浅谈独柱墩桥梁抗倾覆处治.pdf

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２０１６年第１２期（总第１８９期）江西建材交通工程浅谈独柱墩桥梁抗倾覆处治■毕玉■广东博大高速公路有限公司博深分公司，广东广州５１００００摘要：城市立交、高速匝道等曲线桥梁多采用独柱现浇连续箱梁结构。该结构模拟验算［５］：工况一：恒载＋公路—Ⅰ级；工况二：恒载＋３．４倍公路—占地少、能改善下部结构布局、增加视野、桥型美观。随着交通量及行车Ⅰ级（横桥向布置一个车道），本工况模拟重载货车偏载密集排队现象。荷载不断增大，该结构桥梁已发生多起倾覆和超载倒坍事故，本文从分计算模型详见图２。析验算、方案比选两方面对独柱墩桥梁抗倾覆处治进行分析。关键词：独柱墩抗倾覆负反力脱空独柱墩桥梁是用独柱墩来支撑桥梁上部结构，其设计理论相对于［１］双支柱和多支柱并无特别之处，常见于高速公路、市政道路的跨线桥、立交、高架、匝道中。所经区域桥下一般有其他道路，要求桥梁的墩柱要落在有限范围内，因此将常规的横向双柱改为独柱。但独柱墩不［２］代表单支点，一般设计中均采用横向双支点的约束体系。相对于其图２计算模型优点，在桥面行车荷载超载情况下，独柱墩桥梁抗倾覆能力不足或者承２．２验算目标［３－４］载力的富余值不够。近年，全国已经发生多起独柱墩桥梁倾覆坍（１）在作用基本组合下，单向受压支座始终保持受压状态；（２）在塌事故，造成不同程度人员伤亡财产损失。作用基本组合下，当汽车荷载作用分项系数为３．４时，单向受压支座保为避免类似事故的发生，建议新建项目慎用独柱墩，如采用必须经持受压状态；（３）当连续箱梁桥整联只采用单向受压支座支承时，抗倾过专项设计、论证保证安全，对于新建项目这里不再赘述，下文将从分覆系数≥５；（４）在作用基本组合下，汽车荷载效应分项系数为３．４时，析验算、处治方案比选两方面对某座已建成独柱墩桥梁进行分析，实现固结中墩压弯强度应满足设计规范的要求。抗倾覆处治程序化目标。２．２验算分析１独柱墩桥梁概况（１）在各种荷载工况下，支点反力值如表１所示。某立交匝道桥第五联为有独柱墩，跨径组合：（２０＋３０＋３０＋２０）ｍ表１支点反力汇总表预应力混凝土连续箱梁结构；平面布置：Ｒ＝１３５ｍ圆曲线；墩柱布置：１３基本组合（３．４基本组合（３．４支座基本组合基本组合１．０恒＃、１４＃、１６＃和１７＃桥墩采用双支撑，支座间距４．５ｍ；中间１５＃墩为独柱墩倍汽车荷载）倍汽车荷载）位置最大（ｋＮ）最小（ｋＮ）（ｋＮ）梁固结。１３＃、１４＃、１７＃桥墩支座间距为４．５ｍ，１６＃桥墩支座间距为最大（ｋＮ）最小（ｋＮ）２．５２ｍ，桥面宽度：１０．５ｍ。平面图详见图１。１３－１３６８１．０７００．５４９２５．６１９７．０１２８０．２１３－２２７３５．２１５７．３４００９．５－４３１．５８８４．０１４－１４８７８．９１３９９．９５８９４．７１１０２．６２３０３．４１４－２５９０１．４２７８０．５６９４９．６２５０３．３３０９０．７１５－１１１７７６．３６４１５．２１２３９６．７６３７３．７６８７９．８１６－１４９７９．８１６４０．８５８７５．７１４０７．６２４４４．４图１平面线形及墩台支点布置图２独柱墩稳定性验算１６－２５７１４．８２７３６．０６６６８．３２５１２．６３０３０．２２．１验算工况１７－１３８６８．２５３６．０５２５０．２－２０２．３１２８９．９根据该区域交通运输行业行政主管部门的要求，按以下工况进行檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪４．３碎石的撒布路面反射裂缝的防治措施，对半刚性基层沥青混凝土路面反射裂缝的在用撒不车对橡胶沥青进行撒布后，立即撒布预拌好的碎石，撒布防治提供一定的思路。的碎石为单粒径碎石，粒径一般控制在５～１１ｍｍ之间，即所谓的“瓜米”石。碎石的洒布量应控制在覆盖总撒布面积的６０％～７０％。碎石参考文献撒布完成后，及时用压路机进行碾压，碾压好后严禁车辆通行。［１］王龙，刘东亮．沥青碎石与级配碎石过渡层在防止半刚性基层反射４．