浅谈桂江立交匝道独柱墩加固设计

关孝森

摘 要：桂江立交为曲线梁桥独柱墩结构，桥梁在下部中墩设计时，在总体布局上为减少占用土地、改善下部结构布局、增加视野和桥形美观，其下部墩采用独柱墩设计。根据检测报告，桂江立交匝道出现主梁开裂、墩柱开裂、主梁向外偏转而使支座脱空等病害，由于曲线梁桥受力状态较为复杂，在对匝道曲线梁加固设计中，做好抗倾覆验算至关重要。因此本文结合桂江立交曲线梁桥独柱墩加固设计的成功经验进行探讨。

关键词：曲线梁桥;独柱墩;抗倾覆验算

1 概述

佛山市南海区桂江立交是南海区与周边市区连接的重要的枢纽型互通式立交，是连接南海大道、桂和路和海八路的一座全互通立交桥;采用板苜蓿叶式和半定向式相结合的线性，空间形式为三层半式立交;于1997年建成通车。桂江立交共由三条主线桥及八条匝道桥组成，上部结构采用预应力整体式箱梁。原设计匝道桥过渡墩采用了独柱墩上设盖梁，双支座;中墩采用独柱墩单支座形式，支座居中布置。

根据《桥梁检测报告》以及现场调查显示，桂江立交匝道一、二、三、四等4座弯桥出现曲线梁出现扭转，箱梁腹板及底板开裂，独柱墩墩顶支座内侧脱空，独柱墩出现多处横向裂缝等，桥梁存在倾覆的危险，急需进行加固设计。

2 匝道桥独柱曲线梁病害原因的分析

2.1 曲线梁桥独柱墩结构受力分析

曲线梁桥受力特点是独柱支承曲线梁加偏心受力，由于主梁的平面弯曲使得下部结构墩往的支承点不在同一条直线上，梁体在自重和预应力荷载作用下容易出现扭矩和扭转。经验算，本项目匝道桥均位于平曲线半径R≤80m的曲线段落上，预应力荷载作用最大扭矩值达纵向最大弯矩值的30%左右，巨大的扭矩力从而导致箱梁腹板竖向开裂，底板横向开裂。

由于曲线梁下部结构中墩采用独柱墩结构设计，独柱墩支承曲线梁桥处采用单支座连接，支点抗扭能力较弱，梁体的整体稳定性较差。当主梁偏心受力传递到梁端部及支座时，会造成过渡墩顶部支座横向受力不均，个别支座还会出现负反力想象，从而导致支座支座脱空，增加了曲线梁的扭矩和变形。

2.2 匝道桥独柱曲线梁抗倾覆验算

根据曲线梁桥受力特点，对桂江立交梁体进行全面的整体受力计算分析，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018），在作用标准值组合下，连续梁桥中箱梁的作用效应组合应符合下列要求：

结构计算采用空间杆系有限元程序Midas及平面杆系有限元程序QJX计算进行建模计算。

抗倾覆稳定性安全系数K=1.4小于kqf =2.5，不满足规范要求，需要采取措施加大梁体的抗倾覆能力。

3 桂江立交独柱墩曲线梁加固设计方案

3.1 独柱墩曲线梁加固思路

针对本项目为小半径平曲线段落的现浇箱梁较多的特点，曲线梁桥需要采用合理的支承方式，减少曲线梁的扭矩和偏心对其曲线梁体、独柱桥墩结构内力影响，使弯桥结构受力采用的支承方式更加合理：

（1）现浇箱梁端横隔梁下横桥向设置双支座，当桥梁位于平曲线小半径的曲线段落时，将端横隔梁宽度加大，并加大双支座横桥向宽度;中横隔梁在条件具备时，采用双柱双支座，对于桥下受限而采用独柱时，将独柱支承中心向曲线外侧偏移。上述措施，可有效地提高主梁的横向抗扭性能，均可使支座受力更加合理，避免支座脱空，保证梁体的横向稳定性。

