一類獨(dú)柱墩跨線橋安全提升改造關(guān)鍵技術(shù)

梁彧，竇勇芝

（1.柳州市市政設(shè)施維護(hù)管理處，廣西 柳州 545005；2.柳州歐維姆結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)有限公司，廣西 柳州 545005）

1 引言

當(dāng)前，一類獨(dú)柱墩跨線橋由于橋面超載車列偏載行進(jìn)，對整個橋梁支撐體系形成較不利傾覆效應(yīng)，當(dāng)自身抗傾覆效應(yīng)小于傾覆效應(yīng)時，造成橋面傾覆坍塌事故。橋梁規(guī)范對此類獨(dú)柱墩橋做出須進(jìn)行安全提升改造的要求[1-6]。一種改造設(shè)計方法為通過在獨(dú)柱墩頂增設(shè)蓋梁，將單支承改為多支承體系，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗扭轉(zhuǎn)變形能力，以滿足抗傾覆要求。本文結(jié)合一類獨(dú)柱墩跨線橋安全提升改造關(guān)鍵技術(shù)做了進(jìn)一步研究，主要解決如下工程難點(diǎn)：如何結(jié)合該類跨線橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及梁下空間，設(shè)計增設(shè)蓋梁，將單支座支承改為多支座支承體系。工程實(shí)踐表明設(shè)計合理，施工安全可行，實(shí)現(xiàn)了該類橋型獨(dú)柱墩安全提升改造。

2 工程概況

某跨線橋全長86.06 m，橋面總寬8.5 m，跨徑組合為4×20 m。上部構(gòu)造采用4×20 m鋼筋混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，下部構(gòu)造橋墩采用獨(dú)柱式墩，橋臺采用肋板式臺，全橋均采用樁基礎(chǔ)。橋型布置立面如圖1所示。

3 設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

經(jīng)現(xiàn)場踏勘測量，跨線橋下部構(gòu)造1#~3#墩均為直徑1.2 m獨(dú)柱墩，直徑1.5 m樁基礎(chǔ)。墩頂設(shè)置單個板式橡膠支座，梁底至墩頂高度為0.25 m。

經(jīng)驗算，1#~3#橋墩和樁基礎(chǔ)強(qiáng)度在滿足加固要求的前提下，考慮在墩頂增設(shè)蓋梁構(gòu)造，將中墩單支座支承改為多支承體系，以加強(qiáng)上部整體結(jié)構(gòu)抗扭轉(zhuǎn)變形能力，提升抗傾覆安全性。

采取2種增設(shè)蓋梁構(gòu)造方案進(jìn)行比選。第一種方案為增設(shè)鋼筋混凝土蓋梁構(gòu)造方案。采用現(xiàn)場植筋、綁扎鋼筋、現(xiàn)場澆筑混凝土。參照原設(shè)計圖，原墩柱鋼筋配置較密集，植筋數(shù)量較多難以避開鋼筋主筋位置，鋼筋骨架就位及綁扎難度大，混凝土振搗效果較差，尤其是距梁底作業(yè)操作空間有限，難以振搗密實(shí)，且鋼筋混凝土蓋梁自重較大，對樁基既有承載力影響較大。另外，鋼筋混凝土蓋梁與既有墩柱之間新舊混凝土結(jié)合面難以保證結(jié)合密實(shí)性。第二種方案為增設(shè)鋼蓋梁構(gòu)造方案。采用在預(yù)制廠加工成型兩半式鋼蓋梁結(jié)構(gòu)，運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行裝配式拼裝，用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)拼接縫位置連接定位固定，并現(xiàn)場焊接兩半式鋼蓋梁拼接縫，使得兩半式鋼蓋梁成整體，同時植入化學(xué)錨栓連接鋼蓋梁與原墩柱，在鋼蓋梁與混凝土立柱結(jié)合面處壓注膠黏劑，以確保鋼蓋梁與圓墩柱共同參與受力。第二種方案鋼蓋梁構(gòu)造自重較輕，對樁基承載力影響較小，施工速度快。經(jīng)上述方案綜合比較，采用第二種增設(shè)鋼蓋梁構(gòu)造方案。

