向锦毅
广州西二环高速公路有限公司 广东省广州市 510820
摘要：近年来，独柱墩桥梁广泛应用于公路匝道桥梁和市政立交桥梁中，在车辆超载和偏载的不利工况下，独柱墩桥梁发生倾覆倒塌的事故时有发生。本文根据广州西二环高速公路独柱墩匝道桥，对独柱墩桥梁的结构病害特点进行分析，并提出针对性的加固措施，供同类桥梁设计和维修加固参考。
关键词：独柱墩桥梁；横向抗扭；抗倾覆；加固措施
0引言
高架桥梁采用独柱墩结构，能适应桥下空间小的条件受限情况，独柱墩外形简洁流畅、轻巧美观、造价较低等优点，被广泛应用于公路或市政高架和立交匝道桥梁中。
近年来随着车辆轴载不断增加，桥梁承受超载现象非常普遍。独柱墩为桥梁为单点支撑结构，桥梁在超载偏心荷载作用下，独柱墩桥梁发生整体横向失稳而导致梁体倾覆的事故时有发生。2015年6月19日，河源某互通立交匝道桥因四辆大货车严重超载，导致独柱墩桥梁结构严重偏压突然倾覆垮塌，导致3孔共75米桥梁倾覆，造成1人死亡、4人受伤的严重事故。
西二环高速公路互通立交共有20联独柱墩连续箱梁匝道桥梁（见图1），经横向抗倾覆安全性验算评估，其中有13联独柱墩梁桥未能通过验算，必须进行加固改造。
图1 西二环高速连续独柱墩匝道桥梁
1独柱墩桥梁病害原因分析
独柱墩桥梁是独柱单点支承的一种桥梁架构，与双柱式桥墩和多柱式桥墩相比，独柱墩是一种偏心受压的承重方式。
西二环高速公路独柱墩桥多为两头为双柱墩，中间为连续单墩单支座的形式，个别中间独柱墩为固结墩。经现场检测，西二环高速公路的独柱墩桥梁存在的主要病害为[2]：①单点支座脱空或剪切破坏；②主梁径向位移引起的伸缩缝破坏；③主梁的外侧滑移和侧倾。
随着超载车辆的增多，根据独柱墩的结构受力特点和桥梁破坏型式的现场情况，发生独柱墩桥梁倾覆失衡倒塌的主要原因如下：
（1）多跨独柱墩为连续箱梁，桥梁的中心支点为连续单支座的多个独柱墩，在车辆偏载的作用下，以支点为扭转轴线，主梁产生很大的横向扭矩，独柱墩自身抗扭能力极弱，独柱墩墩柱所受的横向弯矩和水平剪力急剧增大，当超过独柱墩墩柱自身承载能力时，导致主梁整体倾覆。
（2）互通立交匝道曲线独柱墩桥梁中，大多采用弯梁桥，由于弯梁桥独特的内外受力特性，再加上预应力和温度的影响，扭矩在箱梁的分布情况非常不均匀。另外，由于支座的内外力两侧受力不均，在恒载作用下，就会产生负反力，最后的偏心荷载力就会直接造成支座脱空，进而影响主梁的架构，如若此时偏心荷载力继续增加，整个桥梁结构就会发生变形扭曲，造成主梁倾覆。
（3）独柱墩桥梁是采用墩梁固结的方式，这种固结方式可以有效缓解墩柱的受力压力，防止主梁发生扭曲变形，但是在实际的运营过程中，在偏心荷载的长期作用下，就很有可能在墩梁固结处出现开裂受损病害，甚至引发墩柱断裂、主梁倾覆事故。
2独柱墩桥梁加固措施
独柱墩桥梁的加固设计改造，一般从梁板结构、支座、盖梁、墩台基础几个方面进行。根据桥梁现场的地形地貌、桥下空间、周边建构物情况、地质情况以及施工条件等，西二环高速公路独柱墩匝道桥梁加固采用的主要措施如下：①端横梁增设抗拔构造；②独柱墩墩顶增加盖梁；③独柱墩单侧增设桩柱。
2.1 端横梁增设抗拔构造
匝道桥一联连续箱梁中间墩采用独住墩，两端设双支座端横梁。为增强箱梁抗扭能力，抵消部分倾覆扭矩，在倾覆外侧设置一连接构件，将端横梁与桥台台帽连接成为一个整体（见图2）。当梁体发生倾覆状况时，箱梁端横梁与台帽的连接构件起到抗拉拔作用，利用箱梁的整体刚度，提高梁端梁体抗扭能力。该方法能有效限制梁体往外扭转及向外侧爬移，从而保证梁体的安全。