（2）采用独柱墩的三跨现浇连续箱梁桥，为加强桥梁上下部的整体性能，抵抗温度位移及横桥向离心力，均固结一个墩柱，采用独柱墩顶与梁固结的方式。墩柱可承担一部分主梁扭矩，对主梁的扭转变形有一定约束，并增强梁体的横向稳定性。

（3）连续箱梁桥进行纵向预应力张拉工艺时，箱梁结构采用搭架逐跨施工，整体一次现浇，逐跨张拉预应力钢束，分次落架的施工顺序，纵向预应力钢束布置在腹板中，采用相对应锚具或联接器张拉锚固。经对梁体进行结构验算，该工艺可有效地减少梁体的预应力损失和曲线梁的扭矩。

3.2 独柱墩曲线梁加固方案

经对原桂江立交匝道桥曲线梁进行验算，并进行全面的整体的空间受力计算分析，桥梁的抗倾覆承载力不能满足设计要求。加固设计的结构设计必须对其在承受纵向弯曲、扭转和翘曲作用下，结合自重、预应力和汽车活载等荷载进行详细的受力分析，充分考虑其结构的空间受力特点才能得到安全可靠的结构设计。由于桂江立交梁体出现翻转，内侧支座脱空，盖梁开裂等，本次加固方案在多种维修加固设计措施中，选用了粘贴钢板加固法与增大梁截面加固法相结合，地采用了扩大截面并外套钢管箍的方式进行加固，本次加固方案为对该4个匝道的独柱墩进行扩大截面设计，先在独柱墩外套一个2.2m的钢管箍，钢管箍与桥墩外缘留有50cm的空隙，钢管箍与桥墩间的空隙内填C40微膨胀混凝土，墩顶通过加劲钢板使独柱墩与曲线梁进行固结处理，并调整外套钢管箍位置，使支撑中心往外侧偏心来改善曲线梁桥受力的平衡设计。曲线梁独柱墩加固设计如下图：

匝道桥曲线梁独柱墩加固后，再次对匝道曲线梁进行抗倾覆验算，加固后横向抗倾覆稳定性安全系数K=3.6，大于kqf =2.5，满足规范要求。

经过桥梁检测，钢管箍和内填混凝土能充分粘结，没有出现脱空，钢管箍和混凝土共同联合受力，墩顶与梁固结处加劲钢板的粘钢效果良好。加固后桂江立交匝道桥经过多年的使用，桥梁使用状况良好，曲线梁箱梁腹板及底板的裂缝没有继续发展，墩顶支座更换后没有出现再次脱空，墩顶加劲钢板与梁体的固结效果良好，独柱墩的抗倾覆能力和梁体的横向稳定性得到有效的提升，桥梁承载力满足设计要求。

4 结论

（1）桥梁通车两年后，对匝道桥进行了全面的特殊检查项目。桥梁静态测试，在等效设计荷载作用下，实测应变及挠度均小于理论计算值，纵向传力能力良好，横向传力能力基本正常，卸载后应变及变形基本恢复，试验跨最大正弯矩及负弯矩承载能力均基本满足原设计要求。桥梁动态测试，由模态试验前1阶实测主频和理论计算值对比可以看出，实测自振频率值均大于理论计算值，说明加固后的桥梁整体刚度大于理论刚度，桥梁承载力满足设计要求。

（2）旧桥加固的措施很多，有体外预应力加固、粘贴钢板加固法、增大梁截面加固法、碳纤维布补强等，本次加固方案采用粘贴钢板加固法与增大梁截面加固法相结合，创新地采用了扩大截面并外套钢管箍进行加固墩柱墩的方式，该设计坚固耐用，结构的强度和刚度都有明显的提高，該设计对日后的曲线梁桥独柱墩加固设计的提供了成功经验。

参考文献：

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