浅谈独柱墩桥梁抗倾覆加固措施

张娅玲

(陕西高速公路工程咨询有限公司，陕西 西安 710061)

0 引 言

独柱墩作为一种常见的桥下结构被经常用于城市立交桥和高速匝道上，采取这种设计，主要在于它能够有效减少占地面积，同时增加桥下视野和桥形体的美观。在国外桥梁建设中，独柱墩广泛地作为桥梁下部称重结构，因限载控制严格，鲜有整体倾覆的研究报道[1-6]，但是在我国，独柱墩桥梁倾覆事故却时有发生，并且社会影响很大，比如浙江上虞立交桥倒塌事故、哈尔滨阳明滩大桥垮塌、无锡312国道锡港路上跨桥侧翻事故等，其主要诱因是严重超载[7-12]。对于偏载情况下，独柱墩连续桥梁发生倾覆的研究还较少，相关计算理论、设计方法及规范还不够成熟，因此总结一些独柱墩桥梁抗倾覆的加固措施，对于工程实践具有参考意义[13-18]。以延西高速川口互通立交C匝道为列，对独柱墩桥梁抗倾覆的加固措施做以简单介绍。

1 项目概况

川口立交C匝道桥位于延西高速川口互通立交，桥梁桩号CK0+062，桥梁全长368.02 m。上部结构采用(5×13)m+(7×19)m+(2×19+4×23+2×19)m钢筋混凝土现浇连续箱梁，共3联20孔，下部结构为单柱式墩，U型、柱式桥台，钻孔灌注桩基础。该桥桥面宽7.5 m，设计荷载：汽车-超20级、挂车-120级，于2001年5月投入运营使用，已运营20年。川口C匝道位于曲线半径分别为R1=41.279 m、R2=65.012 m、R3=98.368 m 的圆曲线和LS=35 m的缓和曲线上，最大纵坡3%，最大横坡6%(单向)。

2 独柱墩桥梁主要病害及原因

根据对川口立交C匝道的现场检测，发现该桥梁主要有以下几种病害。

(1)上部箱梁爬移。全桥上部现浇箱梁共三联，其中第一联轻微纵向移动，第二联存在纵向及平面转动爬移，第三联现浇箱梁存在整体向弯道外侧方向及下坡向爬移现象；部分墩柱横向竖直度存在偏差，最大约4.5 cm，伸缩缝存在明显挤压、拉开、错位及错台现象。

(2)支座脱空、钢板锈蚀。支座普遍存在钢盆表面严重锈蚀及橡胶老化现象；支座上钢板与下盆存在不同程度的横桥向错位，并且20#墩顶右侧支座完全脱空。

(3)混凝土耐久性病害。桥梁上部结构现浇箱梁两侧翼板边缘处未设置滴水槽，雨水沿翼板、腹板长期冲刷侵蚀梁体，诱发多处钢筋锈胀。由于梁体爬移，桥台及过渡墩上箱梁翼板部位发生抵死，造成箱梁翼板部位局部破损严重、盖梁挡块挤压破损。

(4)独柱墩抗倾覆验算不满足规范要求。验算过程中，采用的荷载等级为公路Ⅰ级，根据规范JTG 3362—2018相关规定，采用两个阶段进行验算。第一阶段验算作用基本组合下，支座如不出现反力，表示满足抗倾覆要求；第二阶段进行特征状态2时稳定效应与失稳效应的比值计算，检验满足规范要求与否。验算结果表明，川口C匝道第1-3联均不满足规范中抗倾覆验算的有关规定。

梁体爬移、墩柱倾斜、支座脱空的原因是相关联的，造成这些病害的原因主要有以下几方面。

(1)曲线桥本身受力特性的影响。桥梁位于圆曲线、缓和曲线上，曲线半径为41～98 m，属于典型的小半径曲线桥，且桥梁纵坡、横坡均较大，最大纵坡3%，最大横坡6%(单向)，小半径曲线再加上较大的横坡、纵坡等因素导致桥梁空间效应“弯扭耦合”作用明显，造成内外侧支座受力不均匀，极易引发内侧支座脱空现象。

