独柱墩桥梁抗倾覆加固技术应用

■陈 针

（福建新路达交通建设监理有限公司，南平 353000）

1 工程概况

漳湾互通AB 匝道桥位于沈海高速公路福宁段， 于2002 年建成通车。 桥梁中心桩号K1974+827，左幅桥梁全长216.35 m，右幅桥梁全长215.85 m。桥宽7.75 m，桥梁上部结构采用单箱单室现浇预应力混凝土连续箱梁， 支座类型为盆式橡胶支座，桥面铺装为沥青混凝土，桥墩均为独柱墩，桩基为单排桩，桥台为肋式台（桥梁平面布置见图1），本桥设计荷载为汽车－超20 级，挂车－120 级。

图1 桥梁平面布置图

2 抗倾覆验算分析

本项目独柱墩桥梁左幅桥梁桥跨组合 （26.8+2×29+37+3×29）m，全长216.35 m；右幅桥梁桥跨组合（3×29+37+2×29+26.8）m，全长215.85 m，为现浇预应力混凝土单箱单室直腹板连续箱梁，桥宽为：防撞护栏0.5 m+行车道6.75 m+防撞护栏0.5 m，箱梁高1.8 m、顶板宽度7.75 m、底板宽度4.15 m，两侧翼缘板悬臂长度共3.6 m。

依据JTG 3362-2018 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[1]对本项目独柱墩桥梁进行抗倾覆验算。 桥梁荷载按车辆荷载公路-I 级、偏载按单车道偏载工况进行计算（偏载布置图2）。 通过验算匝道桥左、右幅单车道偏载时抗倾覆稳定系数kqf分别为0.74、0.75（表1、表2），发现验算结果不符合设计规范抗倾覆稳定系数≥2.5 的要求[2]。 根据抗倾覆验算结果及定期检查结果都表明本项目独柱墩桥梁存在安全隐患，为了改善桥梁的安全性能，消除潜在的安全隐患，需要对漳湾互通AB 匝道桥进行抗倾覆加固处理。

图2 偏载布置图

表1 左幅第一联结构抗倾覆验算

表2 右幅第一联结构抗倾覆验算

3 加固原理

本项目独柱墩桥梁的横向支撑系统是仅由一单支座支撑， 桥梁在严重横向偏心荷载作用下，截面的承载力易超过极限，加上独柱墩桥梁抗倾覆稳定性的先天缺点， 导致桥梁上部结构处于失稳状态，存在潜在安全隐患。

独柱墩桥梁抗倾覆性能的加强主要是以加强独柱墩桥梁的下部结构支撑能力来实现，通过增加侧向支撑点数量将原来的单点支撑调整为横向三点支撑，来改善桥梁结构横向稳定性及抗倾覆性能力。本项目独柱墩桥梁均无盖梁，适合采用新增钢结构盖梁加支座和增设抗拉装置的方案进行加固[3]。

（1）新增钢结构盖梁加支座的方案是采用在独柱墩墩顶位置新增加钢结构盖梁， 在漳湾互通AB匝道桥1#、3#、4#、5#、6# 独柱墩的单支撑横向两侧各增设一个竖向支撑点，保留原桥支座，使其承担原桥恒载， 活载由原支座及两侧新增支座共同承担，形成各独柱墩三支点支撑[4]。 当桥梁存在倾覆趋势时，原独柱墩位置将会出现“原支座、与倾覆车辆同侧新增支座”共同抵抗倾覆的现象，在最不利布载状态下，加固后桥梁支座不脱空，从而提高原桥抗倾覆稳定性系数，改善桥梁抗倾覆稳定性能（图3），新增支座最小效应值验算结果见表3。

图3 新增钢结构盖梁加支座示意图

表3 新增支座最小效应值验算结果

（2）增设抗拉装置的方案是采用在联端边墩设置抗拉装置， 防止因支座脱空而改变结构体系，改善横向抗倾覆性能[5]（图4）。

图4 新增钢拉杆示意图

4 抗倾覆加固技术方案

施工前期进行围挡封闭施工，然后对封闭区域内的障碍物和绿植进行移除作业，障碍物清理完成后对施工部位进行支架搭设并开始本项目钢结构盖梁施工，依次进行中横梁底粘贴钢板、新增钢结构盖梁及支座安装、柱底加固（原地面需进行开挖使承台外露）、新增钢拉杆、联端支座更换、裂缝等缺陷修复，具体流程见图5。

