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獨(dú)柱墩橋梁如何加固?

2022 / 06 / 08

在公路橋梁建設(shè)過程中,由于受地形、占地面積和景觀等影響,其下部墩往往采用獨(dú)柱支承方式。以減少土地占用、改善下部結(jié)構(gòu)布局、減少橋梁基礎(chǔ)與地下建筑位置沖突、增加視野及橋型美觀度。在條件受限時(shí),這類橋梁往往成為唯一的選擇。


常見的獨(dú)柱墩橋梁破壞形式



隨著獨(dú)柱墩橋梁的大量應(yīng)用,一些突出問題逐步顯現(xiàn):獨(dú)柱墩橋梁發(fā)生整體側(cè)向傾覆;對(duì)于雙懸臂T型橋墩,配筋不足導(dǎo)致懸臂根部蓋梁破壞;在橫向地震等作用下橋墩被彎剪破壞,整個(gè)橋梁倒塌等。在這些形式的破壞中,結(jié)構(gòu)往往無明顯征兆,危害極大,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。



雖然獨(dú)柱墩橋梁的上下部結(jié)構(gòu)受力性能可以滿足橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范要求,但是由于其橋墩橫向支承體系為單支點(diǎn)支承,在偏載作用下,結(jié)構(gòu)的橫向抗傾覆非常不穩(wěn)定,導(dǎo)致橋梁整體抗傾覆穩(wěn)定性的安全儲(chǔ)備不足,在超載車輛偏載通過時(shí),存在橋梁整體側(cè)翻和墩柱被破壞的安全隱患。



獨(dú)柱墩支承橋梁主要存在以下三方面的安全隱患:



1、獨(dú)柱墩橋梁在超載車輛偏心作用及恒載偏心作用下,橋臺(tái)(或連接墩)雙支點(diǎn)位置可能存在支座脫空現(xiàn)象、橋墩單支點(diǎn)位置不能為上部梁體提供橫向約束,導(dǎo)致上部梁體變形過大,從而形成機(jī)動(dòng)體系,造成橋梁上部結(jié)構(gòu)突然整體側(cè)翻、傾覆。該類型的破壞形式屬于無預(yù)兆的脆性破壞,事先無明顯預(yù)兆,會(huì)發(fā)生橋塌、車毀人亡的嚴(yán)重事故。

2、某些橋梁連接墩采用獨(dú)柱墩+蓋梁的構(gòu)造形式,在超載車輛作用于連接墩位置時(shí),蓋梁的彎矩和剪力以及獨(dú)柱墩的彎矩達(dá)到最不利荷載工況,當(dāng)內(nèi)力設(shè)計(jì)值遠(yuǎn)大于其截面承載力時(shí),連接墩的蓋梁或獨(dú)柱墩會(huì)出現(xiàn)承載能力極限狀態(tài)破壞,從而使上部梁體喪失邊界支承條件,形成機(jī)動(dòng)體系而發(fā)生梁體整體側(cè)翻傾覆的事故。

3、獨(dú)柱墩本身屬于偏心受壓構(gòu)件,如果橋墩高度過大或者橋墩墩身回旋半徑過小,在超載車輛偏心作用下,經(jīng)過結(jié)構(gòu)計(jì)算分析可知,支座會(huì)出現(xiàn)較大的橫橋向水平力,可能出現(xiàn)墩柱根部截面彎矩值大于其承載力的不利工況,從而造成橋梁墩柱根部截面的彎剪破壞。


加固改造方案



抗傾覆性能加固主要是對(duì)獨(dú)柱墩橋梁下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造加固,增加橫橋向支撐點(diǎn)的數(shù)量,以達(dá)到提高獨(dú)柱墩橋梁整體抗傾覆穩(wěn)定性的目的。


(1)獨(dú)柱墩改為圓端形墻式墩


對(duì)獨(dú)柱墩增大墩身截面面積,橫向加寬成圓端形墻式墩,墩頂安兩個(gè)板式橡膠支座。新增混凝土與原墩身混凝土接觸面需做鑿毛處理,在原基樁橫橋向兩側(cè)增加基樁,新增樁頂增加承臺(tái),并通過植筋、混凝土澆筑與原承臺(tái)連成整體。圓端形墻式墩根據(jù)墩高不同采取兩種截面形式:實(shí)體墻式墩和空心墻式墩。


實(shí)體墻式墩主要適用于上部箱梁底板寬度小于6m,墩高小于7m。其是在原有獨(dú)柱墩的基礎(chǔ)上橫向加寬成圓端形的墻式墩,外觀上不會(huì)造成明顯的加固跡象,對(duì)地基的承載能力、沉降量、地基與基礎(chǔ)之間的摩阻力等均有一定要求,以避免在這些外力作用下墩身有過大的水平位移、轉(zhuǎn)動(dòng)或沉降。

