江西省高速公路獨柱墩橋梁橫向抗傾覆安全性評估

胡俊、涂帆

（1.江西省交通投資集團路網運營管理公司養護技術中心，江西南昌330038；2.江西省交通投資集團路網運營管理公司，江西南昌330038）

0 引言

獨柱墩橋梁有著占地面積小、橋下視野開闊和經濟性能好等優點[1]，在高速公路上跨橋和匝道橋上得到了廣泛的應用。但受制于獨柱墩墩頂橫向空間限制，主梁側向支撐系統僅有一個支點，結構抗傾覆能力較弱[2]。近年來，高速公路交通流量快速增長和重型車輛不斷增加，獨柱墩橋梁問題逐漸暴露：在偏心荷載作用下，結構易不穩定，傾覆穩定性的安全儲備不足，對于獨柱墩曲線橋，存在復雜的彎扭耦合作用，造成橋梁內外側支座反力重分布，內側支座易出現脫空[3]。

在對江西省高速公路獨柱墩橋梁進行調查后，發現存有364 座獨柱墩橋梁，主要分為主線上跨橋、支線上跨橋、匝道橋三類，其中匝道橋最多，支線上跨橋其次，主線上跨橋最少。

濟廣高速鷹瑞北段（K1142+619～K1354+333）全長311.7km，全路段共有獨柱墩橋梁13 座（其中一座無圖紙），考慮到鷹瑞北段交通流量大，一旦發生傾覆事故將造成危害嚴重，且本路段獨柱墩橋梁類型全面，覆蓋主線上跨橋、支線上跨橋和匝道橋，在結構也與江西省內高速公路獨柱墩橋梁結構類型相似，因此本文選取濟廣高速鷹瑞北段獨柱墩橋梁進行安全性能評估，為該路段獨柱墩橋梁后期加固提供幫助，也為江西省高速公路獨柱墩橋梁結構驗算和安全性能評估提供參考。濟廣高速鷹瑞北段12 座獨柱墩橋梁信息詳見表1，并根據橋梁跨徑將其分為8 種類型，支線上跨重田大橋因缺失圖紙不在本次評估范圍內。

表1 濟廣高速鷹瑞北段獨柱墩橋梁統計

1 專項檢查

專項檢查對象為與橋梁結構抗傾覆穩定相關的病害，包含主梁、橋墩、支座和防落梁設施等。依據《公路危舊橋梁排查和改造技術要求》中對嚴重病害的描述，在對12 座橋梁進行現場檢查后，K1299+219上跨胡竹天橋2#橋墩存在明顯傾斜，其余橋梁均未發現主梁、橋墩、支座和防落梁設施等部件存在與橋梁結構抗傾覆穩定相關的嚴重病害。

2 結構驗算

根據對以往獨柱墩橋梁事故分析，常規檢查檢測并不能排除獨柱墩安全隱患，需進行進一步結構驗算，從而判斷橋梁是否存在傾覆的風險。對于支座支撐橋梁，按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362—2018）4.1.8 條第1、第2 款規定開展支座脫壓驗算、橫橋向抗傾覆穩定性系數驗算。支座脫壓驗算不滿足要求的，還應對支承反力分布后的蓋梁、墩柱等構件進行承載能力極限狀態驗算，基礎（地基）和支座等進行承載力驗算。

其一，在作用基本組合下，單向受壓支座始終保持受壓狀態。

其二，按作用標準值進行組合時，整體式截面連續箱梁橋的作用效應符合下式要求：

式（1）中：kqf——橫橋向抗傾覆性穩定系數，取2.5；

∑Sbk,i——使上部結構穩定的效應設計值；

∑Ssk,i——使上部結構失穩的效應設計值。

對于墩梁固結橋梁：除進行支座脫壓驗算外，還應進行固結墩的墩頂、墩底、墩身截面尺寸與配筋變化處等控制截面的承載能力極限狀態驗算，基礎（地基）和支座等的承載力驗算。

通過Midas/civil 建立8 種橋型的空間桿系有限元模型，通過約束節點模擬支座布置，其中橋型3 模型如圖2所示。

圖2 橋型3 結構驗算模型

1 至7 進行脫壓驗算和橫橋向抗傾覆穩定性系數驗算結果如表3所示，可以看出，存在墩梁固結結構的匝道橋支座脫壓和橫向穩定性均好于上跨橋，墩梁固結能夠增強全橋抗扭能力和整體性[4]。8 種橋型中只有3 種橋型同時滿足脫壓驗算和橫橋向抗傾覆穩定性系數驗算，但橋型2 和橋型4 存在連續3 座橋墩均為獨柱墩，穩定系數小于橋型6，橋型6 的穩定性系最高。

表3 脫壓驗算和穩定性驗算

對橋型2 至6 的固結墩控制截面進行承載能力驗算，結果如表4所示，最大彎矩均小于彎矩承載力，最大軸力均小于軸向承載力，橋墩抗壓能力和抗彎能力均滿足要求。

表4 固結墩控制截面承載能力驗算

3 安全評估

根據《公路危舊橋梁排查和改造技術要求》獨柱橫向抗傾覆安全性評估原則：一是直接評為較大安全風險；二是不存在較大安全風險的情況下，對于專項調查無嚴重病害和滿足結構驗算下，為無安全風險；在滿足穩定系數下，支座驗算和無嚴重病害滿足一項，為一般安全風險；其余為較大安全風險。綜上所述，當上跨天橋1183+390 等9 座獨柱墩橋梁抗傾覆穩定系數小于2.5 時，抗傾覆風險較大；高田互通D 匝道橋和E 匝道橋專項調查和結構驗算均滿足，但存在連續3 座橋墩為獨柱墩的情況，在超載嚴重情況下，仍存在一定的抗傾覆風險；只有高田互通B 匝道橋（第二聯）滿足所有條件，才可判斷為無傾覆風險。

4 結論

本文對江西省高速公路獨柱墩橋梁進行了調查，并選取濟廣高速鷹瑞北段獨柱墩橋梁開展橫向傾覆安全性能評估，得到以下結論：

其一，從專項調查和結構驗算來看，濟廣高速鷹瑞段12 座獨柱墩橋梁中，只有3 座獨柱墩橋梁滿足要求，考慮連續獨柱墩影響，只有1 座獨柱墩橋梁無風險。大部分橋梁橫向傾覆安全性較大，需采取對應的改造措施提高抗傾覆能力；

其二，存在墩梁固結結構的獨柱墩匝道橋抗傾覆能力好于上跨橋；獨柱墩聯中，連續的獨柱墩會降低整聯抗傾覆能力。

其三，江西省內高速公路獨柱墩橋梁抗傾覆安全性能評估中，應重點關注上跨橋和存在連續獨柱墩的橋梁。