某獨柱墩橋梁橋墩加固設計

張建華 王樂群 於方瑩 陳露曄

(浙江省交通規劃設計研究院，浙江杭州 310006)

0 引言

某獨柱墩橋梁由于汽車超載引發整個橋梁上部結構傾覆，傾覆過程中對部分橋墩產生橫橋向的擠推、刮擦。造成部分橋墩出現超過規范允許的裂縫。通過對事故橋梁加固前檢測分析和現場調查確定未倒塌橋墩的加固方案，隨后提出事故橋梁的重建方案，并對推薦方案和比較方案進行了技術經濟比選，然后重點介紹了未倒塌橋墩加固的施工工藝要點。此分析方法及加固措施對今后類似問題的橋梁有借鑒意義。

1 工程案例介紹

垮塌獨柱墩橋梁，位于直線段，橋跨布置為6×20 m，等截面鋼筋混凝土連續箱梁橋，橋寬8 m，箱梁高1.3 m，箱梁底寬4 m。聯端一側為雙柱式橋臺(0號)，一側為雙柱式橋墩(6號)，雙支座設置。中間墩(1號～5號)均為獨柱墩單支座設置，板式橡膠支座。橋梁上部坍塌過程中，中間墩1號～5號墩的墩柱全部斷裂，0號橋臺擋塊受損，6號墩立柱出現裂縫。

2 倒塌橋梁加固、重建方案選擇

2.1 加固前檢測

對事故橋梁未倒塌的6號橋墩開展專項檢測(見圖1)，確定其能否繼續使用，主要檢測內容為橋墩立柱傾斜測量和橋墩立柱損傷調查，并對基礎的損傷進行分析，根據以上內容確定6號橋墩的加固措施。

橋墩傾斜采用全站儀進行測量。根據測量結果，6號橋墩南立柱受到倒塌箱梁的擠壓和刮擦，在6.5 m高度范圍內橫橋向向北傾斜50 mm，順橋向向東傾斜6 mm。北立柱在5.9 m高度范圍內橫橋向向北傾斜16 mm。橋墩南、北立柱無橫梁連接，柱頂均采用活動支座，因此柱頂互不傳力。第一聯坍塌時力僅作用于南立柱頂，北立柱頂不受力，因此判斷北立柱的傾斜可能是施工時就存在，但由于無竣工時北立柱的資料，所以難做定論。

橋墩南立柱的裂縫集中在南立柱下半部，為南半側的環向裂縫，裂縫最大寬度為0.8 mm，裂口新鮮，裂縫實景如圖2所示，綜合裂縫形態及南立柱頂直接受力等因素判斷，此裂縫為本次坍塌受力造成。北立柱裂縫同樣集中在下半部，裂縫方向為立柱環向，在南側偏西半圈。裂縫最大寬度為0.1 mm，裂口不新鮮，裂縫實景如圖3所示，綜合裂縫裂口不新鮮及北立柱頂自由等因素判斷，此裂縫非本次坍塌受力造成。根據H11-2004公路橋涵養護規范對墩臺裂縫的限值0.4 mm的要求，南側立柱裂縫寬度已經超過了規范的規定，且裂縫已經貫通墩身截面一半，不滿足該規范的要求。

坍塌的箱梁從橋墩南立柱上滑下時，將橋墩頂端的混凝土刮傷，使鋼筋外露，如圖4所示。

圖1 6號橋墩加固前現場

圖2 6號橋墩南側立柱加固前現場

圖3 6號橋墩北側立柱加固前現場

圖4 6號橋墩柱頂加固前現場

綜上所述，6號橋墩南側立柱裂縫寬度超限，基礎未受到實質性損傷，判斷橋墩經加固處理后可繼續使用。加固設計采取以下措施:

1)對6號橋墩南北立柱、承臺表面進行清洗，重新檢查立柱表面裂縫，并根據裂縫寬度對縫寬小于0.15 mm的裂縫采用裂縫修補膠涂刷封閉，縫寬不小于0.15 mm的裂縫采用低壓灌漿處理。

2)對南北立柱安裝壁厚16 mm鋼筒套箍，并在鋼筒套箍內灌注高強無收縮灌漿料加固;對南立柱頂部由于箱梁傾覆損傷的部位進行修補。

3)在6號橋墩南、北墩帽內側安裝錨固H型鋼橫撐。

2.2 重建方案比選

事故造成匝道上部箱梁倒塌，下部除橋臺(0號)及與相鄰聯交接處橋墩(6號)外，其余墩柱斷裂。對于原有墩柱、樁基是否能利用，項目業主委托質量檢測站針對事故損壞橋梁進行了專項檢測，6號橋墩南立柱柱頂混凝土受損，偏位5 cm，柱底裂縫集中在南立柱下半部，為南半側的環向裂縫，裂縫最大寬度為0.8 mm。檢測結果為6號橋墩南立柱須加固，1號～5號橋墩樁基完整性類別有2根Ⅱ類樁，其他均為Ⅰ類樁。