采用新增鋼蓋梁構(gòu)造加固方案，同時在原單支座各一側(cè)的蓋梁頂面新增支座，加固后新設(shè)的支承點(diǎn)作用在既有墩柱各一側(cè)，增設(shè)支座處的支承反力使得既有墩柱截面的附加彎矩值增大。橋墩墩柱在偏心力作用下墩底截面極限承載力不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，需要進(jìn)行橋墩加固，本次采用墩柱增大截面加固方式，即在原墩柱外包0.1 m厚鋼筋混凝土構(gòu)造，如圖2所示。

1#、3#橋墩墩柱增大截面外包0.1 m厚鋼筋混凝土構(gòu)造，加固后墩柱直徑為1.4 m，同時既有墩柱頂設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)蓋梁構(gòu)造，并在原板式橡膠支座外側(cè)1 m分別增設(shè)1個輔助板式橡膠支座，新增輔助板式橡膠支座在恒載作用下不參與受力，僅承受活載作用，原獨(dú)柱墩墩頂橡膠支座為主要受力支座。

利用有限元軟件空間建模計算，上部構(gòu)造箱梁、下部構(gòu)造墩柱、增設(shè)蓋梁均采用梁單元，箱梁材質(zhì)為C50，增設(shè)蓋梁材質(zhì)為Q345，墩柱材質(zhì)為C40，各支座支承與主梁連接采取彈性連接，輸入支座支承彈性剛度，各墩柱底部按固定邊界條件設(shè)置。

經(jīng)過驗算，基本組合考慮汽車活載最不利分布位置，活載分項系數(shù)取1.4。1#墩、3#墩增設(shè)支座后，基本組合作用下，支座最小反力為584 kN，所有支座始終處于受壓狀態(tài)；標(biāo)準(zhǔn)組合下，該橋橫橋向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)最小取5.64，大于2.5，滿足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》要求。

圖1 橋型布置立面

圖2 增設(shè)鋼蓋梁（單位：cm）

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 外包墩柱加固施工

1）為加強(qiáng)新舊混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合的緊密性，按設(shè)計尺寸放樣，在放樣范圍內(nèi)原墩柱表面鑿毛，鑿毛深度控制不小于6 mm，直至露出混凝土新鮮基面。用高壓水沖洗基面干凈。澆筑新混凝土前，舊混凝土表面必須保持干燥狀態(tài)，應(yīng)清除干凈混凝土表面的附著物、油污等。墩柱鋼筋外露時應(yīng)在鋼筋表面均勻涂刷阻銹劑。

2）墩柱植筋前采用鋼筋探測儀探明既有墩柱鋼筋實(shí)際位置，復(fù)核放樣植筋位置，避免鉆孔損傷墩柱受力主筋；復(fù)核植筋位置與原結(jié)構(gòu)鋼筋相沖突時，適當(dāng)調(diào)整植筋鉆孔位置，確保植筋鉆孔一次成型。

3）按設(shè)計的鉆孔直徑垂直墩柱表面鉆孔，鉆孔深度與植筋埋設(shè)深度相同，鉆孔位置孔道應(yīng)順直。

4）待鉆孔成型，用鋼絲刷對孔內(nèi)粉塵清除，利用空氣壓縮機(jī)將孔內(nèi)粉塵吹出孔外，通過干凈棉布蘸取酒精對孔內(nèi)重新擦拭至孔壁無灰塵。

5）將植筋膠填充入孔內(nèi)，鋼筋旋入孔內(nèi)，進(jìn)行鋼筋植入，并在植筋膠固化前減少對鋼筋擾動。為減小對原結(jié)構(gòu)截面的損傷削弱，植筋工序不能在墩柱全部鉆孔完成后再進(jìn)行，應(yīng)將墩柱分區(qū)分批進(jìn)行鉆孔及植筋。

6）涂刷混凝土界面劑。界面劑按產(chǎn)品配合比攪拌配制完成后，需盡快涂刷施工。將攪拌配制好的界面劑用刷子涂刷在干燥狀態(tài)的經(jīng)表面鑿毛處理的舊混凝土表面上，全部覆蓋舊混凝土，且不能漏涂。若增設(shè)綁扎鋼筋較密集，可使用空氣壓縮機(jī)和噴涂機(jī)及噴槍來噴涂作業(yè)，界面劑噴涂應(yīng)均勻，滿布于墩柱噴涂面。涂敷一層后，應(yīng)讓界面劑滲入混凝土，待涂膜指觸干燥后，再涂敷第二層和第三層。

