高速公路連續(xù)箱梁橋獨柱墩加固方案分析

岳尕朝

摘 要：受超載、偏載以及支座布置不合理等因素影響，連續(xù)梁橋會出現(xiàn)整體失穩(wěn)事故，而且事故大多出現(xiàn)在獨柱墩連續(xù)梁橋上。本文介紹了青海省部分高速公路連續(xù)箱梁橋獨柱墩的四種加固方案，重點分析比較了各方案的優(yōu)缺點，通過舉例說明了青海省部分高速公路連續(xù)箱梁橋獨柱墩采用的加固方案，供同類橋梁設(shè)計參考。

關(guān)鍵詞：高速公路;連續(xù)箱梁橋;獨柱墩;加固方案

中圖分類號：U445.57文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）17-0093-04

Analysis of Single-Pillar Pier Reinforcement Plan for Continuous

Box Girder Bridge on Expressway

YUE Gachao

（Qinghai Transportation Planning and Design Institute Co.， Ltd.，Xining Qinghai 810001）

Abstract： Affected by factors such as overload， unbalanced load and unreasonable bearing arrangement， continuous girder bridges will experience overall instability accidents， and most of the accidents occur on single-pillar pier continuous girder bridges. This paper introduces four reinforcement schemes for single-pillar piers of continuous box girder bridges on some expressways in Qinghai Province， focusing on analyzing and comparing the advantages and disadvantages of each scheme， and illustrates the reinforcement scheme adopted by the single-column piers of continuous box girder bridges of some expressways in Qinghai Province through examples for reference in the design of similar bridges.

Keywords： expressway;continuous box girder bridge;single-pillar pier;reinforcement plan

根據(jù)《交通運輸部關(guān)于全面排查獨柱墩橋梁安全運行狀況的通知》（交公便字〔2019〕426號）的要求，青海省高速公路管養(yǎng)單位委托相關(guān)單位對青海省境內(nèi)的西塔高速公路、湟貴一級公路、京藏高速公路、平阿高速公路和馬平高速公路內(nèi)的連續(xù)箱梁橋獨柱式橋墩進行了抗傾覆驗算。橋梁抗傾覆驗算報告共涉及28座獨柱墩橋梁，根據(jù)抗傾覆驗算結(jié)果，共有12座橋梁（共19聯(lián)）抗傾覆性能不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。其中，互通匝道橋有7座（共14聯(lián)），跨線天橋有5座（共5聯(lián)）。為使獨柱墩橋梁抗傾覆性能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，消除橋梁運行安全隱患，本文在現(xiàn)場踏勘和分析橋梁抗傾覆驗算報告的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外同類橋梁加固的成功經(jīng)驗，提出了四種常規(guī)的加固方案。

1 加固方案分述

通過抗傾覆驗算后，抗傾覆不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求的獨柱墩需要進行加固處理。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及設(shè)計文件，青海省部分高速公路連續(xù)箱梁橋獨柱墩涉及加固的橋梁聯(lián)內(nèi)中間墩均為單柱式單支座橋墩，且橋梁均為高速公路或上跨高速公路橋梁，后期加固施工對交通維護的要求較高[1]。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點及實際結(jié)構(gòu)構(gòu)造條件的限制，經(jīng)分析比較，可采用四種加固方案。

1.1 方案一：設(shè)抗拔約束裝置

方案一通過在邊墩與梁體之間設(shè)置抗拔約束裝置（見圖1），避免因邊支座的脫空而改變結(jié)構(gòu)受力體系，增強橫向抗傾覆性能。方案一的優(yōu)點為：對橋梁原有結(jié)構(gòu)受力模式影響很小;抗拔約束裝置構(gòu)造簡單，工程造價低，施工方便，對橋上的正常交通影響很小，施工期間不需要封閉交通。方案一的缺點為：受構(gòu)造及空間的限制，抗拔約束裝置設(shè)計的抗拔力有限，使用范圍較小。

