独柱墩桥梁抗倾覆改造加固技术

独柱墩桥梁抗倾覆改造加固技术

朱俊牯1,周进峰2

1.深圳市勤进通工程咨询有限公司

2.中交城乡（北京）勘察设计有限公司

【摘要】当前很多桥梁工程在施工过程中采用独柱墩桥施工工艺，但是很多独柱墩桥在进行抗倾覆性能验算时，不满足标准规范指标要求，为了防止其在正常使用过程中发生抗倾覆事故，需对其进行改造加固，进一步保证独柱墩桥施工以及日后使用的安全性以及可靠性在。基于此，本文首先介绍了独柱墩桥梁倾覆特征，其次分析了独柱墩桥破坏形式以及原因，最后提出了几点改造加固技术，希望能够为今后的独柱墩桥桥梁施工提供参考。

【关键词】独柱墩桥；抗倾覆；改造加固

引言

应用独柱墩桥进行施工，能在一定程度上缓解桥梁工程占地面积多等问题，受地形限制，节省了施工空间，同时也可以为下部桥梁施工起到一定的改善作用，但是由于独柱梁桥采用单柱支撑形式，在使用过程中容易发生倾覆，造成交通堵塞，严重还会造成人员伤亡。希望通过本文的介绍，能够进一步加深人们对独柱墩桥抗倾覆改造加固技术的认识，从而更好地推动未来独柱墩桥应用于桥梁工程的发展。

1.独柱墩桥梁倾覆特征分析

结合已有施工经验，对独柱墩桥倾覆事故进行分析总结，独柱墩桥桥梁倾覆事故通常具有以下特点：

1.1横梁截面形式特点

在独柱墩桥倾覆倒塌的情况下，大多数桥梁截面都是整体箱梁。使用箱梁建造桥梁，主要考虑其自重轻，结构相对简单，抗弯刚度大等特点，在连续梁桥工程施工中应用较多。

1.2支持形式特点

独柱墩桥发生倒塌时，过渡柱和桥台设计为双柱，跨中桥墩采用单支座。撑杆主要采用单向受压撑杆、固定撑杆和活动支座等形式，有助于传递桥梁的竖向力和横向力，但对抗倾稳定性的影响不大。

1.3破坏特征

独柱墩桥抗倾覆案例说明，桥梁的表观变形往往是在独柱墩桥倾覆之前突然发生的。独柱墩桥发生倾覆时，桥上车辆重，偏载大，与桥梁设计时考虑的荷载完全不同。但是，独柱墩桥发生倾覆时，通常是整条桥梁发生倒塌，对梁本身的损伤很小，梁结构本身的抗压和抗拉强度能力都在设计范围内。

2.独柱墩桥梁倾覆原因和破坏形式

2.1倾覆原因

(1)在偏心荷载作用下，单向受压支柱一侧失压，造成独柱桥倾覆现象。

(2)在同一桥墩上，一对双侧向支撑形成“扭转刚性支撑”，提供扭矩和扭转角度的双重限制。如果双支柱中的一个松动，另一个只能抑制扭矩而不能抑制一定的扭转角。

(3)如果箱梁的所有受力轴承都损坏，箱梁的结构就会变得不稳定，出现箱梁的倾覆、滑动、鼓包、折断等损坏现象，可能会出现支座挤出以及桥墩断裂等情。

2.2破坏形式

2.2.1加固结构桥梁的破坏模式

柱梁加固的独柱墩桥承受偏心荷载，主梁结构处于弯、剪、扭复合应力状态，桥墩处于偏心或轴向压应力状态。在偏心载荷的影响下，结构破坏形式主要分为以下几点：

(1)抗弯强度严重不足，主要支撑结构似乎因屈曲而受损。

(2)结构抗压能力明显不足，柱子受压损坏。

(3)结构本身抗扭强度不足，主梁发生剪切破坏。

(4)结构压力稳定性降低，桥墩在压力下变得不稳定。

2.2.2支座支撑破坏方式模式

独柱墩桥上部结构倾覆涉及三个主要特征条件。首先是在倾覆过程中。单向推力轴承逐渐偏离正常的推力状态，慢慢退出工作。二是在倾覆期间，在临界扭转条件下，支架从工件上缩回，支架断裂，主梁失去扭转约束。当支撑体系失效时，有效支座处于同一直线上，上部结构支撑系统不再提供有效约束。

2.2.3倾覆的破坏形式

在墩梁固结中，倾覆破坏主要是由墩梁本身的材料特性决定的，对构件的强度影响很大。在柱型中，装配式组合结构主要由柱梁的材料特性决定，边界条件导致整个梁截面逐渐破坏，产生不平衡受力现象。当发生倾覆破坏现象时，独柱墩桥的完整性和安全性将大大降低。因此，相关人员应认真监测单柱结构，结合具体的独柱墩梁情况进行监控，避免桥梁发生严重的倾覆。

