獨柱墩橋梁抗傾覆加固施工技術研究

秦金國

摘 要： 針對獨柱墩橋梁抗傾覆加固施工技術進行了系統(tǒng)的研究，依托實際工程，提出了三種加固方案：抗拔約束裝置、墩柱增設鋼蓋梁與鋼套筒以及墩柱增加。經(jīng)工程技術經(jīng)濟對比，選取了加固方案二。而后，討論了施工過程中的質量控制要點和加固中新技術的應用，如高性能材料、智能傳感器、數(shù)字化建模等。研究成果可為類似工程提供借鑒。

關鍵詞： 獨柱墩橋梁 抗傾覆 加固技術 施工質量 智能傳感技術

中圖分類號： TU753文獻標識碼： A文章編號： 1679-3567（2024）04-0044-04

Research on the Anti-Overturning Reinforcement Construction Technology of Single-Column Pier Bridges

QIN Jinguo

Nantong Jianghai Highway Engineering Co.， Ltd.， Nantong， Jiangsu Province， 226300 China

Abstract： This paper systematically studies the anti-overturning reinforcement construction technology of singlecolumn pier bridges. Relying on actual projects， it proposes three reinforcement schemes： uplift restraint devices， adding steel capping beams and steel sleeves to pier columns and adding pier columns， and selects the second reinforcement scheme through the comparison of engineering technology and economy. Then， it discusses the key points of quality control during construction and the application of new technologies during reinforcement， such as high-performance materials， intelligent sensors and digital modeling. The research results of this paper can provide reference for similar projects.

Key Words： Single-column pier bridge； Anti-overturning； Reinforcement technology； Construction quality； Intelligent sensing technology

在現(xiàn)代橋梁工程中，獨柱墩橋梁因其獨特的結構特點和良好的適用性，被廣泛應用于各種地形和環(huán)境中。然而，隨著交通負荷的增加和環(huán)境條件的變化，這類橋梁面臨著日益嚴峻的抗傾覆挑戰(zhàn)。特別是在極端天氣和地質活動頻繁的區(qū)域，獨柱墩的穩(wěn)定性成為保障橋梁安全和功能性的關鍵因素。因此，探究有效的獨柱墩加固技術，對于延長橋梁壽命、提高其安全性和可靠性具有重大意義。本文依托于實際工程，探究獨柱墩抗傾覆加固施工關鍵技術，以期為類似工程提供借鑒。

1 獨柱墩橋梁概述

獨柱墩橋梁最顯著的特點是橋梁僅由單個支柱支撐（見圖1），這種設計不僅減少了材料的使用，還優(yōu)化了橋梁的視覺效果和環(huán)境適應性。獨柱墩的設計使橋梁具有較高的靈活性，特別適用于地形復雜或空間受限的場景，如河流、峽谷或城市交通樞紐。

2 項目概況

本文以某山區(qū)高速公路橋梁為例，高速公路全長137.156 km，設計速度100 km/h，該橋梁位于高速公路K30+275處，橋長57 m，上部結構：（10+2×16+10）m鋼混連續(xù)板，下部結構：樁基礎。

3 獨柱墩加固方案比選

在考慮經(jīng)濟性、施工難度和景觀影響的基礎上，針對項目特點提出了三種不同的獨柱墩加固方案。這些方案旨在提高橋梁的橫向抗傾覆能力，同時考慮對交通流量的最小影響和成本效益。

3.1 方案一：設置抗拔約束裝置

此方案涉及在橋梁的邊緣處安裝抗拔裝置，以增強結構的整體穩(wěn)定性。通過這種方式，橋梁的原有受力模式得以保留，同時實現(xiàn)橫向穩(wěn)定性的增強?？拱窝b置設計簡單、施工便捷，且成本相對較低。然而，由于錨固和空間限制，該方案適用于較小范圍的情況，抗拔力相對有限。

3.2 方案二：墩柱增設鋼蓋梁、墩身加鋼套筒

該方案通過在墩頂增加鋼蓋梁和墩身加鋼套筒，從單支承變?yōu)槎嘀С校鰪娏私Y構的抗扭變形能力。在常規(guī)負載下，新增支座不參與承載，而在偏載情況下，新支座開始發(fā)揮作用，避免梁體傾覆。這一方案要求墩柱具有較高的強度，涉及的施工步驟包括植筋、鋼蓋梁安裝和支座增設等。在滿足交通凈空的條件下，該方案成本適中，是一種可行的選擇[1]。

