曲线匝道桥抗倾覆分析及加固设计方法

洪一樽

（重庆交通大学土木工程学院 400074）

曲线匝道桥抗倾覆分析及加固设计方法

洪一樽

（重庆交通大学土木工程学院 400074）

近年来桥梁倾覆事故频频发生，汲取独柱墩桥梁倾覆事故的教训，文章就某高速公路匝道桥抗倾覆能力进行计算和分析，根据验算结果提出了相应的加固处理措施，保障高速公路的止常运行。

1 引言

大量的事实证明，在汽车偏载作用下，独柱墩桥梁可能发生整体横向失稳，而我国大部分桥梁工作者比较关注的是桥梁抗弯、抗剪承载力是否满足规范要求，而没有注重于桥梁的横向抗倾覆能力。本文以河北某高速公路一墩梁固结独柱墩桥梁为例，对其抗倾覆能力进行验算，并针对验算结果，对于下部结构的承载力评估并且进行提出相应的加固处理方法。

2 工程概况

该桥某匝道桥跨越自然山坡，是一座预应力钢筋混凝土现浇连续箱梁桥，桥长77.121m，桥宽8m，跨径组合为3×20m+9.12m。下部结构1#～3#墩采用独柱墩，墩身直径1.3m，其中2#墩为固结墩，3#、4#墩顶设有钢筋混凝土盖梁，4#墩采用三柱式桥墩，墩身直径1.3m；桥台采用混凝土重力式桥台。

3 荷载工况

现行的公路桥梁规范对抗倾覆稳定性的计算相关的规定较少，仅在《公路桥涵设计通用规范JTGD60-2004》中的第3.5.8条和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004》中的第9.7.4条提出了禁止支座脱空的描述。本文以此为计算原则对该桥梁进行抗倾覆稳定性分析，利用公路-Ⅰ级荷载进行荷载组合。

4 抗倾覆计算及结果

4.1 抗倾覆计算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 征求意见稿》（JTG D62-2012），在弯桥情况下，当跨中桥墩全部支座位于桥台外侧支座连线内侧时，倾覆轴线为桥台外侧支座连线；当跨中桥墩全部支座位于桥台外侧支座连线外侧时，倾覆轴线取为一桥台外侧支座和跨中桥墩支座连线。弯桥主梁在活荷载作用下的抗倾覆系数为：

该联半径较大，较有可能出现倾覆问题。选取固结墩中心和桥台外侧支座的连线为倾覆轴线，这样可以使倾覆轴线与加载车道围成的面积Ω较大，尽量计算出最不利情况的倾覆系数。实际情况存在固结墩，可以提供抗倾覆力，实际的抗倾覆系数应该更高。

根据图4.1中布置车道，最后量取Ω、Xi和e值。

图4.1 匝道桥倾覆轴线确定示意

4.2 抗倾覆计算结果

结构成桥状态的支座反力由Midas Civil模型中提取，外侧支座和固结墩的支反力不考虑。结构在成桥状态（包括二期恒载）的基频为 3.16Hz，其冲击系数计算μ为0.046。

计算结果如表4.1所示。

表4.1 某匝道抗倾覆验算结果

1 3596.6 0.18 647.39 2 3500.2 0 0.00 3-1 1930 9.13 17620.90 3-2 1589.6 7.29 11588.18 4-1 222.7 26.05 5801.34 4-2 352.8 20.11 7094.81 4-3 455.3 15.74 7166.42 qk Ω Pke Ssk10.587.2645363.12.482157.415.253.1986181.550.2880.31

经表验算，匝道的抗倾覆系数达到了10.47＞2.5，满足规范要求。

但是为防止此类匝道桥梁在上部结构发生横向倾覆或断裂前，其下部机构就已经发生破坏，为此，对该匝道桥的主梁、桥墩盖梁、桥墩、承台、桩基等构件的实际承载能力进行计算，通过计算，发现桥墩盖梁在倾覆荷载作用下承载能力不满足要求。

根据验算结果，应对桥墩盖梁和桥墩承台进行加固，使其承载能力提高到与其他构件相当的水平，避免盖梁在上部结构发生横向倾覆或断裂前就已经破坏。

5 加固方案

5.1 加固设计目标

本次抗倾覆稳定性加固的设计目标为：根据上一节所示的验算结果，对该匝道3#独柱墩盖梁进行抗倾覆加固，使其承载能力安全系数提高到1.5以上，裂缝宽度小于0.15mm，避免盖梁在上部结构发生横向倾覆或断裂前就已经破坏。

5.2 加固设计方案

本次抗倾覆稳定性加固方案定为在3#墩的桥墩桩基正上方，采用在承台上钻孔植筋方式，重新增设两个直径为1.2m的新桥墩，采用增加截面法增大原桥墩盖梁，将支座中心移动到与桥墩尽量对齐，达到混凝土强度后废弃原桥墩。

具体处治方法如下：

1）开挖B3#墩至原桩基承台顶面，清洗墩身表面泥土和灰尘。

2）在承台顶面钻孔植筋。

3）立模，涂刷界面剂，浇筑墩身C30微膨胀混凝土。

4）搭设支架，在盖梁底面和侧面植筋，采用增大截面法加固桥墩盖梁，与新增桥墩顶部节段同时浇筑。

5）拆除模板、支架。

本加固方案有着结构传力方式清晰，能够利用现有桩基，施工较为方便并且工程造价较为。缺点是：加固后会一定程度上影响桥梁的外观。

6 结束语

外形轻巧、美观的整体板(箱)梁配以独柱式桥墩已广泛应用于城市立交桥、高速公路互通立交匝道桥中，其较差的抗扭性能常造成变形过大，出现裂缝等问题，固结桥墩的设置极大的减小了全桥扭矩峰，本文通过对依托工程的分析计算，发现了在上部结构满足规范要求的情况下，下部结构稳定性安全而不能得到保障，并且针对此类情况，提出了一套较为合理的加固方案，为类似工程提供借鉴之处。

[1]李国豪编著.桥梁结构稳定与振动(修订版)[M].北京:中国铁道出版社，2003.

[2]高伟，吴海林，季文玉.平板橡胶支座上梁的倾覆稳定计算[[J].石家庄铁道学院学报，2000(02): 29-33.

[3]王银辉，吴剑敏等.变截面空心薄壁墩的稳定计算[J].公路，2004(1): 74-77.

[4]郭梅.高墩大跨连续刚构桥稳定分析[J].西安公路通大学学报，1999,19(3): 54-56.

[5]赵丽颖.独柱墩弯桥抗倾覆计算与翘曲[J].低温建筑技术，2013 (6): 51-54.

[6]陈瑶，陈露哗，张建华.独柱墩曲线桥梁抗倾覆稳定验算方法及参数影响分析[J].浙江交通职业技术学院学报，2013(3): 01-06.

[7]王统宁，靳启文，孙艺利，胡兆同.公路独柱窄幅桥梁倾覆稳定性能[J].公路工程2014(2): 63-67.

[8]高伟，许克宾.平板橡胶支座上梁体横向倾覆稳定性的计算特点[J].铁道工程学报，2000(4): 47-49

TU7

B

1007-6344（2017）02-0115-01

洪一樽（1992.9-），男，贵州遵义人，重庆交通大学土木工程学院2014级硕士研究生，桥梁工程专业，研究方向：大跨径桥梁设计（重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074）