7）澆筑外包混凝土：現(xiàn)場鋼筋骨架綁扎完成后，按照外包混凝土輪廓立模板，模板采用成品圓形木模板，并設(shè)置可靠支撐，然后澆筑自密實(shí)混凝土。澆筑時注意自密實(shí)混凝土的配合比，加強(qiáng)鋼筋密集部位的二次振搗，確?；炷撩軐?shí)，避免孔洞及麻面的發(fā)生。

8）混凝土養(yǎng)護(hù)：澆筑完成后應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，并覆蓋土工布保溫保濕。

4.2 鋼蓋梁預(yù)制加工

鋼蓋梁制作前，應(yīng)現(xiàn)場核查墩柱尺寸，需根據(jù)墩柱實(shí)際尺寸調(diào)整鋼套筒直徑，保證鋼套筒內(nèi)側(cè)與墩柱混凝土之間的灌膠間隙不大于9 mm，同時應(yīng)保證安裝后，兩片鋼蓋梁半結(jié)構(gòu)之間留有縫隙，以利于拼接螺栓及螺栓擰緊時產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。在工廠預(yù)制鋼構(gòu)件和涂裝，注意鋼混結(jié)合面不涂裝；測量墩柱與箱梁的相對位置，確定鋼蓋梁上支座組合高度，支座中心與梁底高度是根據(jù)原設(shè)計縱、橫坡度計算得出，如實(shí)際縱、橫坡度與原設(shè)計有出入，可根據(jù)實(shí)際縱、橫坡度計算，調(diào)節(jié)梁底調(diào)平塊高度。同時注意預(yù)埋支座限位裝置螺栓及套筒。

鋼構(gòu)件在工廠內(nèi)下料、切割、刨邊、焊接和矯正，在工廠分節(jié)段預(yù)制。鋼構(gòu)件節(jié)段出廠前，應(yīng)在廠內(nèi)立體試拼裝。試拼裝達(dá)到精度要求后，方可運(yùn)至工地施工支架上拼裝。運(yùn)輸時不宜將鋼構(gòu)件直接接觸，以避免導(dǎo)致局部塑性變形及損壞涂裝，所有運(yùn)輸過程起吊時只能利用臨時吊點(diǎn)。鋼構(gòu)件在運(yùn)輸過程中應(yīng)防止傾倒、碰撞。支點(diǎn)要平穩(wěn)、多點(diǎn)、可靠，要采取可靠措施防止意外和碰損。

4.3 鋼蓋梁安裝

（1）安裝鋼蓋梁前，需對墩柱頂部與蓋梁接觸部分混凝土面清理、找平，使之露出新面。（2）在墩柱上進(jìn)行錨栓孔定位、鉆孔、清孔；所有錨栓孔開孔完畢后，方可在鋼蓋梁相應(yīng)位置進(jìn)行開孔。（3）鋼混結(jié)合面除銹后，安裝鋼蓋梁，緊固鋼套筒兩側(cè)螺栓。（4）安裝錨栓，擰緊，單個錨栓安裝扭矩為300 N·m。（5）鋼蓋梁半結(jié)構(gòu)在現(xiàn)場焊接為一體。（6）對鋼混結(jié)合面進(jìn)行壓力灌漿。（7）螺帽涂抹膠黏劑，并罩上半球形裝飾蓋。（8）按設(shè)計要求安裝梁底調(diào)平塊，調(diào)整調(diào)平鋼板上側(cè)螺母，保證新增支座與調(diào)平鋼板密貼。（9）鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝完成后，對鋼板外表面局部破損位置按設(shè)計防腐體系進(jìn)行修補(bǔ)，最后全結(jié)構(gòu)（含外露螺栓部分）涂刷面漆，以利美觀。面漆顏色建議采用與混凝土顏色一致或相近的顏色。

5 結(jié)論

本工程研究了如何增設(shè)鋼蓋梁及支座，將原獨(dú)柱墩單支承改造成多支承體系，以原支座受力為主，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗扭轉(zhuǎn)變形能力，以滿足抗傾覆要求。同時通過外包鋼筋混凝土增大原墩柱墩截面，滿足在偏心受壓作用下橋墩墩底截面極限承載力要求，實(shí)現(xiàn)獨(dú)柱墩安全提升改造。該獨(dú)柱墩安全提升改造施工周期短，對其既有跨越道路交通影響較小，費(fèi)用成本較經(jīng)濟(jì)，對同類獨(dú)柱墩安全提升改造工程具有可借鑒性。