图5 施工流程图

4.1 钢盖梁安装

4.1.1 钢结构盖梁的制作及加工

工厂对钢结构盖梁进行加工制作，钢结构盖梁螺栓孔按照现场独柱墩锚栓孔放样位置进行加工，盖梁使用Q355NHC 钢板进行制作， 同时做防腐涂装处理。

4.1.2 现场安装

（1）界面处置。 采用气动凿毛机对钢结构盖梁安装范围内的混凝土表面进行凿毛，混凝土粘接表面应粗糙、密实、无松动，待表面完全干燥后采用脱脂棉沾丙酮清洁。

（2）锚栓孔施工。 ①定位：根据原设计图纸对锚栓位置进行精确定位。 ②钻孔：根据锚栓设计要求，孔径为Φ20～37 mm，有效埋深大于10 倍锚栓直径，钻孔过程中始终要保证钻孔位垂直于混凝土表面，同时其孔位轴线要与墩柱中心轴线相交（图6），钢盖梁锚栓孔直径可适当放大，做成椭圆形，便于安装盖梁时位置调整；钻孔避开梁底主筋位置防止损伤原结构钢筋。 ③清孔：成孔后采用高压空气吹除孔洞内的粉尘及杂物，对孔壁上的浮尘使用毛刷刷除，最后再用高压空气对孔洞进行二次清洁，确保孔洞内壁和结构物表面无粉尘。 ④孔壁干燥：孔壁潮湿采用电热干燥，孔壁有油污可用丙酮进行清洁干燥处理。

图6 钢盖梁钻孔点位示意图

（3）安装钢结构盖梁。 在环境干燥情况下方可进行钢结构盖梁的安装和钢板粘贴： ①将锚栓植入栓孔，初步固定于既定位置；②吊装构件单侧各安装4 个手拉葫芦将左右2 块钢盖梁半构件同步吊装至预定位置，将锚栓与柱式“钢抱箍”用螺母紧固，并焊接为一个整体；③对钢盖梁抱箍钢板四周密封采用封边胶进行密封，同时预留出排气孔；④注浆嘴黏贴于钢板低端处， 注浆嘴黏贴后需进行通气试漏检查， 合格后再以不小于0.1 MPa 的压力压入胶粘剂，维持10 min 以上，待排气孔涌出浆液后采用封边胶进行封堵， 保证胶粘剂饱满填充（图7）。

图7 钢结构盖梁安装

（4）钢板表面防腐处理。 检验粘钢胶固化密实效果合格后，拆除注浆嘴和排气管，清洁钢板表面。钢结构盖梁安装完成后，对外露钢板需要作防腐处理，提高外露构件的防腐等级。

4.2 垫石和支座安装

4.2.1 施工工艺流程

混凝土基面处理→定制并焊接钢构件→支座垫石施工→梁底楔形块调平钢板及支座的安装→填充环氧砂浆→配制结构胶→封边及安装注浆嘴→下钢板灌注水泥基灌浆料→钢板表面防腐处理。 垫石及支座安装示意见图（图8）。

图8 新增支座及垫石安装

4.2.2 控制要求

（1）施工时应精确测量新增支座处总支承高度，安装支座下钢底座及支座后，通过上钢板及楔形块填充环氧砂浆适应梁底横坡及剩余间隙高度；（2）支座顶面必须水平设置，上钢板施工前需对原主梁横坡、纵坡精确测量，保证钢板水平；（3）上钢板锚栓锚固长度应大于10 d，支座上钢板的M12 螺母，用于调整楔形块高度，消除支座系统间隙；（4）选择在路面交通量小的时段对钢板进行灌注粘贴，以避免震动对钢板粘结效果的影响；（5）在结构胶达到强度前避免扰动钢板及保持钢板的整洁；（6）对外露钢板应作防腐涂装，提高外漏构件的防腐等级。

4.3 中横梁加固

维修处治后独柱墩处的单点支撑变成了3 点支撑，为改善新增支座引起的中横梁底板局部应力集中，在中横梁底板粘贴钢板进行加固：在中横梁范围内，沿横向在底板对称粘贴2 条8 mm 厚Q355NHC钢板。

4.4 防倾覆拉杆装置安装

联端拉杆装置的上部锚固在主梁侧面，下部锚固在盖梁侧面， 锚栓孔钻孔前需探明主梁主筋位置，孔位应避让主梁钢筋，并保证孔道顺直。 拉杆各构件采用现场焊接，拉杆长度及其具体放置位置在设计（图9）的基础上根据现场实际情况调整。 拉杆装置施工前，对混凝土表面进行处理，制作前仔细测量上下锚固装置的距离， 锚固装置可适当调节，使拉杆紧绷受力。

图9 拉杆装置安装

5 加固成效

漳湾互通AB 匝道桥通过加固施工后， 经验算左、 右幅横桥向抗倾覆稳定性系数分别为7.3、7.2，均满足规范要求（表4）。

表4 独柱墩桥梁加固成效分析

6 结语

经加固后的独柱墩匝道桥目前运营状况良好，结果表明采用新增钢结构盖梁加支座和增设抗拉装置方法对独柱墩加固，可大大提高桥梁抗倾覆稳定安全系数，同时可节省施工空间，对路面交通和周围环境的影响小， 对今后类似工程施工提供参考，具有较大的意义。