獨(dú)柱墩橋梁加固施工與技術(shù)研究

鄭超 劉明

(湖北交投宜恩高速公路運(yùn)營(yíng)管理有限公司， 湖北 武漢 430062）

隨著我國(guó)交通量的不斷增長(zhǎng)， 重型車、 超載車日益增加， 橋梁安全問題受到了越來(lái)越多的關(guān)注。 我國(guó)橋梁工作者關(guān)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(guī)范要求， 而在橫向抗傾覆能力方面關(guān)注較少。 2019 年12 月交通運(yùn)輸部開展了全面排查獨(dú)柱墩橋梁安全運(yùn)行狀況專項(xiàng)行動(dòng)， 2020 年5 月交通運(yùn)輸部管理干部學(xué)院等單位共同組織開展了獨(dú)柱墩橋梁安全提升專項(xiàng)行動(dòng)技術(shù)培訓(xùn)。 可見獨(dú)柱墩橋梁的橫向抗傾覆問題， 已經(jīng)受到了交通主管部門的高度重視。 獨(dú)柱墩橋梁不僅具有施工方便、 結(jié)構(gòu)輕巧、 占地量小的優(yōu)點(diǎn)， 而且可以提高低空間布局和視野， 被廣泛應(yīng)用于高速公路及城市立交中， 其上部結(jié)構(gòu)通常為連續(xù)箱梁。 獨(dú)柱墩橋梁在偏心荷載作用下， 單向受壓支座脫離受壓狀態(tài)； 當(dāng)箱梁的抗扭支撐全部失效， 箱梁失穩(wěn)破壞。

1 高速公路系統(tǒng)中獨(dú)柱墩式橋梁工程概述

現(xiàn)階段， 國(guó)內(nèi)相關(guān)科技的發(fā)展速度越來(lái)越快， 工業(yè)化發(fā)展程度也日益提升， 橋梁工程建設(shè)領(lǐng)域的發(fā)展也以非常令人驚訝的總體規(guī)模和速度高速發(fā)展進(jìn)步。為實(shí)現(xiàn)更理想地加速我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展及國(guó)力的進(jìn)一步增強(qiáng)， 現(xiàn)場(chǎng)施工建設(shè)人員針對(duì)橋梁工程的建設(shè)做了進(jìn)一步的深入分析與研究， 持續(xù)改善施工作業(yè)相關(guān)的技術(shù)方案， 現(xiàn)階段在國(guó)內(nèi)獨(dú)柱墩式橋梁工程的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域還是相對(duì)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(xiàn)澆的連續(xù)型箱梁的主體構(gòu)造模式， 而使用連續(xù)型箱梁結(jié)構(gòu)的高架橋的橋墩構(gòu)件通常分為獨(dú)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(shù)量大于4 的寬體橋梁， 主體結(jié)果適宜使用雙柱墩的模式， 然而對(duì)于車道數(shù)量通常不會(huì)超過(guò)4 道的高速公路系統(tǒng)來(lái)講， 獨(dú)柱墩式的橋梁更適合項(xiàng)目工程的施工操作。 高速公路系統(tǒng)中的獨(dú)柱墩構(gòu)件常規(guī)狀態(tài)下將會(huì)安置在高速公路路面的中心區(qū)域， 就會(huì)把道路中間的區(qū)域占用， 其規(guī)劃設(shè)計(jì)通常是使用一根柱體1 個(gè)支撐點(diǎn)的結(jié)構(gòu)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(dú)柱墩式橋梁不但節(jié)省了較多的面積、 優(yōu)化了橋梁下方的布局和結(jié)構(gòu)、 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(duì)于現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)城市建設(shè)用地寸土寸金、 交通狀況相對(duì)擁擠的情況的改進(jìn)， 是有很大幫助的。