根據檢測報告，在保證殘余結構能滿足使用要求的前提下，對匝道橋的重建提出了兩個方案。設計荷載除基礎維持原設計標準外，上部結構板梁按照04版橋梁規范要求執行。

推薦方案上部結構:6×20 m一聯等截面鋼筋混凝土連續箱梁橋，橋寬8 m，箱梁高1.3 m，箱梁底寬4.0 m。下部結構:利用0號橋臺、加固6號橋墩，在原1號～5號橋墩的樁基上接立柱成雙柱式橋墩，柱徑1.1 m，雙柱間設地系梁，柱高超過5 m的墩柱設頂系梁。均為雙支座，支座間距3 m。6號橋墩支座間距仍為2.8 m。

比較方案上部結構同推薦方案，下部結構:利用E0號橋臺、加固6號橋墩，在原 E1，E2，E3，E4，E5號橋墩的樁基上設承臺，E1，E3，E5 承臺上設矩形實體墩，尺寸3.8 m ×1.4 m，均為雙支座設置，支座間距2.8 m。E2，E4承臺上設獨柱方墩，尺寸1.4 m×1.4 m，單支座。

方案比較見表1。

表1 加固方案比較表

3 橋墩加固施工工藝要點

3.1 橋墩混凝土表面缺陷處理和裂縫封閉、灌漿

混凝土表面修補按照病害情況分混凝土表層缺陷修補和混凝土深層缺陷修補兩種情況進行處理。

1)表層修補:混凝土表面出現蜂窩、麻面等未露鋼筋部位。

a.混凝土表面缺陷處應鑿毛，并露出密實部分;

b.配制修補材料時，應稱量準確，攪拌均勻;

c.應仔細涂布壓抹修補材料;

d.應進行表面修整，必要時表面應涂布涂料。

2)深層修補:混凝土表層破損深度已露鋼筋。

a.混凝土表面應鑿毛，并露出混凝土堅硬部分，表面的松散層、附著物、油污、污垢、灰塵等應清除干凈;

b.配制修補材料時，應稱量準確，攪拌均勻;

c.裸露鋼筋應除銹，并涂一薄層環氧漿液，在尚未固化前再壓抹修補材料;

d.修補材料應具有一定的可使用時間，滿足被粘混凝土構件的定位、調整等操作時間;

e.修補材料根據破損深度可一次或分次嵌入缺陷，并抹平修整。

3.2 橋墩鋼筒套箍施工

對立柱、承臺表面進行清洗，鋼套筒范圍內的立柱、承臺表面要求鑿毛。根據實際施工條件安裝鋼筒套箍并設置注漿孔。鋼筒套箍卷管成型后，分剖成兩半，安裝后用剖口焊進行焊接，焊縫厚度16 mm。

在鋼套筒安裝校正完畢后在承臺上鉆錨固螺栓植筋孔。在鋼筒套箍內灌注高強無收縮灌漿料。完成后將鋼筒套箍表面焊縫打磨平整，并對其進行防腐、防銹處理。澆筑C30護腳混凝土。

3.3 立柱頂增設H型鋼橫撐及混凝土修補

主要措施是在6號橋墩南、北墩帽內側增設H型鋼橫撐來加強橋墩的橫向聯系和剛度。

加固工藝流程:

1)鋼套筒施工完成后，按設計圖紙在6號橋墩南、北墩帽內側對錨固鋼板和H型鋼橫撐進行精確測量放樣，確保施工無誤。

2)根據放樣尺寸在墩帽內側進行鉆孔，加工錨固鋼板及H型鋼橫撐。

3)按設計圖紙將H型鋼與錨固鋼板進行焊接連接，工藝技術應滿足相關規范要求。

4)采用M16定型化學錨栓錨將錨固鋼板及H型鋼橫撐錨固在墩帽放樣位置。M16定型化學錨栓錨深為16 cm，并填充結構膠，錨固鋼板與混凝土接觸面用結構膠進行注實。

5)安裝完成后對所有外露鋼構件進行防腐處理。南立柱頂部由于箱梁傾覆損傷的部位，對變形的鋼筋進行復位，鑿除表面松散的混凝土，對底部混凝土鑿平整，避免出現斜坡，用C40混凝土澆筑。澆筑加固墩混凝土之前，應確保原表面混凝土清潔濕潤，澆筑混凝土，加強施工期間養護及管理，養護天數要求不少于7 d。根據墩頂鑿平整后的實際情況，可增加部分鋼筋，摻加適量防裂纖維。

4 結語

按上述加固后，經實地回訪，結構受力性能良好，加固橋墩未出現新裂縫。獨柱墩加固的方法較多，文章通過實際案例，拋磚引玉給同行提供些許加固思路。超載車輛不僅給社會造成巨大的損失，同時嚴重危害社會公共安全。希望有關各方能夠采取有效措施從源頭上治超，確保現有橋梁的安全、耐久。