1.2 方案二：獨柱墩增設(shè)蓋梁，橫向增加支撐

方案二通過選擇幾個中間獨柱墩，計算現(xiàn)有獨柱墩增加蓋梁后能滿足抗扭的情況，然后墩頂增設(shè)蓋梁，橫向增加支撐（見圖2），進而加強原橋結(jié)構(gòu)抗扭和抗傾覆變形的能力[2]。方案二的優(yōu)點為：按照現(xiàn)行規(guī)范要求，通過結(jié)構(gòu)受力計算，將原橋的幾個中間墩的單支座改為兩個及以上支座，橫向增加支撐，使上部結(jié)構(gòu)在最不利荷載工況下不會發(fā)生梁體傾覆破壞。方案二的缺點為：獨柱墩增設(shè)蓋梁，橫向增加支座后，原橋橫梁的受力模式發(fā)生了改變，需要驗算，可能要對橫梁進行加固處理，使其滿足改變受力模式后的承載力要求;橋下凈空要求有限制時存在一定的影響，需要核實;實施時存在增設(shè)蓋梁和支座等問題，施工過程相對煩瑣[3]。

1.3 方案三：加強獨柱墩，橫向增加支撐

方案三通過計算現(xiàn)有獨柱墩增加蓋梁后不滿足抗扭的情況，采用加強獨柱墩方法，使其滿足抗傾覆要求。其間可采用增加樁柱個數(shù)、增設(shè)包裹墩柱等措施?？傮w來看，方案三的優(yōu)點有：結(jié)構(gòu)可靠、安全，增加橫向支撐的同時通過增加樁柱和包裹墩柱的方式提高了墩柱的強度和安全性;一般情況下，一聯(lián)橋內(nèi)只處理個別幾個墩，就能滿足現(xiàn)行規(guī)范對抗傾覆的要求;處理后，橋墩外形相對美觀;施工過程對橋上交通的影響較小，只是在安裝與更換支座時短暫封閉交通;可處理多種形式的獨柱墩，適用范圍較廣。方案三的缺點有：獨柱墩增設(shè)蓋梁，橫向增加支座后，原橋橫梁的受力模式發(fā)生了改變，需要驗算，可能要對橫梁進行加固處理，使其滿足改變受力模式后的承載力要求;橋下凈空要求有限制時存在一定的影響，需要核實;施工過程較復(fù)雜，工期較長;新增樁基施工方法有一定的限制。具體來說，方案三可以分為三種子方案，即方案a、方案b、方案c。

1.3.1 方案a。橋梁寬度較大時，現(xiàn)有獨柱墩兩側(cè)有對稱增加樁柱的條件時，可在現(xiàn)有樁柱兩側(cè)對稱增設(shè)樁柱，如圖3所示。圖中，數(shù)據(jù)單位均為mm。

1.3.2 方案b。橋梁寬度較小，不具備現(xiàn)有獨柱墩兩側(cè)有對稱增加樁柱的條件，而且原橋墩不帶承臺時，可在原樁基周圍增設(shè)樁基，形成群樁，并設(shè)置承臺連接，在其上對現(xiàn)有墩柱進行包裹，形成花瓶墩，將單支撐改為多支撐，如圖4所示。

1.3.3 方案c。原獨柱墩本身帶有承臺，經(jīng)計算，對橋墩包裹后，原有基礎(chǔ)能滿足結(jié)構(gòu)受力要求時，可對原有獨柱墩進行包裹，形成圓端形墩柱，以達(dá)到增加橋墩強度和支撐寬度的目的，將單支撐改為多支撐，如圖5所示。

