某城市橋梁抗傾覆驗(yàn)算與加固設(shè)計(jì)方案

劉龍?jiān)?/p>

（無(wú)錫市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 無(wú)錫 214072）

1 概 述

隨著近年交通運(yùn)輸行業(yè)的蓬勃發(fā)展，超載甚至嚴(yán)重超載情況時(shí)有發(fā)展。由于對(duì)獨(dú)柱墩橋梁的受力性能缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，全國(guó)各地相繼出現(xiàn)了多起獨(dú)柱墩橋整體的側(cè)翻傾覆事故。比如2009 年津晉高速連續(xù)獨(dú)柱墩匝道橋傾覆事故、2011 年浙江上虞立交橋傾覆坍塌、2012 年哈爾濱群力路高架橋整體側(cè)翻坍塌等。在2019 年無(wú)錫312 國(guó)道錫港路上跨橋橋面?zhèn)确鹿拾l(fā)生后，江蘇省交通運(yùn)輸廳要求：“組織加強(qiáng)橋梁、隧道安全性設(shè)計(jì)和驗(yàn)算，尤其是重載交通量較大路段的橋梁橫向穩(wěn)定性驗(yàn)算和抗傾覆設(shè)計(jì)，嚴(yán)格限制圓形斷面獨(dú)柱墩單支承設(shè)計(jì)方案。”

綜合上述事故可見(jiàn)，發(fā)生上部結(jié)構(gòu)整體傾覆的橋梁具有以下共同特征：（1）上部結(jié)構(gòu)為連續(xù)箱梁，中間墩位獨(dú)柱墩單支座；（2）過(guò)渡段或者橋臺(tái)位置為雙支座，但支座間距較??；（3）超過(guò)設(shè)計(jì)荷載的車輛偏載行駛；（4）事故發(fā)生前無(wú)明顯預(yù)兆、猝然發(fā)生；（5）落梁伴隨二次事故，經(jīng)濟(jì)損失較大，社會(huì)影響惡劣。

在此背景下，《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362—2018）[1]對(duì)橋梁抗傾覆驗(yàn)算提出了明確的設(shè)計(jì)方案和具體要求。對(duì)已建成的城市橋梁，應(yīng)按規(guī)范進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算，對(duì)不滿足要求的獨(dú)柱墩進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，以提升城市橋梁抗傾覆能力。

2 抗傾覆驗(yàn)算

2.1 設(shè)計(jì)原則

抗傾覆計(jì)算根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362—2018）[1]和《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 11—2011）（2019 年版）[2]進(jìn)行。按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362—2018）第 4.1.8 條規(guī)定，持久狀況下，梁橋不應(yīng)發(fā)生結(jié)構(gòu)體系改變，并應(yīng)同時(shí)滿足下列規(guī)定：

（1）在作用基本組合下，單向受壓支座始終保持受壓狀態(tài)。

（2）按作用標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行組合時(shí)（按本規(guī)范第7.1.1條取用），整體式截面簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁的作用效應(yīng)應(yīng)符合下式要求：

式中：kqf為橫橋向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)，取kqf=2.5；ΣSbk，i為使上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的效應(yīng)設(shè)計(jì)值；ΣSsk，i為使上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的效應(yīng)設(shè)計(jì)值。

車道荷載按《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 11—2011）（2019 年版）取值，車道布置在橋梁結(jié)構(gòu)中心線一側(cè)，分為左傾驗(yàn)算和右傾驗(yàn)算。同時(shí)考慮基礎(chǔ)變位作用和溫度（均勻溫度和梯度溫度）作用。

2.2 設(shè)計(jì)流程

設(shè)計(jì)流程，見(jiàn)圖1。

圖1 設(shè)計(jì)流程圖

2.3 工程背景

空港立交位于無(wú)錫錫興路鄰近碩放國(guó)際機(jī)場(chǎng)處，P 線橋和 Q 線橋在跨越 G312 處為 4 跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，跨徑為20+2×30+20 m，交接墩為花瓶墩、雙支座，支座間距1.6 m，中間墩位獨(dú)柱墩、單支座（見(jiàn)圖2）。

圖2 中間墩現(xiàn)場(chǎng)照片和斷面圖

2.4 抗傾覆驗(yàn)算結(jié)果

從表1 可見(jiàn)，部分支座脫空驗(yàn)算和抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算不滿足規(guī)范要求。出現(xiàn)這種計(jì)算結(jié)果的原因主要為以下3 點(diǎn)：

表1 空港立交P 線橋第2 聯(lián)抗傾覆性計(jì)算分析結(jié)果匯總表

（1）本次橋梁抗傾覆驗(yàn)算所采用的荷載為現(xiàn)行《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 11—2011）（2019 年版）城—A 級(jí)車道荷載，而原設(shè)計(jì)荷載為《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2004）[3]公路—I 級(jí)車道荷載，新規(guī)范車道荷載增大。

