獨柱墩加固技術(shù)研究

吳東寧

（寧夏交投高速公路管理有限公司，寧夏 銀川 750000）

1 概述

橋梁獨柱墩因具有占地面積小、施工成本低、視覺通透等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于高速公路互通立交橋中。然而，由于近年來各地相繼發(fā)生多起獨柱墩橋梁梁體側(cè)翻傾覆事故，各省市也對獨柱式橋墩橋梁出現(xiàn)的技術(shù)問題進(jìn)行專項治理。寧夏交投高速管理有限公司按照《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》《自治區(qū)交通運輸廳關(guān)于開展獨柱墩橋梁抗傾覆驗算及加固改造的通知》要求，委托專業(yè)機(jī)構(gòu)對寧夏境內(nèi)高速公路正在運營的獨柱墩橋梁進(jìn)行穩(wěn)定性排查驗算，提出整治意見，對需要維修的橋梁編制加固設(shè)計方案。以G2012 線定武高速K181+356 恩和立交獨柱墩橋梁加固維修項目為例，對其加固思路、處治方案、施工工藝進(jìn)行介紹分析。

2 獨柱墩橋梁存在的安全風(fēng)險

獨柱墩橋梁是采用獨柱式橋墩，通過單支點形式將梁板支撐的一種結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)重型車輛、大件車輛通過獨柱墩橋梁或超載車輛沒有沿橋梁中線行駛時，造成上部結(jié)構(gòu)荷載受力不均，容易出現(xiàn)梁板外側(cè)超載、內(nèi)側(cè)卸載的偏載現(xiàn)象，可能導(dǎo)致梁體傾覆失穩(wěn)，造成安全事故的發(fā)生。

3 加固方案

3.1 加固原則

綜合考慮獨柱墩橋梁抗傾覆驗算結(jié)果及橋梁實際運營狀況，該方案在滿足提高抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)的前提下，保證技術(shù)可行、安全可靠，力求施工方便快捷。同時，將抗傾覆加固改造施工對交通運營的影響降至最低[1]。

第一，提高獨柱墩橋梁抗傾覆性能，滿足規(guī)范要求；第二，盡可能減小對基礎(chǔ)的負(fù)荷、降低對下部結(jié)構(gòu)的影響；第三，新增支座僅發(fā)揮抗傾覆功能；第四，加固改造方案須滿足橋下跨線、跨河凈空要求并且不侵入建筑界限；第五，方案便于實施，降低對既有交通的干擾。

3.2 加固思路

恩和立交橋獨柱墩為八棱柱墩，采用在原獨柱墩墩柱外包混凝土，并在原支座兩側(cè)各增加一個可調(diào)平可調(diào)高的滑板橡膠支座的方式，將單點支撐調(diào)整為橫向三點支撐，同時對新增支座后仍存在負(fù)反力的聯(lián)端支座增設(shè)拉桿，從而提高橋梁抗傾覆穩(wěn)定性能。

3.3 處治方案

為保證結(jié)構(gòu)的安全使用，決定對恩和立交左、右幅匝道橋的7、9 號單支點獨柱墩橫向兩側(cè)設(shè)置豎向的支撐點，保留原橋支座，使其承擔(dān)原有橋梁的永久荷載，車輛通行施加梁體的可變荷載由原支座與兩側(cè)新增支座共同承擔(dān)，對原橋墩柱整體外包混凝土，加寬橋墩頂面后增加兩側(cè)支座，設(shè)置滑板橡膠支座，新支座與原支座間距左幅為1.5cm，右幅為1.8cm（見圖1），最終形成各獨柱墩三支點支撐。

圖1 恩和立交橋橋墩加固構(gòu)造圖（單位：cm）

4 施工工藝

4.1 承臺開挖

使用機(jī)械設(shè)備將原承臺挖出，并清除承臺混凝土沉積物，通過鑿毛或噴砂等措施粗化混凝土表面，露出固料，然后用高壓水沖洗干凈，保持干燥。

4.2 腳手架搭設(shè)

搭設(shè)架體基礎(chǔ)時必須保持地面平整堅實，腳手架扣件質(zhì)量符合規(guī)范要求，不能有裂紋、氣孔等質(zhì)量缺陷。扣件夾緊鋼管時，開口處的最小距離要小于5mm。腳手板為竹腳手板，長度為3～6m，寬不小于240mm。腳手架安裝完畢后，要進(jìn)行全面檢查，符合安裝要求后實施下一道工序[2]。