1.4 方案四：拉大支撐間距

原橋箱梁底板寬度較小，兩支座間距較小，不滿足抗傾覆要求時，可增加橫梁和蓋梁長度，拉大支座間距（見圖6），加強結(jié)構(gòu)抗扭轉(zhuǎn)變形能力，滿足抗傾覆要求[4]。方案四的優(yōu)點為：根據(jù)計算確定支座拉大的距離，可確保梁體不會發(fā)生傾覆破壞，滿足抗傾覆要求。方案四的缺點為：獨柱墩增設(shè)蓋梁，橫向增加支座后，原橋橫梁的受力模式發(fā)生了改變，需要驗算，可能要對橫梁進行加固處理，使其滿足改變受力模式后的承載力要求;橋下凈空要求有限制時存在一定的影響，需要核實;施工過程比較復(fù)雜，工期較長。

1.5 組合方案

若以上單個加固方案因凈空、施工條件等因素使用受限，或者單個方案實施難度大、工程造價高、工期長，可以采用多個方案的組合方案。

2 各加固方案綜合比較

對上述方案進行綜合比較，如表1所示。

3 加固方案應(yīng)用

通過對比四種加固方案的優(yōu)缺點和造價，結(jié)合青海省部分高速公路連續(xù)箱梁橋獨柱墩的結(jié)構(gòu)型式及特點，要合理選用加固方案。下面舉例進行分析。

馬平西高速公路K1713+040跨線天橋上跨高速公路。橋梁跨徑布置為17 m+2×27 m+17 m，橋梁全長為93.6 m。橋上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)橋墩為無蓋梁獨柱墩（單支座），橋臺為柱式臺（雙支座），基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。橋面寬度為12.0 m，即0.5 m（防撞護欄）+11.0 m（行車道）+0.5 m（防撞護欄）。該橋于2002年建成通車，設(shè)計荷載等級為汽-20、掛-100級，橋梁平面位于直線上，縱斷面縱坡為-3.667%，橫坡為雙向1.5%。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，除上部結(jié)構(gòu)主梁懸臂底局部滲水泛堿外，橋梁無其他明顯病害，下部結(jié)構(gòu)無明顯病害，技術(shù)狀況良好。橋梁整體結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況良好[5]。

根據(jù)加固前抗傾覆驗算結(jié)果，該跨線天橋存在支座脫空及傾覆的可能性，因此該橋需要增設(shè)支座來加固，具體方案為：1號墩、3號墩原為單支座，現(xiàn)改為雙支座，間距為5 m;2號墩單支座不變，保留原設(shè)計;0號墩、4號臺雙支座不變，保留原設(shè)計。

將1號墩、3號墩單墩加蓋梁改為多支撐（增設(shè)鋼蓋梁）后，經(jīng)過抗傾覆驗算，能夠滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，保障橋梁結(jié)構(gòu)安全運行。在四種加固方案中，加固設(shè)計選擇的是方案二。

4 結(jié)論

獨柱墩連續(xù)梁橋具有較多的優(yōu)點，在城市立交、高速公路匝道橋和跨線橋中得到廣泛應(yīng)用，但由于獨柱墩單支座的存在，這種橋型的橫向抗傾覆穩(wěn)定性極為不利。本文結(jié)合青海省部分高速公路現(xiàn)有12座連續(xù)箱梁橋獨柱墩抗傾覆不滿足現(xiàn)行規(guī)范的情況，借鑒國內(nèi)外的成功加固方案，分析了四種常規(guī)的獨柱墩連續(xù)箱梁橋加固方案，供同類項目設(shè)計參考。

參考文獻(xiàn)：

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[3]汪芳芳，徐祖恩，嚴(yán)偉飛.獨柱墩橋梁抗傾覆安全分析及加固設(shè)計技術(shù)研究[J].浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2014（4）：13-18.

[4]魯昌河，萬志勇，梁立農(nóng)，等.獨柱墩連續(xù)箱梁橋梁抗傾覆驗算及加固分析[J].廣東公路交通，2018（3）：35-38.

[5]陳雪芬.某高速公路獨柱墩連續(xù)箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定分析與加固設(shè)計[J].廣東公路交通，2018（4）：119-125.