2 近些年在役橋梁傾覆事故分析

近年來(lái)在天津、 杭州、 哈爾濱和無(wú)錫等地多座獨(dú)柱墩橋梁發(fā)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?yàn)闄C(jī)動(dòng)車超載作用下發(fā)生的橫向傾覆破壞。 1） 很多獨(dú)柱墩在設(shè)計(jì)時(shí)都是沿用以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)， 而沒有對(duì)獨(dú)柱墩橋梁抗傾覆性能進(jìn)行驗(yàn)算； 2） 運(yùn)營(yíng)單位沒有及時(shí)對(duì)獨(dú)柱墩橋梁進(jìn)行檢測(cè)、 維修和更換支座， 導(dǎo)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(duì)橋梁進(jìn)行加固主要是對(duì)構(gòu)件截面進(jìn)行增加， 內(nèi)力計(jì)算方法與增加構(gòu)件截面相同， 在加固過(guò)程中應(yīng)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(gòu)件之上， 因此， 無(wú)論是前期噴灑的混凝土還是后期噴灑的混凝土， 恒載內(nèi)力的計(jì)算都應(yīng)該按照構(gòu)件的截面模量進(jìn)行計(jì)算； 2） 新增加的混凝土標(biāo)號(hào)與之前的存在一定的差異， 在鋼筋上也會(huì)有所差異， 因此在計(jì)算活載內(nèi)力的過(guò)程中應(yīng)該結(jié)合整體的截面模量； 3） 加固設(shè)計(jì)工作在進(jìn)行之前需要針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)采用級(jí)數(shù)更高的方法， 按照低強(qiáng)度的方式來(lái)計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)； 4） 在利用錨噴混凝土進(jìn)行施工的過(guò)程中， 混凝土的運(yùn)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(guò)程中可以通過(guò)輸料軟管的作用在一些狹小的工作區(qū)內(nèi)完成較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)噴射。 相對(duì)來(lái)說(shuō)， 噴射混凝土的設(shè)備和工序都相對(duì)簡(jiǎn)單， 更加節(jié)省勞動(dòng)力， 有著非常廣泛的實(shí)用性，在施工過(guò)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(dú)柱墩橋梁加固施工與技術(shù)要點(diǎn)

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(jìn)行特殊處理才能避免這些部位產(chǎn)生病害。 鋪裝層施工需要在完成對(duì)橫向鋼筋的連接或鋼板焊接之后進(jìn)行， 否則鋼筋焊接過(guò)程中產(chǎn)生的高溫會(huì)導(dǎo)致鋪裝層產(chǎn)生裂縫。 混凝土澆筑伸縮縫時(shí)應(yīng)保持平整， 并且和橋面之間的連接要平順， 避免由于車輛動(dòng)荷載導(dǎo)致伸縮裝置被破壞。 在伸縮縫中應(yīng)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(guò)程中， 具體自由伸縮量需通過(guò)專業(yè)計(jì)算來(lái)確定。 瀝青混凝土鋪裝層維修步驟為： 首先確定作業(yè)面， 根據(jù)圓洞方補(bǔ)和斜洞正補(bǔ)的基本原則， 準(zhǔn)確劃出需要修補(bǔ)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(jié)， 避免雨水進(jìn)入坑槽內(nèi)， 應(yīng)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(yīng)比周圍高3 ～5cm。 最后采用小型壓實(shí)機(jī)碾壓坑槽范圍內(nèi)的新填混合料， 使其達(dá)到密實(shí)。

4.2 鋼板粘連加固技術(shù)

鋼板粘連技術(shù)是一項(xiàng)新型現(xiàn)代加固技術(shù)， 在不改變?cè)械慕Y(jié)構(gòu)尺寸基礎(chǔ)上對(duì)公路橋梁進(jìn)行施工改造，其操作方便、 簡(jiǎn)單， 加固施工周期短， 加固效果顯著、 所占空間較小、 對(duì)材料的消耗小。 使用粘連劑固定混凝土和鋼板， 增強(qiáng)混凝土的拉力、 薄弱位置的強(qiáng)度。 為了提高橋梁的抗彎強(qiáng)度， 應(yīng)將鋼板置于橋梁底板下端， 剪切強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)公路橋梁的控制面板進(jìn)行數(shù)字計(jì)算。 使用鋼板粘連加固技術(shù)， 應(yīng)保持原有結(jié)構(gòu)中鋼筋方向一致， 將鋼板置于橋梁結(jié)構(gòu)的側(cè)面位置時(shí)，可提高橋梁的抵抗性、 增強(qiáng)其抗剪強(qiáng)度， 在鋼板發(fā)生變形前可避免破壞混凝土結(jié)構(gòu)。

4.3 公路橋梁的體外預(yù)應(yīng)力加固施工技術(shù)

