倒L型桥墩在桥梁改造中的应用研究

王元

摘 要：通过工程实例对已通车运营高速的上跨桥墩进行倒L型托换改造，以便于下穿该高速公路进行拓宽改建。本文对既有上跨高速的桥墩的改造应用做了详细研究，对其施工方案进行了阐述，利用有限元仿真模型对倒L型桥墩满堂支架进行了受力验算分析，以确保已通车高速公路桥梁的使用安全和施工安全。国内新建公路桥梁为避让桥下构造物或节省桥下空间而采用倒L型墩柱的实例较多，典型的案例有广河高速春岗互通式主线桥右幅82#桥墩、深圳市坪山云轨旅游专线一期大工业区站至燕子岭站区间均采用了倒L型桥墩，但是对已通车桥梁桥墩进行切割改造成倒L型墩的案例几乎没有，因此本文对其的应用研究能够为后续公路改扩建下穿既有桥梁改造具有一定的参考意义。

关键词：倒L型桥墩;施工方案;满堂支架;验算

1 工程概况

某X高速公路扩建下穿Y高速公路主线桥处采用两侧整体式加宽断面，Y高速公路既有5#和7#墩预留平面空间不足，根据现场调查，Y高速公路日交通量较大，为最小限度减小对Y公路的影响，提出 “倒L”型墩方案，即每个“倒L”墩置换一个既有单柱，不改变原有桥梁的上部结构及受力体系。

改造桥墩一般构造如图1所示，“倒L”型墩墩中线线在原有桥墩外6.95 m处，“倒L”型桥墩基础采用桩接承台结构，桥墩采用方柱墩，盖梁采用预应力混凝土，并且盖梁采用早强混凝土，盖梁共配置两排13-φ15.2预应力钢束，其构造图及有限元验算模型如下：

2 施工方案

“倒L”型桥墩在施工时可在原有桥墩两边两孔均采用满堂支架临时支撑，置换原有桥墩支撑体系，两侧桥墩同步施工，在置换完支撑体系过程后废除原有桥墩，施工“倒L”型桥墩。施工完成“倒L”型桥墩盖梁及垫石并且强度达到设计要求后，再将支撑体系换至“倒L”型桥墩上，满堂支架支撑体系周期内Y高速正常通行，在施工过程中及施工完成后对Y高速主线桥的上、下部结构进行应变等监测。具体步骤如下：

第一步：在线外施工“倒L”型桥墩的桩基、承台及墩柱，并同步对X高速左右幅进行扩宽，扩宽宽度左右幅各4m（图2）。

第二步：X高速左右幅搭设满堂支架，对应Y高速主线桥5～8孔搭设满堂支架，并对现有X高速车道进行改移，仍保证双向6车道通行（图3）。

第三步：利用满堂支架置换原有桥墩的支撑体系，并切割废除5#和7#桥墩，共8个桥墩进行切除（图4）。

第四步：施工“倒L”型桥墩盖梁及垫石，盖梁及垫石可采用早强混凝土施工，待盖梁及垫石强度满足设计要求后，在“倒L”型桥墩上更换新支座，将支撑体系换到“倒L”型桥墩上（图5）。

第五步：拆除满堂支架，并恢复交通（图6）。

3 施工临时结构验算

针对本方案对临时支撑体系的贝雷梁满堂支架进行验算。

本次验算上部主梁恒载采用相同重量均布荷载施加于贝雷梁对应杆件上，上部车辆活荷载按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015） 相关条文执行，上部第5～7孔（3×25 m）和第8孔分别位于两联，出于保守计算，恒载按照相同跨径简支梁取值，活载取相同车道数在贝雷梁上按照影响线加载得到最不利荷载工况，计算位置选在第5～6孔之间预留保通两车道位置，计算位置立面示意如图7所示。

分别验算贝雷桁架梁在上述恒活载组合作用下应力及变形数据如图8所示。

由以上计算结果图可知，恒活载荷载组合作用下贝雷梁所受最大拉应力为172 MPa，最大压应力为181 MPa，两者最大应力181 MPa <σw =273 MPa。故贝雷梁强度满足要求。

由以上计算结果可知，恒活载荷载组合作用下贝雷梁最大荷载工况最大竖向挠度为4.1 mm，最小荷载工况作用下贝雷梁最大竖向挠度为22.2 mm。

综上贝雷梁最大挠度22.2 mm

4 结论

通过施工方案推演和满堂支架验算结果可以看出，本方案是可行的，但同时也需注意一些其他问题。

（1）本项目满堂支架立柱采用直径D=820 mm、壁厚δ=14 mm的钢管桩即可，无需采用桁架式立柱，在单幅每个支撑点布置2根直径D=820 mm、壁厚δ=14 mm的钢管桩即可满足受力要求。

（2）原有Y高速桥墩顶设有顶系梁，如采用“倒L”型盖梁外包既有部分桥墩方案，需先割除顶系梁，在进行“倒L”型盖梁外包既有部分桥墩施工，存在较大安全风险，另外本处“倒L”型盖梁设有预应力钢束，位置会穿越既有桥墩，在原有桥墩顶多次穿孔也存在较大安全风险，并且新舊砼结合处质量不好把控，另外应尽量减小尺寸、减少自重，外包设计“倒L”型盖梁端部尺寸也需加大。

（3）倒L形桥墩施工完成后，理论上新建桥墩和盖梁有一定的变形，但会在设计阶段计算得出变形量，并在盖梁处设置反拱，保证施工完成梁体落下后的变形量平衡或尽量平衡，将变形量控制在允许范围，并且后期进行一段时间监测，保证不影响Y高速主线桥正常运营。

参考文献：

[1]JTG/T 3650-2020，公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2020，6.

[2]JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，2004.6.

[3]李青良，雷敏，赵品毅.倒L型钢筋混凝土桥墩刚节点结构设计研究[J].现代城市轨道交通，2014（3）：54-56+61.

[4]刘彦明.跨越既有铁路桥梁方案设计研究[J].铁道标准设计，2016，60（2）：57-61.