一类独柱墩跨线桥安全提升改造关键技术

梁彧，窦勇芝

（1.柳州市市政设施维护管理处，广西 柳州 545005；2.柳州欧维姆结构检测技术有限公司，广西 柳州 545005）

1 引言

当前，一类独柱墩跨线桥由于桥面超载车列偏载行进，对整个桥梁支撑体系形成较不利倾覆效应，当自身抗倾覆效应小于倾覆效应时，造成桥面倾覆坍塌事故。桥梁规范对此类独柱墩桥做出须进行安全提升改造的要求[1-6]。一种改造设计方法为通过在独柱墩顶增设盖梁，将单支承改为多支承体系，加强结构抗扭转变形能力，以满足抗倾覆要求。本文结合一类独柱墩跨线桥安全提升改造关键技术做了进一步研究，主要解决如下工程难点：如何结合该类跨线桥结构特点及梁下空间，设计增设盖梁，将单支座支承改为多支座支承体系。工程实践表明设计合理，施工安全可行，实现了该类桥型独柱墩安全提升改造。

2 工程概况

某跨线桥全长86.06 m，桥面总宽8.5 m，跨径组合为4×20 m。上部构造采用4×20 m钢筋混凝土现浇连续箱梁，下部构造桥墩采用独柱式墩，桥台采用肋板式台，全桥均采用桩基础。桥型布置立面如图1所示。

3 设计关键技术

经现场踏勘测量，跨线桥下部构造1#~3#墩均为直径1.2 m独柱墩，直径1.5 m桩基础。墩顶设置单个板式橡胶支座，梁底至墩顶高度为0.25 m。

经验算，1#~3#桥墩和桩基础强度在满足加固要求的前提下，考虑在墩顶增设盖梁构造，将中墩单支座支承改为多支承体系，以加强上部整体结构抗扭转变形能力，提升抗倾覆安全性。

采取2种增设盖梁构造方案进行比选。第一种方案为增设钢筋混凝土盖梁构造方案。采用现场植筋、绑扎钢筋、现场浇筑混凝土。参照原设计图，原墩柱钢筋配置较密集，植筋数量较多难以避开钢筋主筋位置，钢筋骨架就位及绑扎难度大，混凝土振捣效果较差，尤其是距梁底作业操作空间有限，难以振捣密实，且钢筋混凝土盖梁自重较大，对桩基既有承载力影响较大。另外，钢筋混凝土盖梁与既有墩柱之间新旧混凝土结合面难以保证结合密实性。第二种方案为增设钢盖梁构造方案。采用在预制厂加工成型两半式钢盖梁结构，运至现场进行装配式拼装，用高强螺栓进行钢结构拼接缝位置连接定位固定，并现场焊接两半式钢盖梁拼接缝，使得两半式钢盖梁成整体，同时植入化学锚栓连接钢盖梁与原墩柱，在钢盖梁与混凝土立柱结合面处压注胶黏剂，以确保钢盖梁与圆墩柱共同参与受力。第二种方案钢盖梁构造自重较轻，对桩基承载力影响较小，施工速度快。经上述方案综合比较，采用第二种增设钢盖梁构造方案。

采用新增钢盖梁构造加固方案，同时在原单支座各一侧的盖梁顶面新增支座，加固后新设的支承点作用在既有墩柱各一侧，增设支座处的支承反力使得既有墩柱截面的附加弯矩值增大。桥墩墩柱在偏心力作用下墩底截面极限承载力不满足现行规范要求，需要进行桥墩加固，本次采用墩柱增大截面加固方式，即在原墩柱外包0.1 m厚钢筋混凝土构造，如图2所示。

1#、3#桥墩墩柱增大截面外包0.1 m厚钢筋混凝土构造，加固后墩柱直径为1.4 m，同时既有墩柱顶设置钢结构盖梁构造，并在原板式橡胶支座外侧1 m分别增设1个辅助板式橡胶支座，新增辅助板式橡胶支座在恒载作用下不参与受力，仅承受活载作用，原独柱墩墩顶橡胶支座为主要受力支座。

利用有限元软件空间建模计算，上部构造箱梁、下部构造墩柱、增设盖梁均采用梁单元，箱梁材质为C50，增设盖梁材质为Q345，墩柱材质为C40，各支座支承与主梁连接采取弹性连接，输入支座支承弹性刚度，各墩柱底部按固定边界条件设置。

经过验算，基本组合考虑汽车活载最不利分布位置，活载分项系数取1.4。1#墩、3#墩增设支座后，基本组合作用下，支座最小反力为584 kN，所有支座始终处于受压状态；标准组合下，该桥横桥向抗倾覆稳定性系数最小取5.64，大于2.5，满足JTG 3362—2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》要求。

图1 桥型布置立面

图2 增设钢盖梁（单位：cm）

4 施工关键技术

4.1 外包墩柱加固施工

1）为加强新旧混凝土结构结合的紧密性，按设计尺寸放样，在放样范围内原墩柱表面凿毛，凿毛深度控制不小于6 mm，直至露出混凝土新鲜基面。用高压水冲洗基面干净。浇筑新混凝土前，旧混凝土表面必须保持干燥状态，应清除干净混凝土表面的附着物、油污等。墩柱钢筋外露时应在钢筋表面均匀涂刷阻锈剂。