體外預(yù)應(yīng)力加固施工技術(shù)的應(yīng)用， 需要專業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)既有橋梁內(nèi)部及箱體的應(yīng)力狀態(tài)有充分了解。其主要是在原有混凝土結(jié)構(gòu)上加預(yù)應(yīng)力筋， 使其與混凝土相結(jié)合， 從而改善既有橋梁病害， 提高橋梁的穩(wěn)定性和安全性。 體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在具體的施工過(guò)程中， 具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1） 預(yù)應(yīng)力筋布置簡(jiǎn)單， 結(jié)構(gòu)受力明確， 預(yù)應(yīng)力損失少； 2） 根據(jù)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(duì)加固后原結(jié)構(gòu)的恒荷載增加， 使結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的承載能力有較大提高空間； 4） 體外處理混凝土結(jié)構(gòu)， 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(jié)構(gòu)發(fā)生變化甚至出現(xiàn)裂縫時(shí)， 整個(gè)橋梁的承受能力會(huì)受到破壞， 可以采用灌注灌封膠加固技術(shù)來(lái)修補(bǔ)。 此項(xiàng)技術(shù)要求技術(shù)人員要在橋梁穩(wěn)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(xué)合理的加固方式。 但是如果橋梁發(fā)生了承載力缺乏的現(xiàn)象， 那么就要同時(shí)運(yùn)用灌注灌封膠加固與預(yù)應(yīng)力加固兩個(gè)技術(shù)。 運(yùn)用灌注灌封膠加固以及預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)后， 會(huì)增強(qiáng)橋梁的承重性能， 同時(shí)還會(huì)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(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的同時(shí)運(yùn)用， 提高了橋梁的承重性能， 也提高了橋梁的質(zhì)量。

4.5 碳纖維加固施工技術(shù)

碳素纖維是一種增強(qiáng)復(fù)合材料， 碳素纖維加固的全名是黏結(jié)性纖維塑料增強(qiáng)加固， 其是用黏結(jié)劑將纖維增強(qiáng)材料粘貼到受拉構(gòu)件上， 使其與受拉構(gòu)件一起受拉， 從而提高結(jié)構(gòu)的承載性能。 碳纖加固技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)， 如： 具有一定的物理機(jī)械性能， 較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度， 施工簡(jiǎn)便， 還具有較強(qiáng)的抗腐蝕、 抗鹽、 抗堿等性能。 缺點(diǎn)是其彈性模量與普通鋼筋相比較低。 現(xiàn)代公路工程施工中， 碳纖維加固技術(shù)應(yīng)用十分廣泛， 橋梁加固后無(wú)需維護(hù)， 且加固前、 后對(duì)結(jié)構(gòu)外觀、 尺寸無(wú)影響， 其自重小， 質(zhì)量輕， 適用于各種混凝土結(jié)構(gòu)形式。 受此加固技術(shù)的影響， 當(dāng)前公路橋梁混凝土結(jié)構(gòu)易發(fā)生損傷部位都會(huì)采用加固材料。 該技術(shù)具有補(bǔ)強(qiáng)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(jié)構(gòu)承載力。

5 結(jié)語(yǔ)

獨(dú)柱墩橋梁因結(jié)構(gòu)輕巧、 占地量小等優(yōu)點(diǎn)在公路橋梁中應(yīng)用較為廣泛， 但是頻繁發(fā)生的獨(dú)柱墩橋梁傾覆事故， 不得不引起養(yǎng)護(hù)管理機(jī)構(gòu)的重視。 鑒于社會(huì)車輛超載情況仍在短期內(nèi)得不到有效的解決， 為了廣大司乘人員的安全， 避免國(guó)家財(cái)產(chǎn)損失， 重視橋梁安全， 重視獨(dú)柱墩橋梁穩(wěn)定性， 養(yǎng)護(hù)管理機(jī)構(gòu)必須做好養(yǎng)護(hù)管理工作， 加強(qiáng)日常巡查， 做好日常保養(yǎng)， 及時(shí)進(jìn)行小修養(yǎng)護(hù)管理， 定期進(jìn)行定期檢查， 特別是獨(dú)柱墩橋梁是否存在傾覆趨勢(shì)、 是否存在支座病害、 是否位移超限等。