独柱墩加固技术研究

吴东宁

（宁夏交投高速公路管理有限公司，宁夏 银川 750000）

1 概述

桥梁独柱墩因具有占地面积小、施工成本低、视觉通透等优点，被广泛应用于高速公路互通立交桥中。然而，由于近年来各地相继发生多起独柱墩桥梁梁体侧翻倾覆事故，各省市也对独柱式桥墩桥梁出现的技术问题进行专项治理。宁夏交投高速管理有限公司按照《交通运输部关于全面排查独柱墩桥梁安全运行状况的通知》《自治区交通运输厅关于开展独柱墩桥梁抗倾覆验算及加固改造的通知》要求，委托专业机构对宁夏境内高速公路正在运营的独柱墩桥梁进行稳定性排查验算，提出整治意见，对需要维修的桥梁编制加固设计方案。以G2012 线定武高速K181+356 恩和立交独柱墩桥梁加固维修项目为例，对其加固思路、处治方案、施工工艺进行介绍分析。

2 独柱墩桥梁存在的安全风险

独柱墩桥梁是采用独柱式桥墩，通过单支点形式将梁板支撑的一种结构形式。当重型车辆、大件车辆通过独柱墩桥梁或超载车辆没有沿桥梁中线行驶时，造成上部结构荷载受力不均，容易出现梁板外侧超载、内侧卸载的偏载现象，可能导致梁体倾覆失稳，造成安全事故的发生。

3 加固方案

3.1 加固原则

综合考虑独柱墩桥梁抗倾覆验算结果及桥梁实际运营状况，该方案在满足提高抗倾覆稳定性系数的前提下，保证技术可行、安全可靠，力求施工方便快捷。同时，将抗倾覆加固改造施工对交通运营的影响降至最低[1]。

第一，提高独柱墩桥梁抗倾覆性能，满足规范要求；第二，尽可能减小对基础的负荷、降低对下部结构的影响；第三，新增支座仅发挥抗倾覆功能；第四，加固改造方案须满足桥下跨线、跨河净空要求并且不侵入建筑界限；第五，方案便于实施，降低对既有交通的干扰。

3.2 加固思路

恩和立交桥独柱墩为八棱柱墩，采用在原独柱墩墩柱外包混凝土，并在原支座两侧各增加一个可调平可调高的滑板橡胶支座的方式，将单点支撑调整为横向三点支撑，同时对新增支座后仍存在负反力的联端支座增设拉杆，从而提高桥梁抗倾覆稳定性能。

3.3 处治方案

为保证结构的安全使用，决定对恩和立交左、右幅匝道桥的7、9 号单支点独柱墩横向两侧设置竖向的支撑点，保留原桥支座，使其承担原有桥梁的永久荷载，车辆通行施加梁体的可变荷载由原支座与两侧新增支座共同承担，对原桥墩柱整体外包混凝土，加宽桥墩顶面后增加两侧支座，设置滑板橡胶支座，新支座与原支座间距左幅为1.5cm，右幅为1.8cm（见图1），最终形成各独柱墩三支点支撑。

图1 恩和立交桥桥墩加固构造图（单位：cm）

4 施工工艺

4.1 承台开挖

使用机械设备将原承台挖出，并清除承台混凝土沉积物，通过凿毛或喷砂等措施粗化混凝土表面，露出固料，然后用高压水冲洗干净，保持干燥。

4.2 脚手架搭设

搭设架体基础时必须保持地面平整坚实，脚手架扣件质量符合规范要求，不能有裂纹、气孔等质量缺陷。扣件夹紧钢管时，开口处的最小距离要小于5mm。脚手板为竹脚手板，长度为3～6m，宽不小于240mm。脚手架安装完毕后，要进行全面检查，符合安装要求后实施下一道工序[2]。

4.3 墩柱凿毛

采用人工凿毛的方式，用凿毛机凿除表面浮浆，清除碎屑，需把松动混凝土石子用清水冲洗干净，确保墩柱混凝土表面粗糙、坚硬、密实，粗骨料部分外露并形成2～4mm 的凹凸面，且浇筑时表面潮湿，石子外露，使原混凝土与新浇混凝土增加黏结力。

4.4 探测定位

根据施工设计图中植筋位置进行放样，充分利用钢筋探测仪确定原结构中钢筋、钢束的位置，标记植筋点位，若植筋点位与原结构钢筋、钢束相冲突，可在旁边位置稍作调整。

4.5 钻孔施工

首先采用小直径钻头探孔，确定无主筋后再使用直径比植筋大2～4mm 的钻头打眼成孔，孔道应顺直，深度应符合规范要求。

4.6 清理孔道

先用硬鬃毛刷清理孔道，再用高压空气设备吹去孔道内的灰尘及混凝土碎片，然后酒精棉球擦拭孔道、孔底，使孔内保持干燥清洁。

4.7 配胶注胶

根据生产厂家的使用说明，将加固特种材料改性环氧胶粘剂（A 剂）与植筋锚固胶（B 剂）按照A∶B=100∶50 的配胶重量比配置出植筋胶。将植筋胶放入胶枪中，枪头插入孔道底部开始注胶，注入孔道深度约2/3 即可，确保注胶一次完成[3]。

