曲線匝道橋抗傾覆分析及加固設計方法

洪一樽

（重慶交通大學土木工程學院 400074）

曲線匝道橋抗傾覆分析及加固設計方法

洪一樽

（重慶交通大學土木工程學院 400074）

近年來橋梁傾覆事故頻頻發生，汲取獨柱墩橋梁傾覆事故的教訓，文章就某高速公路匝道橋抗傾覆能力進行計算和分析，根據驗算結果提出了相應的加固處理措施，保障高速公路的止常運行。

1 引言

大量的事實證明，在汽車偏載作用下，獨柱墩橋梁可能發生整體橫向失穩，而我國大部分橋梁工作者比較關注的是橋梁抗彎、抗剪承載力是否滿足規范要求，而沒有注重于橋梁的橫向抗傾覆能力。本文以河北某高速公路一墩梁固結獨柱墩橋梁為例，對其抗傾覆能力進行驗算，并針對驗算結果，對于下部結構的承載力評估并且進行提出相應的加固處理方法。

2 工程概況

該橋某匝道橋跨越自然山坡，是一座預應力鋼筋混凝土現澆連續箱梁橋，橋長77.121m，橋寬8m，跨徑組合為3×20m+9.12m。下部結構1#～3#墩采用獨柱墩，墩身直徑1.3m，其中2#墩為固結墩，3#、4#墩頂設有鋼筋混凝土蓋梁，4#墩采用三柱式橋墩，墩身直徑1.3m；橋臺采用混凝土重力式橋臺。

3 荷載工況

現行的公路橋梁規范對抗傾覆穩定性的計算相關的規定較少，僅在《公路橋涵設計通用規范JTGD60-2004》中的第3.5.8條和《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范JTG D62-2004》中的第9.7.4條提出了禁止支座脫空的描述。本文以此為計算原則對該橋梁進行抗傾覆穩定性分析，利用公路-Ⅰ級荷載進行荷載組合。

4 抗傾覆計算及結果

4.1 抗傾覆計算

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范 征求意見稿》（JTG D62-2012），在彎橋情況下，當跨中橋墩全部支座位于橋臺外側支座連線內側時，傾覆軸線為橋臺外側支座連線；當跨中橋墩全部支座位于橋臺外側支座連線外側時，傾覆軸線取為一橋臺外側支座和跨中橋墩支座連線。彎橋主梁在活荷載作用下的抗傾覆系數為：

該聯半徑較大，較有可能出現傾覆問題。選取固結墩中心和橋臺外側支座的連線為傾覆軸線，這樣可以使傾覆軸線與加載車道圍成的面積Ω較大，盡量計算出最不利情況的傾覆系數。實際情況存在固結墩，可以提供抗傾覆力，實際的抗傾覆系數應該更高。

根據圖4.1中布置車道，最后量取Ω、Xi和e值。

圖4.1 匝道橋傾覆軸線確定示意

4.2 抗傾覆計算結果

結構成橋狀態的支座反力由Midas Civil模型中提取，外側支座和固結墩的支反力不考慮。結構在成橋狀態（包括二期恒載）的基頻為 3.16Hz，其沖擊系數計算μ為0.046。

計算結果如表4.1所示。

表4.1 某匝道抗傾覆驗算結果

1 3596.6 0.18 647.39 2 3500.2 0 0.00 3-1 1930 9.13 17620.90 3-2 1589.6 7.29 11588.18 4-1 222.7 26.05 5801.34 4-2 352.8 20.11 7094.81 4-3 455.3 15.74 7166.42 qk Ω Pke Ssk10.587.2645363.12.482157.415.253.1986181.550.2880.31

經表驗算，匝道的抗傾覆系數達到了10.47＞2.5，滿足規范要求。

但是為防止此類匝道橋梁在上部結構發生橫向傾覆或斷裂前，其下部機構就已經發生破壞，為此，對該匝道橋的主梁、橋墩蓋梁、橋墩、承臺、樁基等構件的實際承載能力進行計算，通過計算，發現橋墩蓋梁在傾覆荷載作用下承載能力不滿足要求。

根據驗算結果，應對橋墩蓋梁和橋墩承臺進行加固，使其承載能力提高到與其他構件相當的水平，避免蓋梁在上部結構發生橫向傾覆或斷裂前就已經破壞。

5 加固方案

5.1 加固設計目標

本次抗傾覆穩定性加固的設計目標為：根據上一節所示的驗算結果，對該匝道3#獨柱墩蓋梁進行抗傾覆加固，使其承載能力安全系數提高到1.5以上，裂縫寬度小于0.15mm，避免蓋梁在上部結構發生橫向傾覆或斷裂前就已經破壞。

5.2 加固設計方案

本次抗傾覆穩定性加固方案定為在3#墩的橋墩樁基正上方，采用在承臺上鉆孔植筋方式，重新增設兩個直徑為1.2m的新橋墩，采用增加截面法增大原橋墩蓋梁，將支座中心移動到與橋墩盡量對齊，達到混凝土強度后廢棄原橋墩。

具體處治方法如下：

1）開挖B3#墩至原樁基承臺頂面，清洗墩身表面泥土和灰塵。

2）在承臺頂面鉆孔植筋。

3）立模，涂刷界面劑，澆筑墩身C30微膨脹混凝土。

4）搭設支架，在蓋梁底面和側面植筋，采用增大截面法加固橋墩蓋梁，與新增橋墩頂部節段同時澆筑。

5）拆除模板、支架。

本加固方案有著結構傳力方式清晰，能夠利用現有樁基，施工較為方便并且工程造價較為。缺點是：加固后會一定程度上影響橋梁的外觀。

6 結束語

外形輕巧、美觀的整體板(箱)梁配以獨柱式橋墩已廣泛應用于城市立交橋、高速公路互通立交匝道橋中，其較差的抗扭性能常造成變形過大，出現裂縫等問題，固結橋墩的設置極大的減小了全橋扭矩峰，本文通過對依托工程的分析計算，發現了在上部結構滿足規范要求的情況下，下部結構穩定性安全而不能得到保障，并且針對此類情況，提出了一套較為合理的加固方案，為類似工程提供借鑒之處。

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TU7

B

1007-6344（2017）02-0115-01

洪一樽（1992.9-），男，貴州遵義人，重慶交通大學土木工程學院2014級碩士研究生，橋梁工程專業，研究方向：大跨徑橋梁設計（重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074）