獨柱墩橋梁抗傾覆加固技術(shù)應(yīng)用

■陳 針

（福建新路達(dá)交通建設(shè)監(jiān)理有限公司，南平 353000）

1 工程概況

漳灣互通AB 匝道橋位于沈海高速公路福寧段， 于2002 年建成通車。 橋梁中心樁號K1974+827，左幅橋梁全長216.35 m，右幅橋梁全長215.85 m。橋?qū)?.75 m，橋梁上部結(jié)構(gòu)采用單箱單室現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁， 支座類型為盆式橡膠支座，橋面鋪裝為瀝青混凝土，橋墩均為獨柱墩，樁基為單排樁，橋臺為肋式臺（橋梁平面布置見圖1），本橋設(shè)計荷載為汽車－超20 級，掛車－120 級。

圖1 橋梁平面布置圖

2 抗傾覆驗算分析

本項目獨柱墩橋梁左幅橋梁橋跨組合 （26.8+2×29+37+3×29）m，全長216.35 m；右幅橋梁橋跨組合（3×29+37+2×29+26.8）m，全長215.85 m，為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土單箱單室直腹板連續(xù)箱梁，橋?qū)挒椋悍雷沧o(hù)欄0.5 m+行車道6.75 m+防撞護(hù)欄0.5 m，箱梁高1.8 m、頂板寬度7.75 m、底板寬度4.15 m，兩側(cè)翼緣板懸臂長度共3.6 m。

依據(jù)JTG 3362-2018 《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》[1]對本項目獨柱墩橋梁進(jìn)行抗傾覆驗算。 橋梁荷載按車輛荷載公路-I 級、偏載按單車道偏載工況進(jìn)行計算（偏載布置圖2）。 通過驗算匝道橋左、右幅單車道偏載時抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)kqf分別為0.74、0.75（表1、表2），發(fā)現(xiàn)驗算結(jié)果不符合設(shè)計規(guī)范抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)≥2.5 的要求[2]。 根據(jù)抗傾覆驗算結(jié)果及定期檢查結(jié)果都表明本項目獨柱墩橋梁存在安全隱患，為了改善橋梁的安全性能，消除潛在的安全隱患，需要對漳灣互通AB 匝道橋進(jìn)行抗傾覆加固處理。

圖2 偏載布置圖

表1 左幅第一聯(lián)結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算

表2 右幅第一聯(lián)結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算

3 加固原理

本項目獨柱墩橋梁的橫向支撐系統(tǒng)是僅由一單支座支撐， 橋梁在嚴(yán)重橫向偏心荷載作用下，截面的承載力易超過極限，加上獨柱墩橋梁抗傾覆穩(wěn)定性的先天缺點， 導(dǎo)致橋梁上部結(jié)構(gòu)處于失穩(wěn)狀態(tài)，存在潛在安全隱患。

獨柱墩橋梁抗傾覆性能的加強(qiáng)主要是以加強(qiáng)獨柱墩橋梁的下部結(jié)構(gòu)支撐能力來實現(xiàn)，通過增加側(cè)向支撐點數(shù)量將原來的單點支撐調(diào)整為橫向三點支撐，來改善橋梁結(jié)構(gòu)橫向穩(wěn)定性及抗傾覆性能力。本項目獨柱墩橋梁均無蓋梁，適合采用新增鋼結(jié)構(gòu)蓋梁加支座和增設(shè)抗拉裝置的方案進(jìn)行加固[3]。

（1）新增鋼結(jié)構(gòu)蓋梁加支座的方案是采用在獨柱墩墩頂位置新增加鋼結(jié)構(gòu)蓋梁， 在漳灣互通AB匝道橋1#、3#、4#、5#、6# 獨柱墩的單支撐橫向兩側(cè)各增設(shè)一個豎向支撐點，保留原橋支座，使其承擔(dān)原橋恒載， 活載由原支座及兩側(cè)新增支座共同承擔(dān)，形成各獨柱墩三支點支撐[4]。 當(dāng)橋梁存在傾覆趨勢時，原獨柱墩位置將會出現(xiàn)“原支座、與傾覆車輛同側(cè)新增支座”共同抵抗傾覆的現(xiàn)象，在最不利布載狀態(tài)下，加固后橋梁支座不脫空，從而提高原橋抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)，改善橋梁抗傾覆穩(wěn)定性能（圖3），新增支座最小效應(yīng)值驗算結(jié)果見表3。

