張文博

（中交第四公路工程局有限公司,北京 100010）

0 引言

近幾年，我國匝道橋因超載等問題引起的橋梁獨柱墩處側(cè)翻事故時有發(fā)生，近年在互通匝道橋設(shè)計時，小半徑曲線橋往往避免獨柱墩，必須采用獨柱墩時，一般采取固結(jié)形式。同時在橋梁設(shè)計施工中，因設(shè)計和施工失誤發(fā)生的事故也偶有發(fā)生，產(chǎn)生了難以想象的嚴(yán)重后果，如何補救加固是一個難題。該文選取了一處施工過程中由于坐標(biāo)錯誤發(fā)生獨柱墩偏離原有位置的案例，通過實際分析計算，來探討遇到此類問題處理方式。

1 背景資料

某互通匝道號橋為（20+30+30+20）m 現(xiàn)澆箱梁，位于R=150 m 的左偏圓曲線上，上跨高速，與高速交角115°，為避免橋墩扎入現(xiàn)有高速公路，2 號墩斜做，且與箱梁橫梁固結(jié)。如圖1。

圖1 橋梁立面示意圖

箱梁橫梁正做，為保證固結(jié)面積，此處橫梁3 m 寬。

固結(jié)墩采用跨徑線與路幅中心線交點為中心，旋轉(zhuǎn)到與高速等角度（115°）。

由于施工按照設(shè)計線旋轉(zhuǎn)，未按照橋梁中心旋轉(zhuǎn)，使原設(shè)計圖紙中2#墩與箱梁底不對稱?，F(xiàn)場橋梁已經(jīng)施工完畢，橋墩偏移中心1.03 m，偏向曲線內(nèi)側(cè)。如圖2所示。

圖2 實際橋墩位置示意圖

2 定性分析

橋梁位于R=150 m 圓曲線上，由于曲率影響，梁截面發(fā)生豎彎必產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生撓曲變形，這種現(xiàn)象被廣泛稱“彎—扭”耦合作用，通常截面處于彎扭耦合作用時，彎梁截面的主拉應(yīng)力通常比直梁橋要大很多，會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，且梁曲線外側(cè)的豎向撓度是大于同跨徑的直橋的，梁端有可能出現(xiàn)翹曲，梁端橫橋向約束較弱時，梁體可能有向彎道外側(cè)移動的趨勢。

梁存在較大扭矩，會使梁的外側(cè)超載、內(nèi)側(cè)卸載甚至脫空，橋面寬度較大時內(nèi)、外梁的荷載差異更大。由于內(nèi)、外梁的支點反力有時相差很大，當(dāng)活載發(fā)生偏移時，內(nèi)梁可能產(chǎn)生負(fù)反力。曲線橋外邊緣撓度大于內(nèi)邊緣的撓度，曲率半徑越小這一趨勢越明顯，曲線內(nèi)外的橫向溫度梯度很小。

曲線梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，有必要進行全面的整體的空間受力計算分析，對其在承受縱向彎曲、扭轉(zhuǎn)和翹曲作用下，結(jié)合自重、預(yù)應(yīng)力和汽車活載等荷載進行詳細(xì)的受力分析。

獨柱墩一聯(lián)長度不大，橋面寬度最好三車道以下，對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定較為有利。

現(xiàn)建立空間模型進行分析，模型建立時，注意以下幾點：

（1）根據(jù)實際情況建立空間模型，選取六個自由度。

（2）下部墩柱，基礎(chǔ)剛度要計入。

（3）荷載注意彎剪扭的空間最不利組合，以及支承反力最不利布載和最不利組合。

（4）傾覆穩(wěn)定分析注意以下原則：1）以全部荷載支撐體系的抗扭約束可靠性為基礎(chǔ)。2）以結(jié)構(gòu)體系被破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)體系傾覆原則。3）傾覆破壞必須滯后于結(jié)構(gòu)強度破壞。

具體建模過程略。

3 處置措施

由于此處主梁與墩柱固結(jié)，在滿足預(yù)加力、溫度力、制動力、地震力等水平荷載作用下，利用墩柱和基礎(chǔ)的縱橋向抗彎剛度和抗彎承載力，增加剛度限制位移，提高橋梁的抗傾覆能力。橋梁審核及設(shè)計人員對現(xiàn)場實際情況進行了分析計算，目前已實施完成方案橋梁主梁和墩柱銜接方式比較穩(wěn)定，但是在長期偏壓及不利荷載作用下，耐久性較差，為保證橋梁在長期偏壓及不利荷載作用下整體安全、受力平衡，須在已施工完成的承臺長度內(nèi)對橋墩進行適當(dāng)加寬。