（2）根據(jù)現(xiàn)行《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362—2018）4.1.8 條，本次采用作用基本組合對(duì)支座脫空進(jìn)行驗(yàn)算，汽車荷載和其他可變作用的分項(xiàng)系數(shù)為1.4。而原支座設(shè)計(jì)依據(jù)為《公路鋼筋砼及預(yù)應(yīng)力砼橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62－2004）8.4 條，采用作用標(biāo)準(zhǔn)組合進(jìn)行支座驗(yàn)算，分項(xiàng)系數(shù)為1.0。因此效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值更大。

（3）原設(shè)計(jì)規(guī)范未要求進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算，而現(xiàn)行《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362—2018）4.1.8 條，要求橫橋向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)不低于2.5。

因此，這兩幅橋均存在支座脫空和抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)不滿足要求的情況。為提升城市橋梁抗傾覆能力，需對(duì)橋梁進(jìn)行改造加固，使其滿足規(guī)范要求。

3 加固設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則

對(duì)于獨(dú)柱墩單支座橋梁的加固，通常采用的方案是在獨(dú)柱墩單支座兩側(cè)新設(shè)支座，這樣既可以滿足抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)要求，也可解決支座脫空的問(wèn)題。由于獨(dú)柱墩頂面空間有限，基本沒(méi)有新設(shè)支座的空間，因此可采用新設(shè)鋼牛腿、鋼立柱和混凝土立柱等支承方式布置新設(shè)支座。

對(duì)于新設(shè)支承加固的設(shè)計(jì)原則有：（1）應(yīng)提升獨(dú)柱墩橋梁抗傾覆能力，使其滿足規(guī)范要求；（2）應(yīng)考慮對(duì)原橋梁結(jié)構(gòu)受力影響分析，確保橋梁安全運(yùn)行；（3）應(yīng)避免對(duì)城市交通、通行凈空等產(chǎn)生不利影響；（4）滿足城市景觀設(shè)計(jì)要求，新建結(jié)構(gòu)與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)；（5）充分考慮后期養(yǎng)護(hù)和支座更換的必要條件。

3.2 加固計(jì)算

空港立交鄰近碩放國(guó)際機(jī)場(chǎng)，本次加固設(shè)計(jì)對(duì)橋梁景觀要求較高。經(jīng)過(guò)綜合比選，確定本次設(shè)計(jì)采用增加墩身截面尺寸，同時(shí)在現(xiàn)狀支座橫向兩側(cè)各增加1 個(gè)支座的改造方案。具體內(nèi)容為：把現(xiàn)狀墩身橫橋向進(jìn)行兩側(cè)加寬，每側(cè)加寬100 cm，厚度100 cm。然后在兩側(cè)加寬部分墩身上個(gè)設(shè)置1 個(gè)支座。加固完成后，墩身頂面共有3 個(gè)支座。根據(jù)計(jì)算，當(dāng)新設(shè)支座距離獨(dú)柱墩支座110cm 時(shí)，空港立交P 線橋第2 聯(lián)抗傾覆計(jì)算可滿足規(guī)范要求。加固前后抗傾覆性穩(wěn)定性系數(shù)見(jiàn)表2。

表2 空港立交P 線橋第2 聯(lián)增加支座加固前后抗傾覆性穩(wěn)定性系數(shù)匯總表

3.3 設(shè)計(jì)方案

空港立交P 線橋第2 聯(lián)加固方案，見(jiàn)圖3。

圖3 空港立交P 線橋改造后橫斷面圖

加固完成后，見(jiàn)圖4。

4 結(jié) 語(yǔ)

圖4 空港立交P 線橋改造后實(shí)景圖

獨(dú)柱墩單支座橋梁具有占地少、空間大、視野開(kāi)闊和外形優(yōu)美等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)城市應(yīng)用較為廣泛。然而，在實(shí)際運(yùn)行階段，獨(dú)柱墩單支座橋梁卻出現(xiàn)了多起傾覆事故，原因是超載導(dǎo)致橋梁超負(fù)荷的使用。為此，現(xiàn)行規(guī)范對(duì)橋梁抗傾覆計(jì)算提出了更嚴(yán)格的要求，對(duì)于已建成的橋梁，應(yīng)盡快開(kāi)展抗傾覆驗(yàn)算與加固設(shè)計(jì)，提升橋梁的穩(wěn)定性。本文給出了已建成城市橋梁的傾覆驗(yàn)算與加固設(shè)計(jì)方案，對(duì)后期橋梁抗傾覆安全性驗(yàn)算和加固存在一定的借鑒意義。