独柱墩桥梁加固设计与施工技术研究

独柱墩桥梁加固设计与施工技术研究

张新

越秀（中国）交通基建投资有限公司广东广州510623

摘要：独柱墩桥梁是一种常见的基础类型，多出现在城市立交、高速公路中，具有施工简单、性能优良的特点。本文以此为核心，首先指出独柱墩桥梁的设计使用问题，然后介绍了加固设计与施工技术要点，最后通过工程案例，探讨了加固施工技术的实际应用，以供参考。

关键词：高速公路；独柱墩桥梁；加固设计；施工技术

随着国民经济的健康发展，国家在基础设施建设上的投入力度不断加大，其中就包括高速公路项目。调查数据显示，目前独柱墩桥梁的应用较为广泛，多采用现浇连续箱梁结构，尤其在城市立交、高速匝道中具有较高的应用价值。一般情况下，行车道在4车道以上，桥梁会采用双柱墩；行车道在4车道以内，则会优先采用独柱墩，不仅节省了施工材料，而且整个施工作业更加简单。

分析独柱墩桥梁的特点，一是位于路面中心，二是采用1根柱子+1个支点的结构，从而支撑起梁板及路面以上的所有重量。如此设计施工，不仅减少了墩柱的占地面积，而且桥下结构布局更为开阔，为城市的景观美化作业创造了有利条件。当面对拥堵的交通环境，独柱墩桥梁的应用能缓解交通压力，推动我国城市化进程的快速发展。

1、高速公路独柱墩桥梁的设计使用问题

1.1设计问题

简单来说，独柱墩桥梁的结构就是桥面+中心支点，该支点能够支撑整个桥梁的重量，也包括桥面上的车辆自重。一般情况下，如果车辆没有超载超速，严格按照桥梁的中心线行驶，那么桥梁结构能均匀受力，整体处于稳定状态，墩柱设计不会出现问题。但是，实际行驶时车辆大多不按照桥梁中心线，因此会产生跷跷板的现象，由于结构受力不均匀，继而造成偏载、支座脱空等情况，最终导致桥梁失衡倾覆。

1.2使用问题

独柱墩桥梁在施工建设期间，优点是能够节省大量材料，降低了工程造价，但是在后期使用和维护中，却存在诸多性能隐患。以6.19广东河源城南互通立交匝道桥事故为例，分析事故发生原因，一方面是桥面上的车辆超重，且沿着桥梁边线行驶，导致结构力矩过大；另外也和桥梁采用独柱墩设计有关，桥梁自身的抗倾覆能力明显减弱。因此，要想提高独柱墩桥梁的性能质量，就必须从设计、使用两个方面入手，针对存在的隐患进行加固改造。

2、独柱墩桥梁加固设计与施工技术要点

2.1上部结构加固

第一，桥面加固。如果桥面结构出现裂缝等损害情况，加固处理可以在桥面上层铺设钢筋混凝土，以满足荷载设计要求。如果桥面破坏严重，则要对整个桥面进行更换，通过调整桥梁的整体承载力，来提高桥梁的受压力。

第二，增加桥梁截面。当桥梁载重难以满足通车要求时，加固处理可以增大桥梁的截面，或者钢筋的截面。如此处理，桥梁的宽度或厚度会明显增加，继而提高梁体的稳定性，确保载重能力满足标准要求。另外，施工建设期间，如果钢筋网铺设完成，对混凝土进行高速喷射，也能够提高梁体的稳定性。

第三，钢板粘贴。通过钢板粘贴的方式来加固桥梁，是近年来新兴的一种技术，优势是不会改变梁体的几何尺寸，而且施工操作简单，不仅能获得良好的加固效果，还会缩短施工时间。简单来说，施工时就是将钢板和混凝土紧密粘贴在一起，将其用于结构脆弱之处，来提高梁体的整体稳定性。