4.8 植筋施工

插入准备好的钢筋，用手将其旋转着缓慢插入孔底，使胶与钢筋全面黏结。植筋胶均匀附着在钢筋的表面及缝隙中，通常待24 个小时左右。植筋胶固化后的结构胶强度出色且具有抗老化和抗腐蚀性，切勿在胶液干固前扰动钢筋，孔位附近不得有明水。

根据设计图纸φ22 承台竖向钢筋植入深度为44cm；φ16 墩柱横向钢筋植入深度为16cm（见图2、图3）。

图2 左幅7#9#独柱墩加固钢筋构造图（单位：cm）

图3 右幅7#9#独柱墩加固钢筋构造图（单位：cm）

4.9 钢筋绑扎

钢筋绑扎的工艺流程：套墩柱箍筋—将竖向受力主筋间距与植入承台的立柱钢筋焊接—画箍筋间距线—绑扎钢筋。绑扎（焊接）由中间向两端、由内向外进行。墩柱钢筋采用20～22 号铅丝进行横纵向配筋的绑扎。绑扎前应先整理所预留的钢筋头，确保弯钩叠合处沿柱子竖筋交错布置并绑扎牢固，且采用双面焊接方式，焊接长度不小于5d。

将φ8（10×10cm）外包钢筋网（箍筋）套在主筋上，由下自上地进行绑扎，采用缠扣绑扎的方式。质量上要求箍筋与主筋垂直，箍筋转角处与主筋交点都进行绑扎，主筋与箍筋非转角部分的相交点采用梅花交错绑扎的方式，确保外包钢筋网与原结构墩柱上的植筋绑扎（焊接）形成整体。

4.10 模板安装

必须采用钢模板，先装底模，后装侧模。模板准备好后均匀涂抹脱模剂，采用螺栓进行连接，安装模板时必须稳固牢靠，接缝严密，防止模板移位和凸出，造成漏浆。模板安装完毕后，应对其平面位置、截面尺寸等检查内容进行测量，确保数据符合规范要求。相邻模板接缝处贴双面胶密封条，以防止漏浆，确保混凝土表面光洁、平整。

4.11 混凝土浇筑

浇筑混凝土必须连续进行，分层浇筑。采用插入式振捣棒进行振捣，振捣时以混凝土停止下沉、不出现气泡、表面呈现浮浆为佳，确保混凝土密实，表面无蜂窝和麻面等现象。振捣完毕后，边振动边徐徐提出振动棒，避免振动棒碰撞模板。

4.12 模板拆除

在混凝土浇筑施工结束后1～2 天且混凝土强度不低于2.5MPa 时方可进行拆模，若拆模时间过早，混凝土表面和空气接触后产生碳化反应，颜色会变得暗淡，混凝土表面水分也容易流失，容易出现裂缝等病害。在拆除模板时，应注意对墩柱表面及棱角进行保护，避免模板对墩柱表面的碰撞。

4.13 混凝土养生

拆模结束12 小时后，用水泥浆对表面气泡进行填补，并使用浸水后拧干的土工布对墩柱进行缠裹并绑扎，或先在墩柱上洒水，再使用土工布或塑料薄膜等具有滞水作用的材料包裹和覆盖住整个墩体，保证墩柱湿润。墩柱养护可以采用墩顶安放储水罐养生的方法，在墩顶放置储水罐，储水罐底部边沿四周打孔，保证水能漫流至墩柱整个表面[4]。

4.14 梁底粘贴钢板

中横梁底板粘贴钢板厚度为8mm，锚杆公称直径为12mm，钻孔直径为16mm，有效埋深不小于10 倍锚栓直径。将粘贴部位混凝土先进行凿毛处理，然后测量定位标出植螺栓位置，为避免在种植锚螺栓的过程中对原结构主要受力筋造成破坏，应预先对原结构内部钢筋进行探测、定位，再对种植锚栓位置钻孔。常规清理后对孔壁进行干燥处理，采用压力注胶黏钢板，待粘钢胶固化后，去除注浆嘴和排气管，使用钢刷清除钢板表面污垢和锈斑。梁底钢板安装完毕后，对钢板实施防腐涂装，提高构件的防腐水平。

4.15 支座安装

施工前需对支座安装位置纵、横向坡度进行精确测量，根据实际情况调整梁底钢板，使钢板底面水平且确保支座与上、下结构之间紧密接触，不得出现空隙。安装支座时注意支座顶面接触到板底即可，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，砸坏原桥受力体系。

4.16 新增支座限位装置

调平钢板设置在新加支座正上方，用锚栓锚固于梁底。支座垫石施工前，需准确测量桥墩顶面与调平钢板底面的距离，测量时应按现状恒载作用下的调平钢板底板标高进行控制，并严格控制新增支座垫石顶面与调平钢板之间的距离，以使新增支座充分压实。

4.17 恩和立交独柱墩加固前后抗倾覆技术指标检测情况

恩和立交独柱墩加固前后检测抗倾覆技术指标见表1。

表1 独柱墩加固前后检测抗倾覆技术指标

5 结语

由于独柱墩桥梁的前期设计与当前汽车超载、交通流量的迅猛增长不相符等客观因素，使得独柱墩桥在超载和偏载的不利状况下存在横向倾覆失稳的风险。本文采用独柱墩外包混凝土的加固方式，对G2012 线K181+356 处定武高速恩和立交独柱墩桥梁进行了运行安全提升改造，彻底消除了该桥的安全隐患，保证了桥梁结构及运营状况的安全和稳定性。