４面层的摊铺裂缝的对比分析［Ｊ］．东北公路，２００２．面层的摊铺应紧跟着应力吸收层的摊铺，即在应力吸收层摊铺完［２］江辉峰．土工布在旧沥青路面补强设计中的应用［Ｊ］．中国市政工成后，立即进行面层摊铺。程，２０００（０４）：２９－３０．４．５质量跟踪［３］张韬颖．水泥稳定碎石基层裂缝产生原因及预防措施［Ｊ］．甘肃科该高速公路经过采用橡胶沥青铺设应力吸收层处置之后，对维修技，２０１６．后的路面进行跟踪调查，发现整体路段质量较好，并无大面积反射裂缝［４］隋姗姗，韩琪．路面基层材料水泥稳定沙砾抗冻性研究［Ｊ］．森林工的复发。程，２０１１（０２）：７７－７９．５结论［５］王艳明，郝财国．半刚性基层沥青路面反射裂缝形成机理及防治措本文从半刚性基层反射裂缝形成的原因为分析基础，着力从根本施［Ｊ］．交通科技，２００９（０２）：５２－５４．上解决问题，提出了从原材料方面控制反射裂缝的形成以及在半刚性基层和面层之间设置加铺层防止反射裂缝的扩展两方面进行分析，并作者简介：金家明（１９６５年９月生），男，安徽合肥人，本科，学士，且以国内某高速公路反射裂缝处置为例，论述半刚性基层沥青混凝土研究方向：公路与城市道路。·２００· 基本组合（３．４基本组合（３．４制，因此１４＃墩仅在内侧增设支点，１６＃墩仅在外侧增设支点。采用方案支座基本组合基本组合１．０恒位置最大（ｋＮ）最小（ｋＮ）倍汽车荷载）倍汽车荷载）（ｋＮ）一加固后的计算结果显示：当桥梁外侧布载时，基本组合作用下１６－１＃最大（ｋＮ）最小（ｋＮ）支座仍均存在脱空；当桥梁内侧布载时，基本组合作用下１６－１＃支座仍１７－２２７４８．６－１６５．２４１６７．５－９８４．４８１３．５均存在脱空。在基本组合下，边支座处于受拉状态；当活载分项系数为３．４时，方法二：１５＃墩沿分隔带缝隙增设墩柱，增加支点。受到净空限制，边支座处于受拉状态。综上，支座负反力不满足要求，出现脱空支座。因此１５＃墩仅沿分隔带缝隙增设墩柱，增加支点。采用方案二加固后的（２）进行抗倾覆验算。验算结果如下表２所示。计算结果显示：当桥梁外侧布载时，基本组合作用下１３－１＃、１６－１及表２抗倾覆验算数据表１７－１＃支座仍均存在脱空；当桥梁内侧布载时，基本组合作用下均不再支座反力活载反力抗倾覆弯矩倾覆弯矩存在脱空。支座号Ｘｉ（ｍ）ｋｑｆＲＧｋｉ（ＫＮ）ＲＱｋｉ（ＫＮ）∑ＲＧｋｉＸｉ∑ＲＱｋｉＸｉ方法三：１３＃墩、１７＃墩支点外侧垫塞增加支座。１３＃墩、１７＃墩为过１３－１１２８０．２１４９．９６．０７渡墩。采用方案三加固后的计算显示：当桥梁外侧布载时，基本组合作１３－２８８４．０－１８４．６１０．２４用下１６－１＃支座仍均存在脱空；当桥梁内侧布载时，基本组合作用下１６－１＃支座仍均存在脱空。１４－１２３０３．４－９１５．４４．３７由上述三种方法的计算结果可见，采用单一加固方法不能解决所１４－２３０９０．７－３６７．７０．００有墩支座脱空问题，因此采用组合方案进行加固。通过验算采用方法１５－１６８７９．８－１０７０．４１．６１５６８８８．１１０１５８．２５．６一及方法三组合方案可解决基本组合作用下，支座不再脱空；并且，在１６－１２４４４．４－８５７．５２．４７调整支点间距后，汽车荷载分项系数取３．４时，支座不再脱空。１６－２３０３０．２－３６０．９０．００３．２独柱墩稳定性处置后验算结果采用方法一及方法三组合方案加固后，立交匝道第五联，计算结果１７－１１２８９．９２７６．４４．４９汇总见表５。１７－２８１３．５－２９５．７８．７２表５基本组合作用下，最小支反力结果汇总由上表可知，抗倾覆系数Ｋｑｆ＝５．６≥５，满足要求。基本组合作用下，３．４倍汽车荷载，基本组合作用下，３．４倍汽车荷载，支座（３）固结墩压弯强度验算。匝道桥第五联中，１５＃墩为固结墩。１５＃最小反力值最小反力值最小反值最小反力值编号桥墩采用独柱式（墩梁固结）桥墩，支承中心位于箱梁底中心处。桥墩（外侧布载）（外侧布载）（内侧布载）（内侧布载）结构形式为直径１．６米圆柱墩（９．８３米）接２．２×２．８ｍ方墩（１０米）。１３－１２０２．８１４．３２４５．８２４２．４结构构件高度取１９．８３米，计算长度系数为１．