2）墩柱植筋前采用钢筋探测仪探明既有墩柱钢筋实际位置，复核放样植筋位置，避免钻孔损伤墩柱受力主筋；复核植筋位置与原结构钢筋相冲突时，适当调整植筋钻孔位置，确保植筋钻孔一次成型。

3）按设计的钻孔直径垂直墩柱表面钻孔，钻孔深度与植筋埋设深度相同，钻孔位置孔道应顺直。

4）待钻孔成型，用钢丝刷对孔内粉尘清除，利用空气压缩机将孔内粉尘吹出孔外，通过干净棉布蘸取酒精对孔内重新擦拭至孔壁无灰尘。

5）将植筋胶填充入孔内，钢筋旋入孔内，进行钢筋植入，并在植筋胶固化前减少对钢筋扰动。为减小对原结构截面的损伤削弱，植筋工序不能在墩柱全部钻孔完成后再进行，应将墩柱分区分批进行钻孔及植筋。

6）涂刷混凝土界面剂。界面剂按产品配合比搅拌配制完成后，需尽快涂刷施工。将搅拌配制好的界面剂用刷子涂刷在干燥状态的经表面凿毛处理的旧混凝土表面上，全部覆盖旧混凝土，且不能漏涂。若增设绑扎钢筋较密集，可使用空气压缩机和喷涂机及喷枪来喷涂作业，界面剂喷涂应均匀，满布于墩柱喷涂面。涂敷一层后，应让界面剂渗入混凝土，待涂膜指触干燥后，再涂敷第二层和第三层。

7）浇筑外包混凝土：现场钢筋骨架绑扎完成后，按照外包混凝土轮廓立模板，模板采用成品圆形木模板，并设置可靠支撑，然后浇筑自密实混凝土。浇筑时注意自密实混凝土的配合比，加强钢筋密集部位的二次振捣，确保混凝土密实，避免孔洞及麻面的发生。

8）混凝土养护：浇筑完成后应加强养护，并覆盖土工布保温保湿。

4.2 钢盖梁预制加工

钢盖梁制作前，应现场核查墩柱尺寸，需根据墩柱实际尺寸调整钢套筒直径，保证钢套筒内侧与墩柱混凝土之间的灌胶间隙不大于9 mm，同时应保证安装后，两片钢盖梁半结构之间留有缝隙，以利于拼接螺栓及螺栓拧紧时产生预应力。在工厂预制钢构件和涂装，注意钢混结合面不涂装；测量墩柱与箱梁的相对位置，确定钢盖梁上支座组合高度，支座中心与梁底高度是根据原设计纵、横坡度计算得出，如实际纵、横坡度与原设计有出入，可根据实际纵、横坡度计算，调节梁底调平块高度。同时注意预埋支座限位装置螺栓及套筒。

钢构件在工厂内下料、切割、刨边、焊接和矫正，在工厂分节段预制。钢构件节段出厂前，应在厂内立体试拼装。试拼装达到精度要求后，方可运至工地施工支架上拼装。运输时不宜将钢构件直接接触，以避免导致局部塑性变形及损坏涂装，所有运输过程起吊时只能利用临时吊点。钢构件在运输过程中应防止倾倒、碰撞。支点要平稳、多点、可靠，要采取可靠措施防止意外和碰损。

4.3 钢盖梁安装

（1）安装钢盖梁前，需对墩柱顶部与盖梁接触部分混凝土面清理、找平，使之露出新面。（2）在墩柱上进行锚栓孔定位、钻孔、清孔；所有锚栓孔开孔完毕后，方可在钢盖梁相应位置进行开孔。（3）钢混结合面除锈后，安装钢盖梁，紧固钢套筒两侧螺栓。（4）安装锚栓，拧紧，单个锚栓安装扭矩为300 N·m。（5）钢盖梁半结构在现场焊接为一体。（6）对钢混结合面进行压力灌浆。（7）螺帽涂抹胶黏剂，并罩上半球形装饰盖。（8）按设计要求安装梁底调平块，调整调平钢板上侧螺母，保证新增支座与调平钢板密贴。（9）钢结构现场安装完成后，对钢板外表面局部破损位置按设计防腐体系进行修补，最后全结构（含外露螺栓部分）涂刷面漆，以利美观。面漆颜色建议采用与混凝土颜色一致或相近的颜色。

5 结论

本工程研究了如何增设钢盖梁及支座，将原独柱墩单支承改造成多支承体系，以原支座受力为主，加强结构抗扭转变形能力，以满足抗倾覆要求。同时通过外包钢筋混凝土增大原墩柱墩截面，满足在偏心受压作用下桥墩墩底截面极限承载力要求，实现独柱墩安全提升改造。该独柱墩安全提升改造施工周期短，对其既有跨越道路交通影响较小，费用成本较经济，对同类独柱墩安全提升改造工程具有可借鉴性。