一類獨柱墩跨線橋安全提升改造關鍵技術

梁彧，竇勇芝

（1.柳州市市政設施維護管理處，廣西 柳州 545005；2.柳州歐維姆結構檢測技術有限公司，廣西 柳州 545005）

1 引言

當前，一類獨柱墩跨線橋由于橋面超載車列偏載行進，對整個橋梁支撐體系形成較不利傾覆效應，當自身抗傾覆效應小于傾覆效應時，造成橋面傾覆坍塌事故。橋梁規范對此類獨柱墩橋做出須進行安全提升改造的要求[1-6]。一種改造設計方法為通過在獨柱墩頂增設蓋梁，將單支承改為多支承體系，加強結構抗扭轉變形能力，以滿足抗傾覆要求。本文結合一類獨柱墩跨線橋安全提升改造關鍵技術做了進一步研究，主要解決如下工程難點：如何結合該類跨線橋結構特點及梁下空間，設計增設蓋梁，將單支座支承改為多支座支承體系。工程實踐表明設計合理，施工安全可行，實現了該類橋型獨柱墩安全提升改造。

2 工程概況

某跨線橋全長86.06 m，橋面總寬8.5 m，跨徑組合為4×20 m。上部構造采用4×20 m鋼筋混凝土現澆連續箱梁，下部構造橋墩采用獨柱式墩，橋臺采用肋板式臺，全橋均采用樁基礎。橋型布置立面如圖1所示。

3 設計關鍵技術

經現場踏勘測量，跨線橋下部構造1#~3#墩均為直徑1.2 m獨柱墩，直徑1.5 m樁基礎。墩頂設置單個板式橡膠支座，梁底至墩頂高度為0.25 m。

經驗算，1#~3#橋墩和樁基礎強度在滿足加固要求的前提下，考慮在墩頂增設蓋梁構造，將中墩單支座支承改為多支承體系，以加強上部整體結構抗扭轉變形能力，提升抗傾覆安全性。

采取2種增設蓋梁構造方案進行比選。第一種方案為增設鋼筋混凝土蓋梁構造方案。采用現場植筋、綁扎鋼筋、現場澆筑混凝土。參照原設計圖，原墩柱鋼筋配置較密集，植筋數量較多難以避開鋼筋主筋位置，鋼筋骨架就位及綁扎難度大，混凝土振搗效果較差，尤其是距梁底作業操作空間有限，難以振搗密實，且鋼筋混凝土蓋梁自重較大，對樁基既有承載力影響較大。另外，鋼筋混凝土蓋梁與既有墩柱之間新舊混凝土結合面難以保證結合密實性。第二種方案為增設鋼蓋梁構造方案。采用在預制廠加工成型兩半式鋼蓋梁結構，運至現場進行裝配式拼裝，用高強螺栓進行鋼結構拼接縫位置連接定位固定，并現場焊接兩半式鋼蓋梁拼接縫，使得兩半式鋼蓋梁成整體，同時植入化學錨栓連接鋼蓋梁與原墩柱，在鋼蓋梁與混凝土立柱結合面處壓注膠黏劑，以確保鋼蓋梁與圓墩柱共同參與受力。第二種方案鋼蓋梁構造自重較輕，對樁基承載力影響較小，施工速度快。經上述方案綜合比較，采用第二種增設鋼蓋梁構造方案。

采用新增鋼蓋梁構造加固方案，同時在原單支座各一側的蓋梁頂面新增支座，加固后新設的支承點作用在既有墩柱各一側，增設支座處的支承反力使得既有墩柱截面的附加彎矩值增大。橋墩墩柱在偏心力作用下墩底截面極限承載力不滿足現行規范要求，需要進行橋墩加固，本次采用墩柱增大截面加固方式，即在原墩柱外包0.1 m厚鋼筋混凝土構造，如圖2所示。

1#、3#橋墩墩柱增大截面外包0.1 m厚鋼筋混凝土構造，加固后墩柱直徑為1.4 m，同時既有墩柱頂設置鋼結構蓋梁構造，并在原板式橡膠支座外側1 m分別增設1個輔助板式橡膠支座，新增輔助板式橡膠支座在恒載作用下不參與受力，僅承受活載作用，原獨柱墩墩頂橡膠支座為主要受力支座。

利用有限元軟件空間建模計算，上部構造箱梁、下部構造墩柱、增設蓋梁均采用梁單元，箱梁材質為C50，增設蓋梁材質為Q345，墩柱材質為C40，各支座支承與主梁連接采取彈性連接，輸入支座支承彈性剛度，各墩柱底部按固定邊界條件設置。

經過驗算，基本組合考慮汽車活載最不利分布位置，活載分項系數取1.4。1#墩、3#墩增設支座后，基本組合作用下，支座最小反力為584 kN，所有支座始終處于受壓狀態；標準組合下，該橋橫橋向抗傾覆穩定性系數最小取5.64，大于2.5，滿足JTG 3362—2018《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》要求。

圖1 橋型布置立面

圖2 增設鋼蓋梁（單位：cm）

4 施工關鍵技術

4.1 外包墩柱加固施工

1）為加強新舊混凝土結構結合的緊密性，按設計尺寸放樣，在放樣范圍內原墩柱表面鑿毛，鑿毛深度控制不小于6 mm，直至露出混凝土新鮮基面。用高壓水沖洗基面干凈。澆筑新混凝土前，舊混凝土表面必須保持干燥狀態，應清除干凈混凝土表面的附著物、油污等。墩柱鋼筋外露時應在鋼筋表面均勻涂刷阻銹劑。

