现浇箱梁独柱墩加固措施与应用

贺振阳

【摘要】在桥梁修建过程中，现浇箱梁的应用越来越广泛，其中独柱墩作为支撑现浇箱梁结构的下部基础形式，也拥有了成熟的施工技术与理论支持。由于独柱墩自身的受力缺陷，超载车、重车对独柱墩桥梁的影响等因素，桥梁往往会发生倾覆性的破坏。针对这种破坏形式，本文提出了现浇箱梁独柱墩加固的措施与相应的验算过程，为以后类似工程的实施提供了有力可靠的支持。

【关键词】独柱墩；钢管墩柱；验算；安装

引言

在高速公路与城市立交建设中通常都要涉及到互通立交形式，其中匝道桥梁部分通常都会采用独柱墩构造形式，这是由于独柱墩构造形式具有美化截面，压缩空间等优点。但同时该种结构形式也具有很多缺点，例如截面下缘存在曲线，墩顶窄，墩顶支座布置横向小等，当汽车荷载出现偏载时，就会出现倾覆性破坏，为了防止这种现象的出现就需要对独柱墩结构采取一定措施进行加固。

1现浇箱梁独柱墩结构形式验算

1.1假定桥梁概况

假定桥梁交叉角度为90°，全长132米，跨径为5x25米。现浇箱梁所在平面线形半徑R=800米，桥梁整体纵坡为-0.2%，桥面宽度为：2x0.5m防撞护栏+10.25m行车道。现浇箱梁为预应力混凝土连续箱梁，截面形式为单箱双室。现浇箱梁顶宽11.25米，梁高1.5米，悬臂长度为2米，箱梁底板宽度为7.25米。下部结构形式为独柱墩。其中2#、3#桥墩与主梁固结，1#、4#桥墩设单支座，采用独柱式桥墩。桥梁结构形式如图1-1所示

图1-1 独柱墩桥梁结构图

1.2 独柱墩结构验算

采用空间有限元软件midas civil 2011对独柱墩桥梁结构进行验算，建立模型的方法采用梁格法。建立模型时，顺桥方向作为水平X轴，定义横桥向为Y轴，梁高方向为Z轴，以此来建立坐标系统。建立模型时，要考虑桥梁自身横 、纵坡度的影响效应，同时对于处在曲线上的独柱墩，并没考虑平曲线外侧的预偏效应。所建立计算模型的尺寸均按假设桥梁的尺寸进行布设，计算模型如图1-2所示。

图1-2 计算模型图

抗倾覆验算荷载标准如下：

根据类似工程并结合道路实际情况，防倾覆验算采用特殊车辆布载进行布载验算。通过调查近几年公路运行车辆，从中选取了最有代表性的载重车辆最为荷载，进行偏载计算。定义该车载总重为165吨，横向轴距为1.8米，纵向两车前后轮距为5米，布载形式为全桥偏载，共布置4辆该载重车，形成一列车队，进行偏载计算，荷载按图1-3、图1-4形式进行布置。

图1-3 横向加载示意图

图1-4 纵向加载示意图

在该车辆荷载作用下，通过对结构进行验算，计算得出支座最大、最小反力如图1-5、图1-6所示。

图1-6 支座最小反力图

由以上结果可以得出，独柱墩支座最大反力并没有出现负值，但是最小反力则出现了负值，因此该组合荷载作用下独柱墩桥梁会发生倾覆。

通过以上计算，可以看出当该桥处在该特种荷载的偏载作用下时，桥台的边支座会出现脱空，从而发生倾覆性破坏，导致桥梁出现坍塌。因此需要加大桥梁横向抗倾覆能力的安全储备，对该桥进行加固改造，同时亦应限制大吨位超载车在桥上行驶。

1.3加固方案

针对以上验算结果，拟定以下加固方案：现浇箱梁独柱墩结构形式改造为三柱墩，增加两根辅助墩柱。辅助墩柱采用直径为50厘米的钢管墩柱，辅助墩柱主要分担主墩结构的活载作用。辅助墩柱与主墩之间采取钢结构横向连接，墩顶与梁底之间放置板式橡胶支座。为防止河水侵蚀，在河道边进行浆砌防护，钢管墩柱布置如图1-7、图1-8所示。