4.3 墩柱鑿毛

采用人工鑿毛的方式，用鑿毛機(jī)鑿除表面浮漿，清除碎屑，需把松動混凝土石子用清水沖洗干凈，確保墩柱混凝土表面粗糙、堅硬、密實，粗骨料部分外露并形成2～4mm 的凹凸面，且澆筑時表面潮濕，石子外露，使原混凝土與新澆混凝土增加黏結(jié)力。

4.4 探測定位

根據(jù)施工設(shè)計圖中植筋位置進(jìn)行放樣，充分利用鋼筋探測儀確定原結(jié)構(gòu)中鋼筋、鋼束的位置，標(biāo)記植筋點位，若植筋點位與原結(jié)構(gòu)鋼筋、鋼束相沖突，可在旁邊位置稍作調(diào)整。

4.5 鉆孔施工

首先采用小直徑鉆頭探孔，確定無主筋后再使用直徑比植筋大2～4mm 的鉆頭打眼成孔，孔道應(yīng)順直，深度應(yīng)符合規(guī)范要求。

4.6 清理孔道

先用硬鬃毛刷清理孔道，再用高壓空氣設(shè)備吹去孔道內(nèi)的灰塵及混凝土碎片，然后酒精棉球擦拭孔道、孔底，使孔內(nèi)保持干燥清潔。

4.7 配膠注膠

根據(jù)生產(chǎn)廠家的使用說明，將加固特種材料改性環(huán)氧膠粘劑（A 劑）與植筋錨固膠（B 劑）按照A∶B=100∶50 的配膠重量比配置出植筋膠。將植筋膠放入膠槍中，槍頭插入孔道底部開始注膠，注入孔道深度約2/3 即可，確保注膠一次完成[3]。

4.8 植筋施工

插入準(zhǔn)備好的鋼筋，用手將其旋轉(zhuǎn)著緩慢插入孔底，使膠與鋼筋全面黏結(jié)。植筋膠均勻附著在鋼筋的表面及縫隙中，通常待24 個小時左右。植筋膠固化后的結(jié)構(gòu)膠強(qiáng)度出色且具有抗老化和抗腐蝕性，切勿在膠液干固前擾動鋼筋，孔位附近不得有明水。

根據(jù)設(shè)計圖紙φ22 承臺豎向鋼筋植入深度為44cm；φ16 墩柱橫向鋼筋植入深度為16cm（見圖2、圖3）。

圖2 左幅7#9#獨柱墩加固鋼筋構(gòu)造圖（單位：cm）

圖3 右幅7#9#獨柱墩加固鋼筋構(gòu)造圖（單位：cm）

4.9 鋼筋綁扎

鋼筋綁扎的工藝流程：套墩柱箍筋—將豎向受力主筋間距與植入承臺的立柱鋼筋焊接—畫箍筋間距線—綁扎鋼筋。綁扎（焊接）由中間向兩端、由內(nèi)向外進(jìn)行。墩柱鋼筋采用20～22 號鉛絲進(jìn)行橫縱向配筋的綁扎。綁扎前應(yīng)先整理所預(yù)留的鋼筋頭，確保彎鉤疊合處沿柱子豎筋交錯布置并綁扎牢固，且采用雙面焊接方式，焊接長度不小于5d。

將φ8（10×10cm）外包鋼筋網(wǎng)（箍筋）套在主筋上，由下自上地進(jìn)行綁扎，采用纏扣綁扎的方式。質(zhì)量上要求箍筋與主筋垂直，箍筋轉(zhuǎn)角處與主筋交點都進(jìn)行綁扎，主筋與箍筋非轉(zhuǎn)角部分的相交點采用梅花交錯綁扎的方式，確保外包鋼筋網(wǎng)與原結(jié)構(gòu)墩柱上的植筋綁扎（焊接）形成整體。

4.10 模板安裝

必須采用鋼模板，先裝底模，后裝側(cè)模。模板準(zhǔn)備好后均勻涂抹脫模劑，采用螺栓進(jìn)行連接，安裝模板時必須穩(wěn)固牢靠，接縫嚴(yán)密，防止模板移位和凸出，造成漏漿。模板安裝完畢后，應(yīng)對其平面位置、截面尺寸等檢查內(nèi)容進(jìn)行測量，確保數(shù)據(jù)符合規(guī)范要求。相鄰模板接縫處貼雙面膠密封條，以防止漏漿，確?；炷帘砻婀鉂?、平整。

