曲線獨柱墩連續(xù)箱梁抗傾覆加固設計實踐
2015-09-14
引言
在城市高架、城市立交橋以及高速公路的匝道橋建設中，獨柱式橋墩連續(xù)梁橋由于具有結(jié)構輕巧，橋下通透性好、視野開闊，易適應地形，下部工程量小等優(yōu)點而在橋梁工程中廣泛采用，在很多跨線橋的空間位置受到限制的情況下，往往成了唯一的橋型選擇。
但是，隨著獨柱連續(xù)箱梁橋應用的推廣，許多過去未曾預料到的問題逐漸顯現(xiàn)出來，其中最引人注目的要屬橋梁整體傾覆的問題。如 2012 年 8月24日，哈爾濱陽明灘跨江大橋一段引橋發(fā)生整體塌落，造成不小的經(jīng)濟損失和極為不良的社會影響。箱梁橋傾覆過程是在活載的傾覆作用下，上部結(jié)構整體失去平衡的破壞。結(jié)構傾覆時，事前并無明顯表征，其危害性極大。因此，對已建連續(xù)箱梁配獨柱墩橋型的橫向整體抗傾覆能力進行驗算，并對不滿足要求的箱梁進行加固設計就成了當前一個重要課題。
驗算力學模型的建立及求解
橋梁在一個平面內(nèi)，由若干個支座支承，要發(fā)生整體傾覆，總是存在一個翻轉(zhuǎn)軸，在外力的變化下，這個翻轉(zhuǎn)軸的一個方向翻轉(zhuǎn)的力矩不斷增大，達到并超過了整個結(jié)構對于這個翻轉(zhuǎn)軸所能承受的抵抗翻轉(zhuǎn)力矩，整體結(jié)構就會發(fā)生翻轉(zhuǎn)并傾覆。
任意兩個最外側(cè)支座的連線就構成一個翻轉(zhuǎn)軸,當翻轉(zhuǎn)軸外側(cè)的活載力矩過大,超過箱梁自重所能承受的抵抗力矩后,箱梁整體將向偏載一側(cè)翻轉(zhuǎn)。
為了分析橋梁橫向抗傾覆能力,先做出以下假設,以簡化問題：
(1)橋梁整體簡化為一個平面結(jié)構；
(2)橋梁縱橫向強度、剛度滿足要求,即不會發(fā)生除橫向傾覆失穩(wěn)以外的其他破壞形式；
(3)計算抗傾覆能力時,不考慮橋梁變形對受力的影響，即假定橋梁整體上部結(jié)構為剛體。
可以用抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)作為評價連續(xù)梁橋抗傾覆能力的指標，計算公式如下。
式中：—抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)；
—使上部結(jié)構傾覆的作用效應；
—使上部結(jié)構穩(wěn)定的作用效應。
現(xiàn)行《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG D62-2004）中未對箱梁上部結(jié)構抗傾覆穩(wěn)定性驗算進行規(guī)定，本次驗算參考《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（征求意見稿）第4.1.9條，該條規(guī)定如下：
采用整體式斷面的中小跨徑梁橋應進行上部結(jié)構抗傾覆驗算。上部結(jié)構的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)應滿足下式要求：
式中：——抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)；
——使上部結(jié)構傾覆的汽車荷載（含沖擊作用）標準值效應；
——使上部結(jié)構穩(wěn)定的作用效應標準組合。
原設計結(jié)構概況
本文加固項目為某互通立交匝道橋的一聯(lián)箱梁，跨徑組合為：2*20+19.3m。上部結(jié)構為鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，箱梁平面位于A=179.444，R=230的緩和線和圓曲線上，橋面寬8.5m。
過渡墩采用D=100cm的雙柱墩，支座間距2.5m；樁基采用兩根D=120cm的鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁中心間距320cm；樁、墩間采用厚150cm的承臺相連。
非過渡墩采用D=120cm獨柱墩，墩柱中心與箱梁中心重合；樁基采用兩根D=120cm的鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁中心間距320cm；樁、墩間采用厚150cm的承臺相連。
結(jié)構加固措施
根據(jù)以上驗算結(jié)果及施工條件的要求，為保證結(jié)構的抗傾覆穩(wěn)定安全性，設計加固方案在原有獨柱墩的外側(cè)包裹混凝土形成圓端形板式墩。墩身橫橋向?qū)?.5m，順橋向?qū)?.5m，兩端設D=1.5m圓弧，以弱化墩身體量，改善加固后結(jié)構的景觀效果。墩頂橫橋向設兩個支座，支座間距2.5m，加強結(jié)構抗傾覆性能。
經(jīng)上述墩身加固處理，中間非過渡墩均采用雙支座，箱梁傾覆軸線發(fā)生變化，箱梁加固。
1、植筋
混凝土表面處理：根據(jù)要求并結(jié)合現(xiàn)場測量定位，在墩柱、承臺新舊混凝土結(jié)合面，鑿除6～8mm厚的表層砂漿，使堅實的混凝土石外露，并鑿成凹凸不平的粗糙面，再用鋼絲輪清除表面浮漿，剔除表層疏松物。
鉆孔植筋：依照要求放出需鉆孔的位置，并用鋼筋測試儀探明原橋鋼筋位置，調(diào)整并最終確定鉆孔位置，然后鉆孔。鉆孔時應避免碰及原有鋼筋?？讖胶涂咨顟獓栏癜丛O計要求施工。灌入植筋的粘合劑應采用符合要求的產(chǎn)品，施工工藝必須符合植筋技術要求。為減少鉆孔對截面的削弱，植筋鉆孔應分兩批進行，相鄰鋼筋應間隔先后施工。待第一批植筋膠固化后方可進行第二批鋼筋的鉆孔施工。
2、安裝梁底調(diào)平鋼板
根據(jù)調(diào)平鋼板四角高度，加工調(diào)平鋼板成楔形。鋼板加工前需對箱梁對應位置進測量，可根據(jù)現(xiàn)場情況對鋼板四角高程進行適當調(diào)整，保證鋼板安裝后，其頂面與梁底面密貼，鋼板底面水平。
鑿除鋼板黏貼區(qū)混凝土表面的表層砂漿，使堅實的混凝土石外露，并形成平整的粗糙面，表面不平處應用尖鑿輕鑿整平，剔除表層疏松物。根據(jù)調(diào)平鋼板錨栓孔、支座鋼板錨栓孔位置進行鉆孔，均勻涂抹環(huán)氧樹脂砂漿，采用錨栓固定調(diào)平鋼板。
3、澆注墩柱混凝土
立模澆注墩柱混凝土，新老砼結(jié)合面在砼澆注之前均刷(或噴)界面膠，注意預埋支座墊石的預埋鋼筋。
4、頂升箱梁、增加支座
頂升箱梁施工時應封閉交通。支座更換應采用整聯(lián)頂升，橫橋向必須嚴格同步。頂升梁體的臨時支架應滿足強度、剛度及穩(wěn)定性的要求。新支座施工完畢后拆除原有支座。本聯(lián)箱梁恒載總重約880噸。
小結(jié)
本文以箱梁整體剛性假設為基礎，采用《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（征求意見稿）的抗傾覆穩(wěn)定計算公式，驗算了某互通立交匝道橋連續(xù)箱梁的抗傾覆穩(wěn)定性，在穩(wěn)定系數(shù)較小的情況下進行了加固方案的設計，并詳細設計了加固的施工流程。經(jīng)驗算，加固后的箱梁可以滿足抗傾覆穩(wěn)定的安全要求。目前，該聯(lián)箱梁已完成的加固的施工且運營良好。
