，將鋼構(gòu)件對接處進行現(xiàn)場焊接。為順利安裝鋼蓋梁，注膠及植筋分兩次進行，首先對2個套筒中間3列的錨栓孔進行注膠植筋，次序由上至下依次進行。在植筋膠固化之前，避免擾動錨栓，同時為減小對原結(jié)構(gòu)截面的削弱，錨栓安裝不能在全部鉆孔完成后再進行，應(yīng)分批進行鉆孔植筋，一批植筋固化完成后才能進行下一批的鉆孔。植筋膠固化后灌注粘鋼膠，最后完成鋼梁安裝。

3 實例分析

以佛開高速公路獨柱墩連續(xù)箱梁橋橫向抗傾覆加固項目為例，該項目項目于2017年1月施工完畢，主要內(nèi)容有：佛開高速公路沿線的汾江大橋、南莊互通立交匝道橋、吉利互通立交匝道橋、陳山互通立交匝道橋等獨柱個墩橋梁增設(shè)鋼蓋梁13個，抗拔銷26個。

本項目采用該施工工法，通過應(yīng)用效果觀測與檢測評價，總結(jié)了獨柱墩連續(xù)箱梁橋橫向抗傾覆加固施工工法的優(yōu)勢，為進一步推廣應(yīng)用積累了經(jīng)驗。以下對該施工工法在項目中的關(guān)鍵應(yīng)用點作簡要說明。

3.1 抗拔銷的應(yīng)用點

事先檢查橋臺梁體是否有破損部位，如有破損應(yīng)先進行處理。如無破損依據(jù)設(shè)計要求鑿除擋塊并清理，測量定位出墩柱及梁體上需處理的表面區(qū)域。用角磨機打磨去除表面疏松混凝土、浮漿，打磨平整。用壓縮空氣吹凈粉塵，并用工業(yè)丙酮清除表面油污。表面處理完成后用鋼筋探測儀初步探明設(shè)計鉆孔位置是否有鋼筋或鋼鉸線，再用6 mm小鉆頭沖擊鉆進行探孔，如果沒有鋼筋或鋼鉸線，則在設(shè)計位置上鉆孔；如果有鋼筋或鋼絞線則可適當偏離設(shè)計位置鉆孔，當鉆孔偏離2～3 cm時，現(xiàn)場監(jiān)理可以確定施工位置，當大于3 cm時，及時通知設(shè)計單位確定施工位置。采用Φ20 mm的鉆頭，鉆孔深度為20～30 cm，成孔直徑為24 mm。對鉆孔過程產(chǎn)生的廢孔，先將其孔內(nèi)清理干凈，然后用環(huán)氧修補膠將其填補密封，驗收合格后進行植筋，如圖4所示。根據(jù)現(xiàn)場每一處底座鋼板粘貼位置的植筋位置情況，在底座鋼板上放樣鉆孔，設(shè)置一個3 t的手拉葫蘆作為底座鋼板吊裝的提升工具,鋼板安裝后吊裝抗拔銷如圖5所示。

圖4 抗拔銷植筋

圖5 抗拔銷吊裝

3.2 鋼蓋梁的應(yīng)用點

鋼蓋梁吊裝根據(jù)設(shè)計圖紙及現(xiàn)場實際情況布置吊點。鋼蓋梁的起吊點布置：A吊點采用1塊長140 cm，寬10 cm，厚18 mm的鋼板焊接在鋼蓋梁N3鋼板上，B吊點采用厚18 mm的鋼板焊接在鋼蓋梁N1、N10及N3鋼板上。舊橋梁體上的吊點布置：在梁體上采用植入螺桿設(shè)置吊點，吊點布置為橫橋向4排，縱橋向2排共8個吊點，縱向吊點位置在離N2鋼板20 cm處布置。吊點的受力分析：最重的1節(jié)鋼蓋梁為2.02 t，按4個吊點同時受力計算，每個吊點受力為0.5 t，1個吊點植有2根M16的螺栓，1個吊點的承受能力等于2×201×235=94.5 kN，大于實際受力的19倍。如圖6、7所示。

圖6 鋼蓋梁吊點示意圖

圖7 鋼蓋梁吊裝

3.3 支座墊石與支座安裝

為了保證支座的安裝效果，由現(xiàn)場量取支座與墊石的空間，根據(jù)設(shè)計要求墊板厚度大于5 cm時采用2 cm厚空心鋼墊板，墊板厚度不大于5 cm時直接采用2 cm鋼板和厚度5～10 mm鋼板墊實。該處的一邊大于5 cm，支座鋼墊板采用加工廠完成的60 cm×60 cm×2 cm厚的空心鋼墊板。另一邊小于5 cm，采用3塊60 cm×60 cm×2 cm厚的鋼板重墊在一起，全部要求四周緊貼下鋼板滿焊，因鋼蓋梁提升過程留有支座的安放空間，為保證支座與上鋼板密貼，該空間高度略小于支座的厚度，故支座安裝時需用膠錘緩緩將支座敲到設(shè)計位置，最后安裝支座四周的角鋼擋塊，如圖8所示。

圖8 支座與支座墊石安裝后

制作安裝完成后進行防腐處理，如圖9所示。

圖9 涂裝后效果

3.4 經(jīng)濟效果評價

該施工技術(shù)在佛開高速公路獨柱墩連續(xù)箱梁橋橫向抗傾覆加固項目得到了成功應(yīng)用，對比傳統(tǒng)的增加樁柱施工，單墩增加樁柱造價約12萬元，增加鋼蓋梁造價約6.8萬元，可節(jié)省費用5.2萬元，佛開獨柱墩加固項目節(jié)約費用41.6萬元。

4 結(jié) 語

本文重點介紹了獨柱墩連續(xù)箱梁橋橫向抗傾覆加固施工技術(shù)。提出了獨柱墩連續(xù)箱梁橋橫向抗傾覆加固施工采用合理的受力分析，在箱梁底部及鋼蓋梁上表面合理布置吊點，通過手拉葫蘆或電動葫蘆吊拉鋼蓋梁進行安裝，以解決使用安裝吊架，自行式吊機進行鋼蓋梁及抗拔銷安裝的施工質(zhì)量差與施工安全系數(shù)低的問題。

連續(xù)箱梁橋獨柱墩橫向抗傾覆加固施工技術(shù)，是一種快速、高效、安全的獨柱墩橋梁加固技術(shù)。該技術(shù)能夠在不擾動橋梁基礎(chǔ)的情況下使獨柱墩橋梁得到有效加固，達到橫向抗傾覆的目的。該加固技術(shù)能夠縮短橋梁加固的施工工期，且能夠減少增設(shè)樁柱帶來的環(huán)境污染，更加環(huán)保，同時該加固技術(shù)不需要中斷交通，在保證收益的同時減少了施工帶來的交通問題，社會效益和經(jīng)濟效益十分明顯，在廣東省已推廣應(yīng)用多個項目，具有很高的推廣價值。