4.11 混凝土澆筑

澆筑混凝土必須連續(xù)進(jìn)行，分層澆筑。采用插入式振搗棒進(jìn)行振搗，振搗時以混凝土停止下沉、不出現(xiàn)氣泡、表面呈現(xiàn)浮漿為佳，確保混凝土密實，表面無蜂窩和麻面等現(xiàn)象。振搗完畢后，邊振動邊徐徐提出振動棒，避免振動棒碰撞模板。

4.12 模板拆除

在混凝土澆筑施工結(jié)束后1～2 天且混凝土強(qiáng)度不低于2.5MPa 時方可進(jìn)行拆模，若拆模時間過早，混凝土表面和空氣接觸后產(chǎn)生碳化反應(yīng)，顏色會變得暗淡，混凝土表面水分也容易流失，容易出現(xiàn)裂縫等病害。在拆除模板時，應(yīng)注意對墩柱表面及棱角進(jìn)行保護(hù)，避免模板對墩柱表面的碰撞。

4.13 混凝土養(yǎng)生

拆模結(jié)束12 小時后，用水泥漿對表面氣泡進(jìn)行填補(bǔ)，并使用浸水后擰干的土工布對墩柱進(jìn)行纏裹并綁扎，或先在墩柱上灑水，再使用土工布或塑料薄膜等具有滯水作用的材料包裹和覆蓋住整個墩體，保證墩柱濕潤。墩柱養(yǎng)護(hù)可以采用墩頂安放儲水罐養(yǎng)生的方法，在墩頂放置儲水罐，儲水罐底部邊沿四周打孔，保證水能漫流至墩柱整個表面[4]。

4.14 梁底粘貼鋼板

中橫梁底板粘貼鋼板厚度為8mm，錨桿公稱直徑為12mm，鉆孔直徑為16mm，有效埋深不小于10 倍錨栓直徑。將粘貼部位混凝土先進(jìn)行鑿毛處理，然后測量定位標(biāo)出植螺栓位置，為避免在種植錨螺栓的過程中對原結(jié)構(gòu)主要受力筋造成破壞，應(yīng)預(yù)先對原結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋進(jìn)行探測、定位，再對種植錨栓位置鉆孔。常規(guī)清理后對孔壁進(jìn)行干燥處理，采用壓力注膠黏鋼板，待粘鋼膠固化后，去除注漿嘴和排氣管，使用鋼刷清除鋼板表面污垢和銹斑。梁底鋼板安裝完畢后，對鋼板實施防腐涂裝，提高構(gòu)件的防腐水平。

4.15 支座安裝

施工前需對支座安裝位置縱、橫向坡度進(jìn)行精確測量，根據(jù)實際情況調(diào)整梁底鋼板，使鋼板底面水平且確保支座與上、下結(jié)構(gòu)之間緊密接觸，不得出現(xiàn)空隙。安裝支座時注意支座頂面接觸到板底即可，避免在無偏載情況下新增支座處板底受力、對原橋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加影響，砸壞原橋受力體系。

4.16 新增支座限位裝置

調(diào)平鋼板設(shè)置在新加支座正上方，用錨栓錨固于梁底。支座墊石施工前，需準(zhǔn)確測量橋墩頂面與調(diào)平鋼板底面的距離，測量時應(yīng)按現(xiàn)狀恒載作用下的調(diào)平鋼板底板標(biāo)高進(jìn)行控制，并嚴(yán)格控制新增支座墊石頂面與調(diào)平鋼板之間的距離，以使新增支座充分壓實。

4.17 恩和立交獨柱墩加固前后抗傾覆技術(shù)指標(biāo)檢測情況

恩和立交獨柱墩加固前后檢測抗傾覆技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 獨柱墩加固前后檢測抗傾覆技術(shù)指標(biāo)

5 結(jié)語

由于獨柱墩橋梁的前期設(shè)計與當(dāng)前汽車超載、交通流量的迅猛增長不相符等客觀因素，使得獨柱墩橋在超載和偏載的不利狀況下存在橫向傾覆失穩(wěn)的風(fēng)險。本文采用獨柱墩外包混凝土的加固方式，對G2012 線K181+356 處定武高速恩和立交獨柱墩橋梁進(jìn)行了運行安全提升改造，徹底消除了該橋的安全隱患，保證了橋梁結(jié)構(gòu)及運營狀況的安全和穩(wěn)定性。