獨柱墩橋梁抗傾覆加固技術應用

■陳 針

（福建新路達交通建設監理有限公司，南平 353000）

1 工程概況

漳灣互通AB 匝道橋位于沈海高速公路福寧段， 于2002 年建成通車。 橋梁中心樁號K1974+827，左幅橋梁全長216.35 m，右幅橋梁全長215.85 m。橋寬7.75 m，橋梁上部結構采用單箱單室現澆預應力混凝土連續箱梁， 支座類型為盆式橡膠支座，橋面鋪裝為瀝青混凝土，橋墩均為獨柱墩，樁基為單排樁，橋臺為肋式臺（橋梁平面布置見圖1），本橋設計荷載為汽車－超20 級，掛車－120 級。

圖1 橋梁平面布置圖

2 抗傾覆驗算分析

本項目獨柱墩橋梁左幅橋梁橋跨組合 （26.8+2×29+37+3×29）m，全長216.35 m；右幅橋梁橋跨組合（3×29+37+2×29+26.8）m，全長215.85 m，為現澆預應力混凝土單箱單室直腹板連續箱梁，橋寬為：防撞護欄0.5 m+行車道6.75 m+防撞護欄0.5 m，箱梁高1.8 m、頂板寬度7.75 m、底板寬度4.15 m，兩側翼緣板懸臂長度共3.6 m。

依據JTG 3362-2018 《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》[1]對本項目獨柱墩橋梁進行抗傾覆驗算。 橋梁荷載按車輛荷載公路-I 級、偏載按單車道偏載工況進行計算（偏載布置圖2）。 通過驗算匝道橋左、右幅單車道偏載時抗傾覆穩定系數kqf分別為0.74、0.75（表1、表2），發現驗算結果不符合設計規范抗傾覆穩定系數≥2.5 的要求[2]。 根據抗傾覆驗算結果及定期檢查結果都表明本項目獨柱墩橋梁存在安全隱患，為了改善橋梁的安全性能，消除潛在的安全隱患，需要對漳灣互通AB 匝道橋進行抗傾覆加固處理。

圖2 偏載布置圖

表1 左幅第一聯結構抗傾覆驗算

表2 右幅第一聯結構抗傾覆驗算

3 加固原理

本項目獨柱墩橋梁的橫向支撐系統是僅由一單支座支撐， 橋梁在嚴重橫向偏心荷載作用下，截面的承載力易超過極限，加上獨柱墩橋梁抗傾覆穩定性的先天缺點， 導致橋梁上部結構處于失穩狀態，存在潛在安全隱患。

獨柱墩橋梁抗傾覆性能的加強主要是以加強獨柱墩橋梁的下部結構支撐能力來實現，通過增加側向支撐點數量將原來的單點支撐調整為橫向三點支撐，來改善橋梁結構橫向穩定性及抗傾覆性能力。本項目獨柱墩橋梁均無蓋梁，適合采用新增鋼結構蓋梁加支座和增設抗拉裝置的方案進行加固[3]。

（1）新增鋼結構蓋梁加支座的方案是采用在獨柱墩墩頂位置新增加鋼結構蓋梁， 在漳灣互通AB匝道橋1#、3#、4#、5#、6# 獨柱墩的單支撐橫向兩側各增設一個豎向支撐點，保留原橋支座，使其承擔原橋恒載， 活載由原支座及兩側新增支座共同承擔，形成各獨柱墩三支點支撐[4]。 當橋梁存在傾覆趨勢時，原獨柱墩位置將會出現“原支座、與傾覆車輛同側新增支座”共同抵抗傾覆的現象，在最不利布載狀態下，加固后橋梁支座不脫空，從而提高原橋抗傾覆穩定性系數，改善橋梁抗傾覆穩定性能（圖3），新增支座最小效應值驗算結果見表3。

圖3 新增鋼結構蓋梁加支座示意圖

表3 新增支座最小效應值驗算結果

（2）增設抗拉裝置的方案是采用在聯端邊墩設置抗拉裝置， 防止因支座脫空而改變結構體系，改善橫向抗傾覆性能[5]（圖4）。

圖4 新增鋼拉桿示意圖

4 抗傾覆加固技術方案

施工前期進行圍擋封閉施工，然后對封閉區域內的障礙物和綠植進行移除作業，障礙物清理完成后對施工部位進行支架搭設并開始本項目鋼結構蓋梁施工，依次進行中橫梁底粘貼鋼板、新增鋼結構蓋梁及支座安裝、柱底加固（原地面需進行開挖使承臺外露）、新增鋼拉桿、聯端支座更換、裂縫等缺陷修復，具體流程見圖5。