空心墻式墩主要適用上部箱梁底板寬度小于6m,墩高大于7m,它能減輕自重,減小軟弱地基的負(fù)荷。這種橋墩在外形上與實(shí)體式墩并無大的差別,只是自重較同尺寸的實(shí)體墻式墩輕。空心墩可以采用鋼活動(dòng)模板施工,節(jié)省模板支架,特別對(duì)于高墩,更顯出其優(yōu)越性。



(2)獨(dú)柱墩改為三柱式墩


當(dāng)獨(dú)柱墩偶然遭遇超載車輛作用時(shí),兩側(cè)新增加的支承點(diǎn)能夠臨時(shí)提供約束上部梁體扭轉(zhuǎn)的反力,保持上部梁體的平衡,防止梁體發(fā)生整體側(cè)翻或傾覆。新增墩柱可根據(jù)墩身高度不同來選用鋼管柱或鋼筋混凝土柱。此種加固方案優(yōu)先適用墩身低于7m和采用雙基樁+承臺(tái)+獨(dú)柱墩的獨(dú)柱墩橋梁。橋下凈空不高時(shí),新增加鉆孔灌注樁施工非常困難,因此需要尋求新增結(jié)構(gòu)自重小的加固方法。此方案新增結(jié)構(gòu)自重較小,但加固處理的痕跡明顯,可在墩柱施工完畢后,在三柱墩身增加裝飾板,外觀做成圓端形墻式墩。


此技術(shù)一般做法是利用原獨(dú)柱墩承臺(tái),在獨(dú)柱墩兩側(cè)(橫橋向)各增加一根圓柱墩,新增墩柱頂端安裝板式橡膠支座。原獨(dú)柱墩若是單柱單樁無承臺(tái)的結(jié)構(gòu),則需按下部結(jié)構(gòu)承載能力驗(yàn)算考慮增加基樁和承臺(tái),新增承臺(tái)通過植筋、混凝土澆筑與原結(jié)構(gòu)連成整體。


1)鋼管柱加固適用范圍:墩身高度在6m以下。


優(yōu)點(diǎn):墩柱截面小,鋼管自重輕,充分利用原結(jié)構(gòu)承臺(tái),不增加新的基樁,施工速度快,適用于高速公路匝道橋和天橋的獨(dú)柱墩加固。


缺點(diǎn):與原有鋼筋混凝土柱不協(xié)調(diào)、加固處理的痕跡明顯。


2)混凝土圓柱墩加固適用范圍:墩身高度在7m以下。


優(yōu)點(diǎn):墩柱截面較小,充分利用原結(jié)構(gòu)承臺(tái),適用于高速公路中央分隔帶的獨(dú)柱墩和箱梁底板較寬的情況,新增結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較鋼管柱高,能適用墩柱高度5-7m的情況。


缺點(diǎn):加固處理痕跡明顯。


3)獨(dú)柱墩頂加擴(kuò)大端。


當(dāng)橋面較寬、墩身較高時(shí),為節(jié)省墩身及基礎(chǔ)的混凝土體積,減小結(jié)構(gòu)自重,可利用挑出的懸臂或托盤來縮短墩身橫向的長度。懸臂式或托盤式的擴(kuò)大端部最小高度30-40cm。獨(dú)柱墩頂加蓋梁或花瓶墩都是屬于此種方案。獨(dú)柱墩頂增加擴(kuò)大端的加固方案可選用鋼筋混凝土擴(kuò)大端或鋼結(jié)構(gòu)蓋梁。


鋼筋混凝土擴(kuò)大端:利用原獨(dú)柱墩身,在獨(dú)柱墩頂端(橫橋向)增加擴(kuò)大端,新增擴(kuò)大端頂面安裝2個(gè)板式橡膠支座。當(dāng)橋面較寬、墩身較高時(shí)也可根據(jù)墩身承載能力計(jì)算結(jié)果適當(dāng)增加原墩身截面面積。


鋼箱擴(kuò)大端:鋼箱內(nèi)側(cè)為雙半圓鋼板箍,鋼箍內(nèi)徑根據(jù)獨(dú)柱墩直徑選取,板厚20mm,橫橋向兩側(cè)各設(shè)4道加勁肋,與鋼板箍焊接,順橋向兩支座底板各設(shè)置一道貫通隔板形成格構(gòu)式鋼箱。

公路橋梁規(guī)范對(duì)橫向傾覆穩(wěn)定性的相關(guān)規(guī)定尚不完善,對(duì)抗傾覆評(píng)估驗(yàn)算不通過的獨(dú)柱墩進(jìn)行加固??梢圆捎枚喾N加固方法,包括:設(shè)抗拔約束裝置、中墩單支撐加蓋梁改多支撐、包裹墩柱增設(shè)支座、增設(shè)墩柱、拉大支座間距和采用抗拉支座技術(shù)等。