(2)长期温度作用。升降温会引起梁体伸长、缩短，但随着支座橡胶老化，梁体收缩变形受限，导致向外爬移位移累计，无法恢复；支座的老化变形限制了梁体的自由活动，梁体向外爬移带动桥墩偏移。

(3)支承体系的影响。该桥非连续端设置为双支座，连续端设置为单支座，在在偏载情况下会产生较大的扭矩，导致支座受力不均、内侧支座发生脱空现象，特别是比较长的第3联更容易发生受力不均、内侧支座脱空的现象；同时桥梁支座除固定支座之外都是双向滑动支座，减弱了对桥梁的横向约束，故第2、3联易发生横向变形。

3 抗倾覆加固措施分析

考虑工程实际情况和以往工程实践成果，通常有以下加固措施进行独柱墩抗倾覆加固处理：增设抗拔销(拉杆)装置；增设盖梁；增设桩柱；增设桩、承台及改花瓶墩；扩大墩身；增设盖梁及接长横梁。

以上六种加固措施，在日常实践中，均能起到加固的效果，但是应用的条件和造价却各有区别，以本匝道加固为例，具体对比如表1所示。

表1 各加固措施优缺点对比表

通过上述分析，结合本次匝道桥梁桥宽较小，且桥下多为互通绿化带或非通航河道，净空不受限制，综合考虑造价、施工工期及验算是否满足技术要求等因素，此次加固采用方案二增设盖梁方案。

增设盖梁方案，在以前的施工实践中经常采取植筋、浇筑混凝土的方式，也有采取钢盖梁的方式，考虑到本次施工周期短，此次施工中使用了增设钢盖梁的方式。为了进一步节约成本，我们提出了两种方案，并进行了对比，具体如下。

(1)方案1：独柱墩加设钢支架+单支座，变为三支座体系。在全桥独柱墩上增设钢支架，利用钢支架及盖梁顶升将墩台支座全部更换；改变全桥部分墩柱支撑体系，在墩上利用钢支架将单支座改三支座体系，在每联联端增设拉杆，1#～19#桥墩增设纵横向限位装置。钢支架构件采用Q355C工字钢和槽钢进行拼装，并采用植入支撑钢棒固定在桥墩上。待梁体复位、顶升更换支座等施工完成后，在支架上两边设计位置增设橡胶支座。

(2)方案2：独柱墩加设钢盖梁+单支座，变为三支座体系。对第1～3联独柱墩墩顶外表面进行植筋，并钻预应力穿束孔，在墩顶增设钢盖梁，进行预力钢束张拉，钢盖梁壳内浇筑自流平混凝土。进行混凝土养生，然后在新增的盖梁上施做支座垫石，安装两边支座，将原单支座改为三支座形式。

方案1采用型钢等拼装形成钢支架，加工方便，施工周期短，造价较低，将单支座改为三支座体系，增加了梁底支撑，能够有效控制梁体的横向及扭转变形。相对来讲，方案2中钢盖梁加工复杂、大量植筋对桥墩损伤大、增加自重大，且需要混凝土养生及预应力张拉工序，整个施工周期长、造价相对较高。因此最后采用了方案1独柱墩增设钢支架+单支座改三支座体系。通过对加固后桥梁各联进行了抗倾覆验算，抗倾覆验算结果均满足规范要求，如表2所示(以第二联为例)。

表2 抗倾覆验算结果表

4 结 语

防止独柱墩桥梁发生倾覆的最高效措施是严控行驶荷载，在进行独柱墩桥梁抗倾覆加固处理时，应综合考虑各种影响元素，因地制宜，采用可行的方法，对于常用的六类加固办法经实践均是切实可行的。经过实践证明，通过增设盖梁的方式能有效保证独柱墩的抗倾覆性，在实践中利用钢支架代替钢盖梁、混凝土盖梁能达到相同的效果，且施工简单、周期短、成本低，在一些快速维修加固工程中，可以借鉴应用。