3.3 方案三：增加墩柱

本方案通過在原有的單支承基礎上增加混凝土或鋼管樁柱，實現(xiàn)多點支承，以提升橋梁的抗扭傾覆能力。這種方法可以改善原有墩柱的受力狀態(tài)，從而提高其安全性。不過，該方案對橋下的空間要求較高，涉及樁基施工、混凝土澆筑或鋼管安裝等多個步驟，因此施工周期較長，成本也相對較高。

5.1 高性能材料的應用

高性能混凝土（High Performance Concrete， HPC）是一種具有優(yōu)異的強度、耐久性和工作性的混凝土，特別適用于要求高承載能力和長期耐久性的結構中。纖維增強聚合物（Fiber Reinforced Polymer， FRP）則是一種由纖維材料（如碳纖維、玻璃纖維）增強的塑料復合材料，以其高強度和輕質特性被廣泛應用于結構加固中。這些材料的應用顯著提升了橋梁結構的承載能力、耐蝕性和抗裂性，有效增強了獨柱墩的穩(wěn)定性。

5.2 智能傳感技術

現(xiàn)代橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)集成了多種傳感器，實時收集和分析關于橋梁結構狀態(tài)的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括但不限于地震動、撓度、振動、拱腳變位、溫度、濕度等。系統(tǒng)能夠通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計和趨勢分析，提前發(fā)出預警，為橋梁養(yǎng)護決策提供科學依據(jù)。此外，通過App和小程序，相關人員可以隨時隨地查看橋梁的實時數(shù)據(jù)，確保及時響應潛在的安全問題。

5.3 先進的加固方法

最新的加固技術，如外預應力技術和粘貼鋼板技術，為提高獨柱墩的穩(wěn)定性提供了新的解決方案。外預應力技術通過在橋梁外部施加壓力，有效地增強了結構的整體穩(wěn)定性。而粘貼鋼板技術則是通過在墩柱表面粘貼鋼板來增加其剛度和承載能力[2-4]。

5.4 數(shù)字化建模和仿真

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是一種基于數(shù)字技術的建筑項目管理工具，它允許建筑師、工程師和建設者在建筑項目的整個生命周期內，從規(guī)劃、設計到施工和管理，進行高效的協(xié)作和信息交換。計算機輔助工程（Computer-Aided Engi？ neering，CAE）軟件則是用于工程分析的應用軟件，包括有限元分析、計算流體動力學、多體動力學和優(yōu)化。BIM和CAE軟件的結合使橋梁設計和分析更加精確，優(yōu)化了加固方案，并確保了施工的有效性和安全性[5-6]。

6 結語

本研究對獨柱墩橋梁的抗傾覆加固施工技術進行了深入探討，提出了幾種有效的加固方案，并重點關注了施工過程中的質量控制要點，同時探索了新技術在加固工程中的應用。

從方案比選中可以得出，雖然每種加固方法都有其優(yōu)缺點，但墩柱增設鋼蓋梁、墩身加鋼套筒方案在多個方面表現(xiàn)優(yōu)異，包括在保持原有結構特性的同時提高了整體穩(wěn)定性，以及施工的可行性和經(jīng)濟效益。這表明在選擇加固方案時，應綜合考慮技術可行性、經(jīng)濟效益和工程實施的實際條件。

在施工質量控制方面，研究強調了工廠預制加工的重要性，鑿毛處理的精確度，以及鋼構件安裝和植筋的精密操作。這些控制要點的遵守對保證施工質量和結構安全至關重要。

此外，研究探討了高性能材料、智能傳感技術、先進加固方法以及數(shù)字化建模和仿真在加固工程中的應用。這些新技術的引入不僅提高了獨柱墩的穩(wěn)定性和安全性，而且為橋梁工程的未來發(fā)展提供了新的視角和方法。

參考文獻

[1]孔令元.獨柱墩橋梁抗傾覆增設鋼蓋梁受力可靠性分析及改進措施[J].廣東公路交通，2018，44（4）：115-118，125.

[2]葉嘉豪.獨柱墩橋梁抗傾覆驗算及抗傾覆加固處治措施[J].建筑技術開發(fā)，2019，46（16）：142-144.

[3]陳針.獨柱墩橋梁抗傾覆加固技術應用[J].福建交通科技，2022（4）：65-69.

[4]劉驍.獨柱墩橋梁增設鋼蓋梁設計與驗算分析[J].低溫建筑技術，2021，43（11）：115-119.

[5]張偉.獨柱墩橋梁加固施工與技術[J].工程技術研究，2021，6（20）：245-246.

[6]張勝龍.曲線簡支鋼箱梁抗傾覆分析研究[J].交通科技與管理，2023，4（14）：153-155.