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獨(dú)柱墩橋梁如何加固?
發(fā)布時(shí)間:2022-04-21瀏覽次數(shù):115

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。

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)損失和不良的社會影響。


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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。

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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(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。

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抗傾覆性能加固主要是對獨(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,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(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(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。

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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??招亩湛梢圆捎娩摶顒?dòng)模板施工,節(jié)省模板支架,特別對于高墩,更顯出其優(yōu)越性。

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(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+獨(dú)柱墩的獨(dú)柱墩橋梁。橋下凈空不高時(shí),新增加非常困難,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。

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此技術(shù)一般做法是利用原獨(dú)柱墩承臺,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,新增承臺通過植筋、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,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,適用于高速的獨(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。

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公路橋梁規(guī)范對橫向傾覆穩(wěn)定性的相關(guān)規(guī)定尚不完善,對抗傾覆評估驗(yàn)算不通過的獨(dú)柱墩進(jìn)行加固。可以采用多種加固方法,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。

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設(shè)抗拔約束裝置

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加蓋梁改多支撐

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包裹墩柱增設(shè)支座

拓展學(xué)習(xí)

新橋規(guī)的抗傾覆驗(yàn)算

1.橋梁概況:A匝道橋2×20m鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁等寬10.5m,梁高1.4m,懸臂1.5m,單箱雙室,直腹板,平面位于R=150m左偏圓曲線上,支座間距均為5.8m。


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箱梁典型橫斷面(尺寸單位:cm)
B匝道橋3×30m預(yù)應(yīng)力砼現(xiàn)澆箱梁變寬14.0~10.5m,梁高1.8m,懸臂長2.0m,單箱雙室,直腹板,平面位于R=2800m右偏圓曲線上,支座間距依次為8.0、7.29、5.19、4.5m。


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箱梁典型橫斷面(尺寸單位:cm)
C匝道橋4×20m鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁等寬9.0m,梁高1.4m,懸臂條2.0m,單箱單室,直腹板,平面位于R=300m右偏圓曲線上,端橫梁支座間距4.3m,中橫梁支座間距3.3m。

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箱梁典型橫斷面(尺寸單位:cm)

2.橋梁抗傾覆驗(yàn)算



2.1計(jì)算依據(jù)、參數(shù)及軟件

1)計(jì)算依據(jù)

a.交通部部頒《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2015);

b.交通部部頒《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362-2018);

2)計(jì)算參數(shù)

a.C50混凝土,容重γ=26kN/m3,抗壓彈性模量:3.45×104MPa,

b.移動(dòng)荷載:公路-I級。

c.二期恒載:橋面鋪裝為“10cm瀝青混凝土鋪裝+8cm鋼筋混凝土鋪裝”,瀝青混凝土容重24kN/m3,鋼筋混凝土容重26kN/m3;護(hù)欄取為11kN/m×2。

3)軟件

結(jié)構(gòu)驗(yàn)算采用《MidasCivil Designer》。

2.2計(jì)算模型

A匝道橋2×20m鋼筋砼現(xiàn)澆箱梁共劃分為80個(gè)單元、81個(gè)節(jié)點(diǎn)。計(jì)算模型如下圖。

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A匝道橋計(jì)算模型


B匝道橋3×30預(yù)應(yīng)力砼現(xiàn)澆箱梁共劃分為118個(gè)單元、119個(gè)節(jié)點(diǎn)。計(jì)算模型如下圖。

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H匝道橋計(jì)算模型

C匝道橋4×20m鋼筋砼現(xiàn)澆箱梁共劃分為156個(gè)單元、157個(gè)節(jié)點(diǎn)。計(jì)算模型如下圖。


C匝道橋計(jì)算模型

2.3計(jì)算結(jié)果

(1)A匝道橋2×20m箱梁

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支座編號示意圖

支座脫空及抗傾覆驗(yàn)算結(jié)果(一)

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支座脫空及抗傾覆驗(yàn)算結(jié)果(二)


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(2)H匝道橋第二聯(lián)3x30m箱梁

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支座編號示意圖


支座脫空及抗傾覆驗(yàn)算結(jié)果(一)


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支座脫空及抗傾覆驗(yàn)算結(jié)果(二)


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(3)D匝道橋第一聯(lián)4x20m箱梁

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支座編號示意圖

支座脫空及抗傾覆驗(yàn)算結(jié)果(一)


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支座脫空及抗傾覆驗(yàn)算結(jié)果(二)


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3.結(jié)論



上述橋梁傾覆驗(yàn)算結(jié)果進(jìn)行匯總見下表。

橋梁傾覆驗(yàn)算結(jié)果匯總表


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計(jì)算結(jié)果表明:

(1)A匝道橋2×20m箱梁最不利荷載工況下,全橋支座最小反力為797kN>300kN;最小支座反力與恒載反力比值為0.83>1/3;橫橋向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)最小為18.9>5,均滿足新規(guī)范及院控要求。

(2)B匝道橋3×30m箱梁最不利荷載工況下,全橋支座最小反力為1331kN>300kN;最小支座反力與恒載反力比值為0.82>1/3;橫橋向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)最小為12.5>5,均滿足新規(guī)范及院控要求。

(3)C匝道橋4×20m箱梁最不利荷載工況下,全橋支座最小反力為639kN>300kN;最小支座反力與恒載反力比值為0.78>1/3;橫橋向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)最小為19.4>5,均滿足新規(guī)范及院控要求。

來源:路橋工程設(shè)計(jì)

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