獨柱墩連續梁橋抗傾覆安全評價及加固設計

喬星昇

摘 要：在交通事業不斷發展的過程中，獨柱墩因其占地面積小、橋下視野開闊好以及結構外觀簡潔等優勢得到廣泛應用。在已建成的多跨連續梁結構形式中，中墩多以獨柱墩、單支座為主。這種結構形式具有橫向抗扭支承不足的“先天缺陷”，同時，貨車超載、運營管理不到位等也成為了橋梁橫向失穩的重要因素。近期，獨柱墩連續梁橋的傾覆事故頻發，造成了極大的社會影響，本文以工程實際為案例，進行理論分析及驗算，并提出加固方案。

關鍵詞：獨柱墩連續梁橋;抗傾覆安全評價;加固設計

在“交通強國”戰略的指引下，我國交通事業突飛猛進，橋梁工程作為交通事業的關鍵節點，也得到較快發展。在橋梁建設過程中，獨柱墩因其占地面積小、橋下視野開闊好、結構外觀簡潔以及造價相對較低等優勢得到廣泛應用。在已建成的多跨連續梁結構形式中，中墩多以獨柱墩、單支座為主。這種結構形式具有橫向抗扭支承不足的“先天缺陷”，實際運營中又免不了有貨車超載的情況發生，這就導致了橋梁傾覆事故時有發生?？v觀近些年國內發生的橋梁傾覆事故，大多數具有相同的特點：結構形式為獨柱墩連續梁，并且中墩為單支座。此類橋梁多建于2018年以前。2018年以前《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362-2018）還未施行，其余規范沒有完善的橋梁抗傾覆驗算理論，所以橋梁抗傾覆性能驗算容易成為被忽視的因素，這也給橋梁傾覆問題埋下了巨大隱患。

1 工程案例

本文列舉的獨柱墩橋梁位于南方某處的高速公路，為4孔1聯的形式，橋梁跨徑組合為25 m+20 m+20 m+25 m，梁高處于1.23 m～1.315 m的區間中，單面橫坡2%左右，幅橋寬分別是6.85 m，下部結構形式為獨柱墩，鉆孔灌注樁基礎。

2 結構驗算

依據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362-2018）中的橋梁抗傾覆驗算理論，運營期間，在偏載作用下，獨柱墩、單支座無法給整聯橋梁提供足夠的抗扭支承，就會出現單向受壓支座脫空乃至整聯橋梁上部結構抗扭支承失效并出現梁體翻轉、滑移、支座擠出甚至橋墩斷裂的情況[1]。

2.1 計算持久工況下橋梁抗扭承載力

圍繞本文列舉的工程項目，按照規范要求計算橋梁的截面抗剪扭承載能力，橋梁剪力設計值Vd與轉矩設計值Td的最大值分別為2 817 kN、1 878 kN·m，同時二者的應允許值分別為32 160 kN、4 963 kN·m，上部結構的抗扭承載能力達到規范要求。

2.2 計算橋梁在偏載狀況中，上、下部結構的抗傾覆性能

橋梁上、下部結構在偏載作用下，其抗傾覆性能受到一定程度的影響，在車輛超載行駛的過程中，會對橋梁結構施加一定的壓力，獨墩柱可能出現變形與移位的情況，引發傾覆事故，此種情況較為常見。

支座是橋梁結構的重要構件，其質量將會直接影響到梁體結構的穩定性，計算支座反力，發現支座在公路—Ⅰ級荷載的條件下沒有出現脫空的問題。但當車輛出現超載并且偏載時，橋梁內側支座出現脫空問題，在該荷載條件下橋梁傾覆的概率會大幅度提升[2]。

3 加固設計方案

3.1 方案概述

在橋梁結構驗算中獨柱墩偏心承載力數值較低，獨柱墩在橋梁結構自身承載方面，也存在安全系數低的情況，由此致使橋梁存在一定的安全隱患。橋梁投入運營，需要保證橋梁不存在安全隱患，為了達到相關要求，在橋梁結構中，將三個獨柱墩橫橋向設置為雙支座，提高橋梁橫向穩定性。在相關設計下，擁有以下優點：（1）通過加固設計方式，提高獨柱墩抗傾覆穩定性，降低橋梁立柱在偏心受壓下出現危險狀況的概率，還可以規避橋梁立柱橫向彎矩值引發的問題;（2）在橫橋向設置雙支座，可以降低橋梁上部結構因傾覆力矩引發事故的概率。在加固設計方式下還可以有效的降低橋梁上部結構的傾覆力矩設計值;（3）控制上部結構傾覆力矩值，可以規避橋梁支座脫空問題[3]。

3.2 加固方案具體內容

在加固方案中設置支座，橋梁上部結構的穩定性在提升，獨柱墩出現結構損毀的概率也在不斷減小，可以提高橋梁結構的可靠性與安全性。但是為了更好的滿足大眾對橋梁的使用需求，從技術層面、經濟層面進行考量，給出下面的方案[4]。

考慮到橋梁結構在穩定性方面的需求，圍繞本文提出的高速橋梁工程項目，提出在原獨柱墩兩側各設置一個鋼管混凝土立柱，柱頂設置支座，為橋梁上部結構提供抗扭支承，從而加強橫向支承以提高橋梁結構抗傾覆性能。采用相應的加固方式，可以提高橋梁整體結構的可靠性與安全性。在鋼管混凝土立柱安設期間，考慮到橋墩承臺尺寸對橋梁結構穩定性形成的影響（工程的承臺尺寸大），所以將鋼管混凝土立柱安放在原結構承臺部位，在柱腳施工環節利用植筋的方法作業，在新方案下將原來的承臺與鋼管混凝土立柱緊密的連接在一起。

本次工程在鋼管立柱選擇方面，考慮到工程需要與經濟方面的限制，所以挑選直徑711 mm、壁厚13 mm的螺旋鋼管，為了進一步提高橋梁結構的整體性，讓鋼管立柱與承臺可以良好的連接在一起，在鋼管中設置植筋，同時選擇H型鋼，由此可以提高結構的可靠性。

4 結語

獨柱墩橋梁擁有占地面積小、結構可靠等優勢，與傳統橋梁相比綜合效益更高。在我國現代化建設期間，橋梁建設被大眾關注，在設計階段獨柱墩橋梁設計需要關注多方面內容，保證設計方式科學、合理，同時發現橋梁存在的安全隱患。面對獨柱墩、單支座橋梁沒有條件設置雙支座的問題，本文給出方案，在原獨柱墩兩側各設置一個鋼管混凝土立柱，柱頂設置支座，為橋梁上部結構提供抗扭支承，從而加強橫向支承以提高橋梁結構抗傾覆性能。

參考文獻：

[1]游科華.獨柱墩連續箱梁橋抗傾覆驗算和加固設計[J].城市道橋與防洪，2020（6）：82-84+90.

[2]劉鵬.獨柱墩曲線梁橋傾覆參數敏感性分析[J].工程建設，2020（4）：41-44.

[3]張愛民.獨柱墩橋梁縱向單車過橋限載研究[J].公路交通科技（應用技術版），2020（3）：151-155+174.

[4]楊洋.高速公路匝道橋獨柱墩加固的實施及評價[J].中國水運，2020（8）：128-129.