2.3独柱墩桥梁安全隐患分析

总的来说，独柱墩桥主要存在以下安全隐患：

(1)超载车辆偏心或单柱静载偏心，台肩双支点位置存在支撑间隙，立柱单支点位置不能提供侧向约束，导致塔顶梁体顶部变形较大桥梁的移动，从而形成一个移动系统，导致桥梁的上部结构倒塌和倾覆。这些破坏是脆性的、不可预测的，容易发生大规模的桥梁坍塌事故。

(2)部分桥墩采用单柱墩、上承梁结构。当超载车辆通过连接立柱时，超重载荷会向上梁传递一定的弯矩和剪力，严重影响单立柱的弯矩。如果结构内部结构超过设计值，连接柱和单柱的上梁会发生断裂，上梁倒塌失稳，边界支撑效果差，导致梁体倾覆。这可能会导致事故。

3.独柱墩抗倾覆技术解决方案

3.1独柱墩加固改造方案

影响独柱墩桥抗倾性能的最主要原因是桥墩横向间距、抗扭跨度、水平曲线半径和边中心跨比。考虑到既有桥墩倾覆安全性计算不满足要求，提出如下加固改造方案。

3.1.1中墩改为墩梁固结

跨中单支墩转化为支墩一体化（见图1），上部结构的静力平衡问题转化为截面强度问题。

图1墩梁固结图

但是，原来安装在支架上的结构的变形变成了柱的协调变形，从而增加了柱梁固结区钢筋的应力水平。因此，该方案仅适用于高墩，温度和徐缩的影响并不显著。

3.1.2增设墩柱

在现有独柱墩两侧加柱支撑（延长原有颅骨或加高桩基），由单柱式改为多柱式，并建立连接增高的水平连接体系。

3.1.3横截面积增大工艺

对于单墩，通过钢筋竖向模板浇筑混凝土，使柱截面形状膨胀变形。通常的做法是将单柱转换为板式柱或容器柱，并在原始支撑的每一侧增加两个支撑。

3.1.4增加桥面盖梁施工方法

桥面梁放置在桥塔的顶部以保持原来的支撑，并在桥的方向增加了两个支撑。桥面梁通常采用钢结构设计，以减少增加的自重对桥梁原始恒定载荷的影响。主要改造措施包括用夹具在柱子顶部组装钢箍、拧紧、钻孔以安装地脚螺栓以及注入合成钢和粘合剂。钢甲板梁的施工完成后，安装新的支架并将其牢固地连接到箱梁上。

3.1.5附加防倾翻装置

单柱墩与箱梁之间设置刚性或柔性防坠落装置，可能造成桥梁倾覆事故。一般适用于有柱的双扶壁。

3.1.6配重钢箱梁单柱钢箱梁重量轻，抗倾倒阻力小。一般用作配重，通过在靠近墩顶或小半径曲线内侧的箱室中灌注混凝土，增加桥梁抗倾覆的安全性。

3.2抗倾覆支撑点传力功能实现

作为防倾支撑，是不改变桥梁原有动力传递方式的支撑措施。由于独墩通常为连续梁的中间墩，防倾装置只能限制桥梁梁体水平和竖向的位移活动，在正常运行条件下也不会改变原柱的受力状态。额外支座必须满足以下条件：

①双向移动功能。②撑杆必须始终固定在梁底，以免桥梁正常运行时梁底与撑杆频繁动接触，不能承受力（如（与struts相比）１具体措施如下。

1）采用PTFE橡胶支架作为双向移动支架，满足双向活动需要。支座和桥梁主体之间的紧密接触是通过后二次灌浆工艺实现的。具体方法是，当加装的墩柱浇筑约50厘米时，先用千斤顶预紧柱子，使其靠近梁底，固定并锁紧，在支座底部进行二次灌浆。

2）使用高度可调的支座。调高支座组装好后，将合成管材压入支架内腔，达到一定的预紧力（远小于支架原有强度），使支架与梁底处于总是很亲密地联系。

4.结语

由上可得，独柱墩桥整体施工对于桥梁工程来说意义重大，不仅能够提高施工空间，还能够提高桥梁整体质量，但是在桥梁工程应用中，由于采用单柱支撑形式，容易发生倾覆，研究其改造以及加固措施至关重要，正如本文所述，分析独柱墩桥抗倾覆过程中，产生倾覆的原因有很多，具体的改造措施也不尽相同，在针对其具体的改造过程中，要对症下药，进一步提高施工效率，提高施工质量，只有这样，才能够更好地提高独柱墩桥改造加固水平。

参考文献

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