图2 抗拔构造
2.2 独柱墩墩顶增加盖梁
西二环高速匝道桥独柱墩主要为桩柱式桥墩，立 柱的直径为160cm，独柱墩刚度较大，在最不利工况下墩身刚度能够满足承载力要求。
该方案在立柱的顶部增设高130cm、厚170cm的盖梁[3]。为了保证施工效果，能使盖梁与原来的立柱紧密结合，采用植筋的施工方式，墩柱顶对穿钢筋或在盖梁顶设横向预应力，浇筑新增盖梁砼，实现由单支座变为双（多）支座（见图3），以提高箱梁的横向抗扭能力。
图3 独柱墩增加盖梁
2.3 独柱墩单侧增设桩柱
为提高桥梁的横向稳定性能，使得原来桥墩立柱所受的偏心受压作用减小[3]。因匝道桥梁箱梁底较窄，在保证桩基间距前提下，根据现场条件，通过植筋，将桥墩处箱梁横梁加长，在独柱墩外侧或内侧增设桥墩（见图4）。该方案通过增设桥墩个数，改独柱墩为双柱墩，提高箱梁的横向抗扭能力。因箱梁横梁需接长，为不影响横梁砼浇注质量，需封闭匝道桥的交通。
图4 独柱墩单侧增设桩柱
3 施工注意事项
1）增设抗拔构造法施工前，先无损检测对原桥结构钢筋进行定位，避开原桥结构钢筋，定好孔位后再对抗拔钢板进行准确开孔，避免损伤原桥受力钢筋。在安装抗拔构件前，宜在水泥构件上先进行抗拉拔试验。
2）独柱墩墩顶增加盖梁要充分考虑现有预应力以及施工的预应力之间的差异，同时在植筋钻孔时应避免对损伤原结构钢筋，并且选用高强度高
密度钢筋进行绑扎、焊接。施工时应保证新旧支座受力的一致性和同步性。应保证植筋的施工质量，确保新旧盖梁紧密结合。
3）独柱墩单侧增设桩柱，施工前要根据桥下空间、地质情况、施工条件选用合适的机械设备，做到不影响原桥墩的稳定性。箱梁横梁接长应应保证植筋的施工质量，确保新旧砼收缩徐变不影响横梁开裂。
4结语
本文通过对独柱墩桥梁倾覆稳定性现状进行分析，并对广州西二环高速匝道桥独柱墩桥梁的病害进行了分析，根据病害情况提出相应的改造措施，得出以下结论：
1）目前我国规范中对于桥梁抗倾覆性能的规定较为缺乏，又面临着车辆超载和交通拥堵两大难题。在新建桥梁设计中，应进行桥梁倾覆稳定性进行分析，应优先选用抗倾覆能力强的结构形式或增加构造措施来提高桥梁的抗倾覆安全性能[4]。
2）对于长联的独柱墩连续梁结构，采用改造桥墩结构，增加支点个数，提高桥梁的抗倾覆能力。
3）由于桥梁超载现象越来越普遍，建议养护单位尽早对独柱墩桥梁的隐患排查并进行结构验算，及时进行整治，消除安全隐患，防患于未然。
参考文献：
[1]中华人民共和国标准，JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范.
[2]汪芳芳，徐祖恩，严伟飞.独柱墩桥梁抗倾覆安全分析及加固设计技术研究.浙江交通职业技术学院学报，2014，第15卷第4期.
[3]徐超.连续独柱墩桥梁抗倾覆安全评价及加固设计方案研究[J].公路交通科技，2013，第5期..
[4]冯平.独柱墩桥梁倾覆稳定性分析和加固方法研究[J].桥梁工程，2005.
[5]林晓娟．独柱墩桥梁常见问题及原因分析J.工程与建设，2013，27（2）198-200.
论文作者:向锦毅
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第17期
论文发表时间:2019/3/18
标签：桥梁论文; 匝道论文; 支座论文; 桥墩论文; 横梁论文; 结构论文; 横向论文; 《建筑细部》2018年第17期论文;