江西省高速公路独柱墩桥梁横向抗倾覆安全性评估

胡俊、涂帆

（1.江西省交通投资集团路网运营管理公司养护技术中心，江西南昌330038；2.江西省交通投资集团路网运营管理公司，江西南昌330038）

0 引言

独柱墩桥梁有着占地面积小、桥下视野开阔和经济性能好等优点[1]，在高速公路上跨桥和匝道桥上得到了广泛的应用。但受制于独柱墩墩顶横向空间限制，主梁侧向支撑系统仅有一个支点，结构抗倾覆能力较弱[2]。近年来，高速公路交通流量快速增长和重型车辆不断增加，独柱墩桥梁问题逐渐暴露：在偏心荷载作用下，结构易不稳定，倾覆稳定性的安全储备不足，对于独柱墩曲线桥，存在复杂的弯扭耦合作用，造成桥梁内外侧支座反力重分布，内侧支座易出现脱空[3]。

在对江西省高速公路独柱墩桥梁进行调查后，发现存有364 座独柱墩桥梁，主要分为主线上跨桥、支线上跨桥、匝道桥三类，其中匝道桥最多，支线上跨桥其次，主线上跨桥最少。

济广高速鹰瑞北段（K1142+619～K1354+333）全长311.7km，全路段共有独柱墩桥梁13 座（其中一座无图纸），考虑到鹰瑞北段交通流量大，一旦发生倾覆事故将造成危害严重，且本路段独柱墩桥梁类型全面，覆盖主线上跨桥、支线上跨桥和匝道桥，在结构也与江西省内高速公路独柱墩桥梁结构类型相似，因此本文选取济广高速鹰瑞北段独柱墩桥梁进行安全性能评估，为该路段独柱墩桥梁后期加固提供帮助，也为江西省高速公路独柱墩桥梁结构验算和安全性能评估提供参考。济广高速鹰瑞北段12 座独柱墩桥梁信息详见表1，并根据桥梁跨径将其分为8 种类型，支线上跨重田大桥因缺失图纸不在本次评估范围内。

表1 济广高速鹰瑞北段独柱墩桥梁统计

1 专项检查

专项检查对象为与桥梁结构抗倾覆稳定相关的病害，包含主梁、桥墩、支座和防落梁设施等。依据《公路危旧桥梁排查和改造技术要求》中对严重病害的描述，在对12 座桥梁进行现场检查后，K1299+219上跨胡竹天桥2#桥墩存在明显倾斜，其余桥梁均未发现主梁、桥墩、支座和防落梁设施等部件存在与桥梁结构抗倾覆稳定相关的严重病害。

2 结构验算

根据对以往独柱墩桥梁事故分析，常规检查检测并不能排除独柱墩安全隐患，需进行进一步结构验算，从而判断桥梁是否存在倾覆的风险。对于支座支撑桥梁，按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）4.1.8 条第1、第2 款规定开展支座脱压验算、横桥向抗倾覆稳定性系数验算。支座脱压验算不满足要求的，还应对支承反力分布后的盖梁、墩柱等构件进行承载能力极限状态验算，基础（地基）和支座等进行承载力验算。

其一，在作用基本组合下，单向受压支座始终保持受压状态。

其二，按作用标准值进行组合时，整体式截面连续箱梁桥的作用效应符合下式要求：

式（1）中：kqf——横桥向抗倾覆性稳定系数，取2.5；

∑Sbk,i——使上部结构稳定的效应设计值；

∑Ssk,i——使上部结构失稳的效应设计值。

对于墩梁固结桥梁：除进行支座脱压验算外，还应进行固结墩的墩顶、墩底、墩身截面尺寸与配筋变化处等控制截面的承载能力极限状态验算，基础（地基）和支座等的承载力验算。

通过Midas/civil 建立8 种桥型的空间杆系有限元模型，通过约束节点模拟支座布置，其中桥型3 模型如图2所示。

图2 桥型3 结构验算模型

1 至7 进行脱压验算和横桥向抗倾覆稳定性系数验算结果如表3所示，可以看出，存在墩梁固结结构的匝道桥支座脱压和横向稳定性均好于上跨桥，墩梁固结能够增强全桥抗扭能力和整体性[4]。8 种桥型中只有3 种桥型同时满足脱压验算和横桥向抗倾覆稳定性系数验算，但桥型2 和桥型4 存在连续3 座桥墩均为独柱墩，稳定系数小于桥型6，桥型6 的稳定性系最高。

表3 脱压验算和稳定性验算

对桥型2 至6 的固结墩控制截面进行承载能力验算，结果如表4所示，最大弯矩均小于弯矩承载力，最大轴力均小于轴向承载力，桥墩抗压能力和抗弯能力均满足要求。

表4 固结墩控制截面承载能力验算

3 安全评估

根据《公路危旧桥梁排查和改造技术要求》独柱横向抗倾覆安全性评估原则：一是直接评为较大安全风险；二是不存在较大安全风险的情况下，对于专项调查无严重病害和满足结构验算下，为无安全风险；在满足稳定系数下，支座验算和无严重病害满足一项，为一般安全风险；其余为较大安全风险。综上所述，当上跨天桥1183+390 等9 座独柱墩桥梁抗倾覆稳定系数小于2.5 时，抗倾覆风险较大；高田互通D 匝道桥和E 匝道桥专项调查和结构验算均满足，但存在连续3 座桥墩为独柱墩的情况，在超载严重情况下，仍存在一定的抗倾覆风险；只有高田互通B 匝道桥（第二联）满足所有条件，才可判断为无倾覆风险。

4 结论

本文对江西省高速公路独柱墩桥梁进行了调查，并选取济广高速鹰瑞北段独柱墩桥梁开展横向倾覆安全性能评估，得到以下结论：

其一，从专项调查和结构验算来看，济广高速鹰瑞段12 座独柱墩桥梁中，只有3 座独柱墩桥梁满足要求，考虑连续独柱墩影响，只有1 座独柱墩桥梁无风险。大部分桥梁横向倾覆安全性较大，需采取对应的改造措施提高抗倾覆能力；

其二，存在墩梁固结结构的独柱墩匝道桥抗倾覆能力好于上跨桥；独柱墩联中，连续的独柱墩会降低整联抗倾覆能力。

其三，江西省内高速公路独柱墩桥梁抗倾覆安全性能评估中，应重点关注上跨桥和存在连续独柱墩的桥梁。