圖5 施工流程圖

4.1 鋼蓋梁安裝

4.1.1 鋼結構蓋梁的制作及加工

工廠對鋼結構蓋梁進行加工制作，鋼結構蓋梁螺栓孔按照現場獨柱墩錨栓孔放樣位置進行加工，蓋梁使用Q355NHC 鋼板進行制作， 同時做防腐涂裝處理。

4.1.2 現場安裝

（1）界面處置。 采用氣動鑿毛機對鋼結構蓋梁安裝范圍內的混凝土表面進行鑿毛，混凝土粘接表面應粗糙、密實、無松動，待表面完全干燥后采用脫脂棉沾丙酮清潔。

（2）錨栓孔施工。 ①定位：根據原設計圖紙對錨栓位置進行精確定位。 ②鉆孔：根據錨栓設計要求，孔徑為Φ20～37 mm，有效埋深大于10 倍錨栓直徑，鉆孔過程中始終要保證鉆孔位垂直于混凝土表面，同時其孔位軸線要與墩柱中心軸線相交（圖6），鋼蓋梁錨栓孔直徑可適當放大，做成橢圓形，便于安裝蓋梁時位置調整；鉆孔避開梁底主筋位置防止損傷原結構鋼筋。 ③清孔：成孔后采用高壓空氣吹除孔洞內的粉塵及雜物，對孔壁上的浮塵使用毛刷刷除，最后再用高壓空氣對孔洞進行二次清潔，確保孔洞內壁和結構物表面無粉塵。 ④孔壁干燥：孔壁潮濕采用電熱干燥，孔壁有油污可用丙酮進行清潔干燥處理。

圖6 鋼蓋梁鉆孔點位示意圖

（3）安裝鋼結構蓋梁。 在環境干燥情況下方可進行鋼結構蓋梁的安裝和鋼板粘貼： ①將錨栓植入栓孔，初步固定于既定位置；②吊裝構件單側各安裝4 個手拉葫蘆將左右2 塊鋼蓋梁半構件同步吊裝至預定位置，將錨栓與柱式“鋼抱箍”用螺母緊固，并焊接為一個整體；③對鋼蓋梁抱箍鋼板四周密封采用封邊膠進行密封，同時預留出排氣孔；④注漿嘴黏貼于鋼板低端處， 注漿嘴黏貼后需進行通氣試漏檢查， 合格后再以不小于0.1 MPa 的壓力壓入膠粘劑，維持10 min 以上，待排氣孔涌出漿液后采用封邊膠進行封堵， 保證膠粘劑飽滿填充（圖7）。

圖7 鋼結構蓋梁安裝

（4）鋼板表面防腐處理。 檢驗粘鋼膠固化密實效果合格后，拆除注漿嘴和排氣管，清潔鋼板表面。鋼結構蓋梁安裝完成后，對外露鋼板需要作防腐處理，提高外露構件的防腐等級。

4.2 墊石和支座安裝

4.2.1 施工工藝流程

混凝土基面處理→定制并焊接鋼構件→支座墊石施工→梁底楔形塊調平鋼板及支座的安裝→填充環氧砂漿→配制結構膠→封邊及安裝注漿嘴→下鋼板灌注水泥基灌漿料→鋼板表面防腐處理。 墊石及支座安裝示意見圖（圖8）。

圖8 新增支座及墊石安裝

4.2.2 控制要求

（1）施工時應精確測量新增支座處總支承高度，安裝支座下鋼底座及支座后，通過上鋼板及楔形塊填充環氧砂漿適應梁底橫坡及剩余間隙高度；（2）支座頂面必須水平設置，上鋼板施工前需對原主梁橫坡、縱坡精確測量，保證鋼板水平；（3）上鋼板錨栓錨固長度應大于10 d，支座上鋼板的M12 螺母，用于調整楔形塊高度，消除支座系統間隙；（4）選擇在路面交通量小的時段對鋼板進行灌注粘貼，以避免震動對鋼板粘結效果的影響；（5）在結構膠達到強度前避免擾動鋼板及保持鋼板的整潔；（6）對外露鋼板應作防腐涂裝，提高外漏構件的防腐等級。

4.3 中橫梁加固

維修處治后獨柱墩處的單點支撐變成了3 點支撐，為改善新增支座引起的中橫梁底板局部應力集中，在中橫梁底板粘貼鋼板進行加固：在中橫梁范圍內，沿橫向在底板對稱粘貼2 條8 mm 厚Q355NHC鋼板。

4.4 防傾覆拉桿裝置安裝

聯端拉桿裝置的上部錨固在主梁側面，下部錨固在蓋梁側面， 錨栓孔鉆孔前需探明主梁主筋位置，孔位應避讓主梁鋼筋，并保證孔道順直。 拉桿各構件采用現場焊接，拉桿長度及其具體放置位置在設計（圖9）的基礎上根據現場實際情況調整。 拉桿裝置施工前，對混凝土表面進行處理，制作前仔細測量上下錨固裝置的距離， 錨固裝置可適當調節，使拉桿緊繃受力。

圖9 拉桿裝置安裝

5 加固成效

漳灣互通AB 匝道橋通過加固施工后， 經驗算左、 右幅橫橋向抗傾覆穩定性系數分別為7.3、7.2，均滿足規范要求（表4）。

表4 獨柱墩橋梁加固成效分析

6 結語

經加固后的獨柱墩匝道橋目前運營狀況良好，結果表明采用新增鋼結構蓋梁加支座和增設抗拉裝置方法對獨柱墩加固，可大大提高橋梁抗傾覆穩定安全系數，同時可節省施工空間，對路面交通和周圍環境的影響小， 對今后類似工程施工提供參考，具有較大的意義。