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獨柱墩橋梁如何加固?
2021 / 07 / 19

在公路橋梁建設過程中,由于受地形、占地面積和景觀等影響,其下部墩往往采用獨柱支承方式。以減少土地占用、改善下部結構布局、減少橋梁基礎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,這類橋梁往往成為唯一的選擇。


常見的獨柱墩橋梁破壞形式



隨著獨柱墩橋梁的大量應用,一些突出問題逐步顯現:獨柱墩橋梁發生整體側向傾覆;對于雙懸臂T型橋墩,配筋不足導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,整個橋梁倒塌等。在這些形式的破壞中,結構往往無明顯征兆,危害極大,造成巨大的經濟損失和不良的社會影響。



雖然獨柱墩橋梁的上下部結構受力性能可以滿足橋梁設計規范要求,但是由于其橋墩橫向支承體系為單支點支承,在偏載作用下,結構的橫向抗傾覆非常不穩定,導致橋梁整體抗傾覆穩定性的安全儲備不足,在超載車輛偏載通過時,存在橋梁整體側翻和墩柱被破壞的安全隱患。



獨柱墩支承橋梁主要存在以下三方面的安全隱患:



1、獨柱墩橋梁在超載車輛偏心作用及恒載偏心作用下,橋臺(或連接墩)雙支點位置可能存在支座脫空現象、橋墩單支點位置不能為上部梁體提供橫向約束,導致上部梁體變形過大,從而形成機動體系,造成橋梁上部結構突然整體側翻、傾覆。該類型的破壞形式屬于無預兆的脆性破壞,事先無明顯預兆,會發生橋塌、車毀人亡的嚴重事故。

2、某些橋梁連接墩采用獨柱墩+蓋梁的構造形式,在超載車輛作用于連接墩位置時,蓋梁的彎矩和剪力以及獨柱墩的彎矩達到最不利荷載工況,當內力設計值遠大于其截面承載力時,連接墩的蓋梁或獨柱墩會出現承載能力極限狀態破壞,從而使上部梁體喪失邊界支承條件,形成機動體系而發生梁體整體側翻傾覆的事故。

3、獨柱墩本身屬于偏心受壓構件,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,經過結構計算分析可知,支座會出現較大的橫橋向水平力,可能出現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獨柱墩橋梁下部結構進行改造加固,增加橫橋向支撐點的數量,以達到提高獨柱墩橋梁整體抗傾覆穩定性的目的。


(1)獨柱墩改為圓端形墻式墩


對獨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增加基樁,新增樁頂增加承臺,并通過植筋、混凝土澆筑與原承臺連成整體。圓端形墻式墩根據墩高不同采取兩種截面形式:實體墻式墩和空心墻式墩。


實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。其是在原有獨柱墩的基礎上橫向加寬成圓端形的墻式墩,外觀上不會造成明顯的加固跡象,對地基的承載能力、沉降量、地基與基礎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、轉動或沉降。

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,減小軟弱地基的負荷。這種橋墩在外形上與實體式墩并無大的差別,只是自重較同尺寸的實體墻式墩輕??招亩湛梢圆捎娩摶顒幽0迨┕?,節省模板支架,特別對于高墩,更顯出其優越性。



(2)獨柱墩改為三柱式墩


當獨柱墩偶然遭遇超載車輛作用時,兩側新增加的支承點能夠臨時提供約束上部梁體扭轉的反力,保持上部梁體的平衡,防止梁體發生整體側翻或傾覆。新增墩柱可根據墩身高度不同來選用鋼管柱或鋼筋混凝土柱。此種加固方案優先適用墩身低于7m和采用雙基樁+承臺+獨柱墩的獨柱墩橋梁。橋下凈空不高時,新增加鉆孔灌注樁施工非常困難,因此需要尋求新增結構自重小的加固方法。此方案新增結構自重較小,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。


此技術一般做法是利用原獨柱墩承臺,在獨柱墩兩側(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。原獨柱墩若是單柱單樁無承臺的結構,則需按下部結構承載能力驗算考慮增加基樁和承臺,新增承臺通過植筋、混凝土澆筑與原結構連成整體。


1)鋼管柱加固適用范圍:墩身高度在6m以下。


優點:墩柱截面小,鋼管自重輕,充分利用原結構承臺,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柱墩加固。


缺點:與原有鋼筋混凝土柱不協調、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。


優點:墩柱截面較小,充分利用原結構承臺,適用于高速公路中央分隔帶的獨柱墩和箱梁底板較寬的情況,新增結構穩定性較鋼管柱高,能適用墩柱高度5-7m的情況。


缺點:加固處理痕跡明顯。


3)獨柱墩頂加擴大端。


當橋面較寬、墩身較高時,為節省墩身及基礎的混凝土體積,減小結構自重,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大端部最小高度30-40cm。獨柱墩頂加蓋梁或花瓶墩都是屬于此種方案。獨柱墩頂增加擴大端的加固方案可選用鋼筋混凝土擴大端或鋼結構蓋梁。


鋼筋混凝土擴大端:利用原獨柱墩身,在獨柱墩頂端(橫橋向)增加擴大端,新增擴大端頂面安裝2個板式橡膠支座。當橋面較寬、墩身較高時也可根據墩身承載能力計算結果適當增加原墩身截面面積。


鋼箱擴大端:鋼箱內側為雙半圓鋼板箍,鋼箍內徑根據獨柱墩直徑選取,板厚20mm,橫橋向兩側各設4道加勁肋,與鋼板箍焊接,順橋向兩支座底板各設置一道貫通隔板形成格構式鋼箱。

公路橋梁規范對橫向傾覆穩定性的相關規定尚不完善,對抗傾覆評估驗算不通過的獨柱墩進行加固??梢圆捎枚喾N加固方法,包括:設抗拔約束裝置、中墩單支撐加蓋梁改多支撐、包裹墩柱增設支座、增設墩柱、拉大支座間距和采用抗拉支座技術等。


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