图1-7 2#、3#独柱墩加固方案示意图

图1-8 1#、4#独柱墩加固方案示意图

1.4 对该加固方案的验算

针对上述提出的加固方案，采用空间有限元软件midas civil 2011对加固结构进行相关验算。

通过对现浇箱梁进行计算得出以下计算结果，计算结果如下表1-1所示。

图1-9 支座最大反力图

图1-10 支座最小反力图

由以上结果可以得出，支座最大、最小反力并没有出现负值，因此该加固结构实施后，桥梁不会发生倾覆。

2 独柱墩加固措施

2.1钢管柱安装

钢管柱结构的施工与验收都要遵循国家现行技术标准《钢结构施工质量验收规范》GB50205-2001和《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002等规范。钢管柱结构的制作企业与安装施工单位都必须具备相应资质。当工程施工时，要把以下几点做为准则：

①钢管柱施工放样完毕后，要对钢管柱安装处的现浇梁底板与下部承台之间垂直距离进行测量，同时要测量钢管柱安装完成后钢管顶盖板与现浇梁底板之间的距离，对以上测量的要求精度为毫米。得出的测量数据可作为钢管柱的外套钢管的依据。

②钢管结构制作完毕后，要保证其内部没有杂物，内部表面要干燥洁净，如果出现锈蚀、油污等，要及时清理，并且在钢管柱存放期间要采取相应措施进行保护，防止出现内部锈蚀。钢管柱内混凝土的浇筑要等到钢管安装完毕且验收通过后在进行，如果先行浇筑混凝土，一方面会损坏钢管，另一方面当进行适当调整时，难度也会加大。

③如果直接采用的无缝钢管和焊接钢管，必须保证产品质量。焊缝应该为坡口熔透焊缝，其尺寸要遵循《气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口》GB/T985.1-2008和《埋弧焊的推荐坡口》GB/T985.2-2008的规定。如果有需要边缘加工的零件，应当采用自动切割、半自动切割、坡口机、创边机等方法进行，并采用样板控制坡口角度和尺寸。

④首先应当对每个零部件进行检查，检查通过合格后，在进行钢管构件的安装。安装构件时，允许存在偏差，但偏差必须在相关规定要求范围以内。钢管构件的焊接以及其他焊接环节，都要遵循相关工艺要求的焊接方法、参数、顺序等，并且要严格符合设计文件要求。

⑤钢管柱的验收要以施工设计图纸与相关标准规范为依据，对其外形尺寸要严格把关，控制好允许偏差。验收合格后要对钢管柱进行除锈和防腐，该项工序同样要遵守设计规定，质量要求应符合国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB8923-1988的规定。钢管构件表面应喷涂除锈漆进行防腐，质量要求应满足除锈规范要求。

⑥在钢管的运输与存放期间，应当注意避免钢管的二次变形。钢管的吊装也要严格按照的施工工序与要求进行，吊装时，要保证其管口包裹完好，以阻止异物落入。应当从吊装方式与钢管自身的受力状态出发，通过试吊确定正确的吊装位置。钢管吊装到位，校正完毕后，要对其进行临时固结。吊装过程中要时刻注意避开顶部支座安装设施。

⑦钢管柱浇筑混凝土要使用微膨胀混凝土，浇筑混凝土方式为泵送顶升法，将微膨胀混凝土通过高压泵从混凝土搅拌车泵送至钢管口，一次浇筑完成。观察混凝土从钢管顶部溢出情况，当溢出一定量以后，即可检查钢管柱顶部混凝土质量。观察溢出混凝土不出现离析现象时，就可以停止泵送。然后将钢管柱顶部盖板与钢管进行焊接。焊接的同时要对浇筑混凝土顶与盖板之间的距离进行测量，同时停止振捣。补焊要等到混凝土强度达到设计强度的50%，并按设计要求进行。

钢管柱内部必须保证光滑洁净，以此来减少混凝土与钢管柱内壁之间的摩擦。为了实现钢管柱内壁的光滑洁净，可在浇筑混凝土之前对其内壁使用高压水枪进行清洗，或者采用水泥浆进行抹面。