2）墩柱植筋前采用鋼筋探測儀探明既有墩柱鋼筋實際位置，復核放樣植筋位置，避免鉆孔損傷墩柱受力主筋；復核植筋位置與原結構鋼筋相沖突時，適當調整植筋鉆孔位置，確保植筋鉆孔一次成型。

3）按設計的鉆孔直徑垂直墩柱表面鉆孔，鉆孔深度與植筋埋設深度相同，鉆孔位置孔道應順直。

4）待鉆孔成型，用鋼絲刷對孔內粉塵清除，利用空氣壓縮機將孔內粉塵吹出孔外，通過干凈棉布蘸取酒精對孔內重新擦拭至孔壁無灰塵。

5）將植筋膠填充入孔內，鋼筋旋入孔內，進行鋼筋植入，并在植筋膠固化前減少對鋼筋擾動。為減小對原結構截面的損傷削弱，植筋工序不能在墩柱全部鉆孔完成后再進行，應將墩柱分區分批進行鉆孔及植筋。

6）涂刷混凝土界面劑。界面劑按產品配合比攪拌配制完成后，需盡快涂刷施工。將攪拌配制好的界面劑用刷子涂刷在干燥狀態的經表面鑿毛處理的舊混凝土表面上，全部覆蓋舊混凝土，且不能漏涂。若增設綁扎鋼筋較密集，可使用空氣壓縮機和噴涂機及噴槍來噴涂作業，界面劑噴涂應均勻，滿布于墩柱噴涂面。涂敷一層后，應讓界面劑滲入混凝土，待涂膜指觸干燥后，再涂敷第二層和第三層。

7）澆筑外包混凝土：現場鋼筋骨架綁扎完成后，按照外包混凝土輪廓立模板，模板采用成品圓形木模板，并設置可靠支撐，然后澆筑自密實混凝土。澆筑時注意自密實混凝土的配合比，加強鋼筋密集部位的二次振搗，確?；炷撩軐?，避免孔洞及麻面的發生。

8）混凝土養護：澆筑完成后應加強養護，并覆蓋土工布保溫保濕。

4.2 鋼蓋梁預制加工

鋼蓋梁制作前，應現場核查墩柱尺寸，需根據墩柱實際尺寸調整鋼套筒直徑，保證鋼套筒內側與墩柱混凝土之間的灌膠間隙不大于9 mm，同時應保證安裝后，兩片鋼蓋梁半結構之間留有縫隙，以利于拼接螺栓及螺栓擰緊時產生預應力。在工廠預制鋼構件和涂裝，注意鋼混結合面不涂裝；測量墩柱與箱梁的相對位置，確定鋼蓋梁上支座組合高度，支座中心與梁底高度是根據原設計縱、橫坡度計算得出，如實際縱、橫坡度與原設計有出入，可根據實際縱、橫坡度計算，調節梁底調平塊高度。同時注意預埋支座限位裝置螺栓及套筒。

鋼構件在工廠內下料、切割、刨邊、焊接和矯正，在工廠分節段預制。鋼構件節段出廠前，應在廠內立體試拼裝。試拼裝達到精度要求后，方可運至工地施工支架上拼裝。運輸時不宜將鋼構件直接接觸，以避免導致局部塑性變形及損壞涂裝，所有運輸過程起吊時只能利用臨時吊點。鋼構件在運輸過程中應防止傾倒、碰撞。支點要平穩、多點、可靠，要采取可靠措施防止意外和碰損。

4.3 鋼蓋梁安裝

（1）安裝鋼蓋梁前，需對墩柱頂部與蓋梁接觸部分混凝土面清理、找平，使之露出新面。（2）在墩柱上進行錨栓孔定位、鉆孔、清孔；所有錨栓孔開孔完畢后，方可在鋼蓋梁相應位置進行開孔。（3）鋼混結合面除銹后，安裝鋼蓋梁，緊固鋼套筒兩側螺栓。（4）安裝錨栓，擰緊，單個錨栓安裝扭矩為300 N·m。（5）鋼蓋梁半結構在現場焊接為一體。（6）對鋼混結合面進行壓力灌漿。（7）螺帽涂抹膠黏劑，并罩上半球形裝飾蓋。（8）按設計要求安裝梁底調平塊，調整調平鋼板上側螺母，保證新增支座與調平鋼板密貼。（9）鋼結構現場安裝完成后，對鋼板外表面局部破損位置按設計防腐體系進行修補，最后全結構（含外露螺栓部分）涂刷面漆，以利美觀。面漆顏色建議采用與混凝土顏色一致或相近的顏色。

5 結論

本工程研究了如何增設鋼蓋梁及支座，將原獨柱墩單支承改造成多支承體系，以原支座受力為主，加強結構抗扭轉變形能力，以滿足抗傾覆要求。同時通過外包鋼筋混凝土增大原墩柱墩截面，滿足在偏心受壓作用下橋墩墩底截面極限承載力要求，實現獨柱墩安全提升改造。該獨柱墩安全提升改造施工周期短，對其既有跨越道路交通影響較小，費用成本較經濟，對同類獨柱墩安全提升改造工程具有可借鑒性。