０。由于方墩的直径远大１３－２５８１．１４９９．６５２２．７３６０．２于圆柱墩，故仅对圆柱墩截面进行验算。圆截面主筋中心距离外表面１４－１２２２１．９２３１９．８２２２１．９２３７２．３４．５ｃｍ。主筋采用３６根直径２５ｍｍ的ＨＲＢ３３５钢筋。固结墩在３．４倍１４－２２１００．４２２３９．４１８１７．８１４４９．４汽车荷载下的压弯强度验算如表３所示。１５－１８６１７．８８４４１．３８６３０．３８４７１．５表３匝道桥第五联１５＃墩强度验算弯矩弯矩极限极限弯矩极限弯矩安全１６－１３８４．６３２２．１３８４．６６２５．８轴力－ｙ－ｚ轴力－ｙ－ｚ系数１６－２１８６８．２１７１８．０１８６８．２１７３７．１最大－６３１２．０４１３８６．０２１１５．４３－１８５４５５８６４１０２６２．９４轴力１７－１２５６．７７５．３３０８．６３００．７最小－１１６０７．８－９１８．３８－４２０４．１－１２９０９－１７３２－６４６８１．１１１７－２５３５．９４５１．０４７５．２３０７．１弯矩最大－８１８４．４１１６５１．１７－１０４２．６４－１７５２７５１３７－３４４８２．１４墩顶通过以上计算结果可以看出，采用方法一及方法三组合方案加固－ｙ最小－９５５４．０９－１３２２．７８１５２．８６－２２３１８－４７１１１１６８２．３４后，立交匝道第五联，在基本组合作用以及３．４倍汽车荷载作用下，支弯矩最大－６６２２．７７１０３３．１５３１５２．９９－９６０６２２４６６０９１１．４５座均不出现负反力，处治效果达到验算目标。－ｚ最小－１１３２６．５－９１５．７７－４２６７．５２－１２４５９－１６９９－６４７８１．１４总结在进行独柱墩桥梁抗倾覆处治时，理论分析上往往单一的方案不最大－６８２５．９１５３７．４１－２１９６．４２－１４２２０１９０１－６３８１２．０８轴力可行，往往需要多种方案组合，才能达到处治目标。在进行方案设计最小－１２２２４．４２９１．１５－２７８８．６６－１８１３４１１３３－５９３５１．４８时，也要从安全、可行、经济等实际角度综合考虑，我国公路交通建设已弯矩最大－８５６９．０１５７９．３７－２５０１．１－１５３５７１８３１－６２９５１．７９进入平缓期，早期修建的路桥已进入养护高峰期，随着不断增加的交通墩底－ｙ最小－１０３００２０６．８８－１７３２．７４－２０８２４１２００－５１９９２．０２流量和行车荷载，独柱墩抗倾覆处治工作刻不容缓。弯矩最大－７３４２．８２４１．７７－２７１．７５－２６９９４２００５－２１４８３．６８－ｚ参考文献最小－１１８８５．５３２９．６２－３２５８．８４－１６３３８１１０４－６３２３１．３７［１］顾安邦．桥梁工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９９．从上表可以看出，固结墩压弯强度满足设计规范要求。［２］ＪＴＧＤ６０—Ｆ２０１５公路桥涵设计通用规范［Ｓ］．北京：人民交通出版２．４验算结果汇总社，２０１５．［６］立交匝道第五联的复核验算结果表如表４所示。［３］林晓娟，独柱墩连桥梁常见问题及原因分析［Ｊ］．工程与建设，表４验算及复核结果表２０１３，２７（２）：１９８－２００．基本组合下３．４倍汽车荷载箱梁整体抗３．４倍汽车荷［４］陈枝洪，独柱墩连续箱梁结构受力特征［Ｊ］．公路交通科技，２００６，２３支座是否脱空支座是否脱空倾覆系数载独柱墩压弯强度（６）：８９－９１．－１６５．２－９８４．４满足满足［５］ＪＴＧＢ０１—２０１４公路工程技术标准［Ｓ］．北京：人民交通出版社，通过以上计算结果可以看出，基本组合以及３．４倍汽车荷载作用２０１４．下，立交匝道第五联桥均存在支座脱空，需对桥墩采取必要的加固措［６］ＪＴＧＤ６２—Ｆ２００４公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范施。［Ｓ］．北京：人民交通出版社，２００４．３处置方案３．１处治手段的选择作者简介：毕玉（１９８７年生），男，硕士，主要从事公路桥涵养护相方法一：１４＃墩内侧增设支点，１６＃墩外侧增设支点。受到净空限关工作。·２０１·