圖3 新增鋼結(jié)構(gòu)蓋梁加支座示意圖

表3 新增支座最小效應(yīng)值驗算結(jié)果

（2）增設(shè)抗拉裝置的方案是采用在聯(lián)端邊墩設(shè)置抗拉裝置， 防止因支座脫空而改變結(jié)構(gòu)體系，改善橫向抗傾覆性能[5]（圖4）。

圖4 新增鋼拉桿示意圖

4 抗傾覆加固技術(shù)方案

施工前期進(jìn)行圍擋封閉施工，然后對封閉區(qū)域內(nèi)的障礙物和綠植進(jìn)行移除作業(yè)，障礙物清理完成后對施工部位進(jìn)行支架搭設(shè)并開始本項目鋼結(jié)構(gòu)蓋梁施工，依次進(jìn)行中橫梁底粘貼鋼板、新增鋼結(jié)構(gòu)蓋梁及支座安裝、柱底加固（原地面需進(jìn)行開挖使承臺外露）、新增鋼拉桿、聯(lián)端支座更換、裂縫等缺陷修復(fù)，具體流程見圖5。

圖5 施工流程圖

4.1 鋼蓋梁安裝

4.1.1 鋼結(jié)構(gòu)蓋梁的制作及加工

工廠對鋼結(jié)構(gòu)蓋梁進(jìn)行加工制作，鋼結(jié)構(gòu)蓋梁螺栓孔按照現(xiàn)場獨柱墩錨栓孔放樣位置進(jìn)行加工，蓋梁使用Q355NHC 鋼板進(jìn)行制作， 同時做防腐涂裝處理。

4.1.2 現(xiàn)場安裝

（1）界面處置。 采用氣動鑿毛機(jī)對鋼結(jié)構(gòu)蓋梁安裝范圍內(nèi)的混凝土表面進(jìn)行鑿毛，混凝土粘接表面應(yīng)粗糙、密實、無松動，待表面完全干燥后采用脫脂棉沾丙酮清潔。

（2）錨栓孔施工。 ①定位：根據(jù)原設(shè)計圖紙對錨栓位置進(jìn)行精確定位。 ②鉆孔：根據(jù)錨栓設(shè)計要求，孔徑為Φ20～37 mm，有效埋深大于10 倍錨栓直徑，鉆孔過程中始終要保證鉆孔位垂直于混凝土表面，同時其孔位軸線要與墩柱中心軸線相交（圖6），鋼蓋梁錨栓孔直徑可適當(dāng)放大，做成橢圓形，便于安裝蓋梁時位置調(diào)整；鉆孔避開梁底主筋位置防止損傷原結(jié)構(gòu)鋼筋。 ③清孔：成孔后采用高壓空氣吹除孔洞內(nèi)的粉塵及雜物，對孔壁上的浮塵使用毛刷刷除，最后再用高壓空氣對孔洞進(jìn)行二次清潔，確保孔洞內(nèi)壁和結(jié)構(gòu)物表面無粉塵。 ④孔壁干燥：孔壁潮濕采用電熱干燥，孔壁有油污可用丙酮進(jìn)行清潔干燥處理。

圖6 鋼蓋梁鉆孔點位示意圖

（3）安裝鋼結(jié)構(gòu)蓋梁。 在環(huán)境干燥情況下方可進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)蓋梁的安裝和鋼板粘貼： ①將錨栓植入栓孔，初步固定于既定位置；②吊裝構(gòu)件單側(cè)各安裝4 個手拉葫蘆將左右2 塊鋼蓋梁半構(gòu)件同步吊裝至預(yù)定位置，將錨栓與柱式“鋼抱箍”用螺母緊固，并焊接為一個整體；③對鋼蓋梁抱箍鋼板四周密封采用封邊膠進(jìn)行密封，同時預(yù)留出排氣孔；④注漿嘴黏貼于鋼板低端處， 注漿嘴黏貼后需進(jìn)行通氣試漏檢查， 合格后再以不小于0.1 MPa 的壓力壓入膠粘劑，維持10 min 以上，待排氣孔涌出漿液后采用封邊膠進(jìn)行封堵， 保證膠粘劑飽滿填充（圖7）。