⑧钢管柱内混凝土浇筑质量的检测可以采用敲击钢管的方法进行。在敲击钢管时，如果出现空洞等异常声响时，要对管内混凝土进行物理检测，采用的方法是无损超声波探伤检测法。用小锤敲击钢管壁有强烈振感且声音清脆可以判定钢管壁和混凝土结合不密贴；当敲击声沉闷无振感时钢管与混凝土较密贴。超声波的测试频率一般是40HZ～100hz之间，当其通过钢管混凝土时，钢管与混凝土和空隙对其速度、振幅、波形等会产生不同的影响，这就会在显示仪器上表现出来，对比无缺陷的钢管混凝土各种标定，从而确定管内混凝土的状况和质量。对于管内混凝土不密实的部位，应采用局部钻孔压浆法进行补强，然后将钻孔补焊封固。

⑨钢管柱与承台钢板及加劲肋焊接完毕后才能进行混凝土泵送。

⑩不得破坏墩柱钢筋及承台主筋，钻孔前应采用钢筋定位仪器对原有钢筋进行探测。

2.2植筋施工工艺及操作要求

①材料

植筋结构应采用优质A级改性环氧树脂类植筋结构胶。植筋结构胶应具有良好的触变性，并具有足够的粘结强度和耐久性，其性能应符合《混凝土结构加固技术规范》GB50367-2006、《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004或《公路桥梁加固设计规范》JGJ/TJ22-2008的基本性能指标的要求，各项设计指标要求如下表2-1所列。

②植筋施工方法

（1）钻孔

采用沖击钻成孔，钻孔表面应当具有相应的粗糙度，钻孔直径应当大于钢筋

直径4mm以上。

（2）清孔

首先采用毛刷对孔壁的混凝土碎屑进行清理，清理完毕后，用压缩空气吹钻孔内的浮沉与水分，至钻孔清洁干燥。

（3）注胶

植筋注胶不能填满钻孔，应当为钻孔的2/3，且从下往上注射。

（4）插筋

钢筋应当是旋转放入钻孔中，至植筋胶流出即可，此时锚固钢筋深入钻孔内的部分已经与胶液接触完全。

（5）固化

植筋未完全牢固以前，不得对植筋进行破坏。

2.2.3 支座安装施工要求

①施工前应精确放样，确保支座位置正确就位，并保证支座与上、下结构之间紧密接触，不得出现空隙。支座安装保持水平。

②支座安装规定值和允许偏差应符合相关规范规定。

③ 施工单位施工前需对支座安装位置纵、横向坡度进行精确测量，根据现场设计情况调整梁底钢板四角尺寸，以保证钢板底面水平。

④ 安装支座时必须注意支座顶面刚接触到板底即可，避免在无偏载情况下新增支座处板底受力、对原桥结构产生附加影响，破坏原桥受力体系。

结语：

独柱墩桥梁由于自身的特点在以后的桥梁工程中将会有更加广阔应用空间，对其抗倾覆性的要求也是在不断的提高。但是随着经济的快速发展，交通量在快速增长和重车也在不断增加，造成现浇梁的倾覆事故时有发生。因此应当在理论与实际有力的支持下，提出更加有效的解决途径。除此之外，还应该加强处在运营期的独柱墩桥梁的检测与动态观察，根据检测结果，提出适宜的加固措施，加大独柱墩桥梁抗倾覆能力的安全储备。

参考文献：

[1]苏广斌，耿丽萍.桥梁加固实用技术探讨[C].黑龙江交通科技，2010，（01）：56-59.

[2]王瑶，吴胜德.浅谈桥梁加固技术[C].黑龙江交通科技，2010，（09）：133.

[3]生墨海. 关于桥梁加固施工的一点探讨[J].公路交通科技，2012，（07）：67-68.

[4]李玲军. 公路工程桥梁加固技术研究[J].交通世界，2012，（01）：45-47.

[5] 谌润水.桥梁加固技术的历史回顾[J].中国公路，2011，（17），84-96.