第四，增设盖梁。对于梁体的上部结构而言，为独柱墩支架新的盖梁，促使其和原有立柱有机结合，一方面能够将承受力转移到下部结构，从而减小上部结构的荷载，避免发生破坏现象。另一方面，增设盖梁还能避免支座脱空，增强独柱墩的抗压能力。在盖梁的结构形式上，主要是钢结构或混凝土结构，得益于施工技术的进步，为增设盖梁加固处理提供了技术支持。

2.2下部结构加固

第一，扩大基础。扩大桥梁的基础，就是扩大底面积，在桥梁加固工程中比较常见。加固处理前，要求首先核算梁体的整体强度，一旦存在沉降差，就可以对基础扩大处理。

第二，增加桩基数量。当桥梁的墩柱出现沉降，或者基础深度不够、产生倾斜现象，此时会影响梁体的稳定性。在施工条件允许的前提下，可以适当增加桩基数量，以此提高桥梁的稳定性。另外，桥墩因埋深不足或质量问题形成裂缝，可以对钢筋混凝土进行加套处理，能抑制裂缝发展，保证梁体的稳定性。

第三，拓宽桩台。对桥梁墩台进行加宽，一般只对悬臂加宽即可，墩台自身和基础没有必要加宽。该加固方案执行之前，要保证墩台的完整性，没有受到外力破坏，而且墩台的承载力满足要求。如果不满足使用标准，则要重建墩台。

第四，增设支撑柱。对于梁体的下部结构而言，增设支撑柱是常用的加固手段。独柱墩下方是承台，在承台两侧增加支撑柱，能够提高承台的受力面积，继而改善受力状态。虽然该加固方法操作简单、实用性强，但是会破坏墙下的美观程度，也会影响桥下的正常交通。

2.3抗倾覆管理技术

除了施工技术措施以外，管理技术措施有如下几点：一是交通管制。独柱墩桥梁上的车辆在行驶期间，要求严格遵守交通规则，禁止超载超速，避免桥梁结构处于负荷超限。同时设置交通警示牌，提醒司机沿着桥梁中线行驶，抑制桥梁倾覆。二是完善律法制度。应该完善桥梁在抗倾覆方面的律法制度，结合实际施工建设情况，提出相应的标准和要求。从规划、设计、施工等各个方面入手，切实提高桥梁的稳定性，增强抗倾覆能力。

3、工程实例分析

3.1工程概况

以广州市北二环高速公路独柱墩桥梁抗倾覆改造工程为例，选取其中的水沥互通式立交CD匝道桥，桥梁起点、终点桩号分别为CDK0+178.264、CDK0+479.910，全长301.6m，由两联组成，桥梁跨径组合为（15.97+8×20.09+15.92）m+（16.20+3×19+19.02+16.54）m，上部结构属于钢混现浇连续箱梁，下部结构采用肋式、柱式桥台和柱式桥墩，基础结构为钻孔灌注桩。本次加固处理对象是桥梁的第1联，第一联桥长192.61m，桥宽8.5m,依据《广东省高速公路独柱墩连续箱梁桥横向抗倾覆安全性评估验算指导意见》、《广州市北二环高速公路十四座独柱墩桥梁专项检查报告》，得出第1联桥梁不满足抗倾覆稳定性要求。

3.2加固技术方案

从该桥梁的实际情况入手，在保证技术和安全的前提下，制定方便快捷的施工方案，以减少对于交通运营的影响。具体设计方案如下：在单支座的原独柱墩墩顶增设盖梁，在原支座两侧各增加1个板式橡胶支座，恒载反力由原支座承受，活载反力由三个支座共同承担。将单点支撑调整为横向三点支撑，一方面提高了抗倾覆稳定性，另一方面能降低或消除支座负反力。

图6：第二模态失稳板单元位移图

根据计算结果，所有前四阶特征值均大于1，结构稳定性满足要求。

结语

综上所述，在高速公路中，独柱墩桥梁结构的应用普遍，具有施工简单、节省材料、节约成本的优势。然而，该类型桥梁在设计和使用中也容易出现问题，导致抗倾覆稳定性不足。对此，应该结合桥梁的实际情况和受力特点，科学制定加固改造方案，从而提高桥梁的整体稳定性，保证行车安全。

参考文献

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