圖7 鋼結(jié)構(gòu)蓋梁安裝

（4）鋼板表面防腐處理。 檢驗粘鋼膠固化密實效果合格后，拆除注漿嘴和排氣管，清潔鋼板表面。鋼結(jié)構(gòu)蓋梁安裝完成后，對外露鋼板需要作防腐處理，提高外露構(gòu)件的防腐等級。

4.2 墊石和支座安裝

4.2.1 施工工藝流程

混凝土基面處理→定制并焊接鋼構(gòu)件→支座墊石施工→梁底楔形塊調(diào)平鋼板及支座的安裝→填充環(huán)氧砂漿→配制結(jié)構(gòu)膠→封邊及安裝注漿嘴→下鋼板灌注水泥基灌漿料→鋼板表面防腐處理。 墊石及支座安裝示意見圖（圖8）。

圖8 新增支座及墊石安裝

4.2.2 控制要求

（1）施工時應(yīng)精確測量新增支座處總支承高度，安裝支座下鋼底座及支座后，通過上鋼板及楔形塊填充環(huán)氧砂漿適應(yīng)梁底橫坡及剩余間隙高度；（2）支座頂面必須水平設(shè)置，上鋼板施工前需對原主梁橫坡、縱坡精確測量，保證鋼板水平；（3）上鋼板錨栓錨固長度應(yīng)大于10 d，支座上鋼板的M12 螺母，用于調(diào)整楔形塊高度，消除支座系統(tǒng)間隙；（4）選擇在路面交通量小的時段對鋼板進(jìn)行灌注粘貼，以避免震動對鋼板粘結(jié)效果的影響；（5）在結(jié)構(gòu)膠達(dá)到強(qiáng)度前避免擾動鋼板及保持鋼板的整潔；（6）對外露鋼板應(yīng)作防腐涂裝，提高外漏構(gòu)件的防腐等級。

4.3 中橫梁加固

維修處治后獨柱墩處的單點支撐變成了3 點支撐，為改善新增支座引起的中橫梁底板局部應(yīng)力集中，在中橫梁底板粘貼鋼板進(jìn)行加固：在中橫梁范圍內(nèi)，沿橫向在底板對稱粘貼2 條8 mm 厚Q355NHC鋼板。

4.4 防傾覆拉桿裝置安裝

聯(lián)端拉桿裝置的上部錨固在主梁側(cè)面，下部錨固在蓋梁側(cè)面， 錨栓孔鉆孔前需探明主梁主筋位置，孔位應(yīng)避讓主梁鋼筋，并保證孔道順直。 拉桿各構(gòu)件采用現(xiàn)場焊接，拉桿長度及其具體放置位置在設(shè)計（圖9）的基礎(chǔ)上根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整。 拉桿裝置施工前，對混凝土表面進(jìn)行處理，制作前仔細(xì)測量上下錨固裝置的距離， 錨固裝置可適當(dāng)調(diào)節(jié)，使拉桿緊繃受力。

圖9 拉桿裝置安裝

5 加固成效

漳灣互通AB 匝道橋通過加固施工后， 經(jīng)驗算左、 右幅橫橋向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)分別為7.3、7.2，均滿足規(guī)范要求（表4）。

表4 獨柱墩橋梁加固成效分析

6 結(jié)語

經(jīng)加固后的獨柱墩匝道橋目前運(yùn)營狀況良好，結(jié)果表明采用新增鋼結(jié)構(gòu)蓋梁加支座和增設(shè)抗拉裝置方法對獨柱墩加固，可大大提高橋梁抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)，同時可節(jié)省施工空間，對路面交通和周圍環(huán)境的影響小， 對今后類似工程施工提供參考，具有較大的意義。