變更方案如下：

（1）在既有墩柱向曲線半徑外側(cè)增加一個墩，并使新增墩柱與原墩柱成為一體。

（2）施工完成后，為使新舊橋墩區(qū)別不明顯，表面涂裝裝飾，為解決收縮開裂問題可考慮夾克法，力求美觀。

（3）橋墩頂?shù)酌鎱^(qū)域?qū)?yīng)的箱梁橫梁和橋墩承臺鉆孔植筋，在現(xiàn)澆箱梁橫梁底和橋墩承臺頂鉆孔時，盡量定位原箱梁承臺主筋箍筋位置，可合理移動植入鋼筋位置，盡可能不要截斷橫梁和蓋梁鋼筋，如圖3。

圖3 橋墩縱向加固圖

（4）新增部分采用鉆孔植筋法與原橋墩連接，植筋前對原橋墩連接處進行鑿毛處理，如圖4。

圖4 橋墩橫向加固圖

（5）依據(jù)《公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范》（JTG/T522—2018）[1]附錄A 植筋中A.2.3 條植筋的基本錨固深度計算公式ls=0.2αsptdfy/fbd，計算得出三級鋼筋直徑28 mm 的錨固深度應(yīng)為41.1 cm，墩柱植筋深度50 cm 滿足要求，補充膠黏劑要求并按照規(guī)范計算植筋深度，側(cè)面植筋采用梅花狀排布。

此變更方案經(jīng)專家組審查，方案合理，經(jīng)濟可行，工程量增加較小的情況下能夠保證耐久性和安全性。在橋梁設(shè)計壽命內(nèi)對此設(shè)計方案負(fù)責(zé)。

4 橋墩樁基驗算

墩柱尺寸增加1.5 m×1.3 m×8.2 m，自重增加，且樁基受偏載作用，新增橋墩處下的樁基樁頂力增加，需要再次驗算樁長，確保樁長滿足要求。因下部施工已經(jīng)完成，需對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)重新進行樁基驗算，已確定樁基是否需要處理。

4.1 橋墩構(gòu)造

橋墩采用矩形柱式墩，墩柱尺寸為5.0 m（橫橋向）×1.3 m（縱橋向）。墩身下接矩形承臺，承臺尺寸為3.2 m（縱橋向）×8.2 m（橫橋向）×2.0 m（厚度），承臺下設(shè)2 根Φ1.8 m 的鉆孔灌注樁。樁基采用C30 水下混凝土。墩身及承臺與路線設(shè)計中心線交角115°。

圖5 橋墩平面布置圖

4.2 樁頂反力計算

上部靜力計算：結(jié)構(gòu)為（25+30+30+25）m 預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁，交角90°，跨越主線橋墩采用115°上部現(xiàn)澆箱梁采用正交布設(shè)，箱梁寬度12.25 m，高1.7 m，懸臂長2 m。主橋縱橋向結(jié)構(gòu)靜力計算采用橋梁博士進行，按A 類部分預(yù)應(yīng)力構(gòu)件進行計算。全橋共分為110 個單元，111 個節(jié)點。

荷載取值：

（1）一期恒載包括箱梁材料重量?；炷寥葜厝?.6 t/m3，箱梁按實際斷面計取重量。箱梁橫隔板以分布力計入。

（2）二期恒載包括護欄和橋面鋪裝，橋面鋪裝采用10 cm 瀝青混凝土+8 cm 水泥混凝土調(diào)平層，瀝青混凝土容重為2.4 t/m3，水泥混凝土容重為2.6 t/m3。二期恒載（橋面鋪裝+護欄）為：6.6 t/m。

可知2#墩處豎向力最大9 430 kN。

（3）活載。公路I 級。采用單梁計算時，設(shè)計車道數(shù)根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60—2015）[2]確定。

計算可得：

墩柱處豎向力 5 m×1.5 m×8 m×2 kN/m=1 500 kN

承臺處豎向力 8.2 m×3.2 m×2 m×25 kN/m=1 312 kN

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362—2018）[3]各工況組合下群樁頂?shù)姆戳θ绫? 所示。

表1 樁頂反力計算結(jié)果

取最不利情況，單樁承載力按照9 846 kN 計算。

將樁頂反力按X 方向（垂直于樁基中心線方向）和Y 方向（平行于樁基中心線方向）分解，各工況組合下群樁頂?shù)姆戳θ绫? 所示。

表2 群樁頂反力計算結(jié)果

4.3 群樁容許承載力計算

樁長計算依據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTG 3363—2019）[4]，采用群樁計算軟件進行計算。

根據(jù)鉆孔資料可知，該橋樁底持力層為細(xì)砂，樁基按摩擦樁計算。經(jīng)計算，樁基樁長及相應(yīng)驗算結(jié)果如表3所示。

表3 樁長計算結(jié)果匯總表

4.4 樁身強度、裂縫計算

樁基直徑Φ1.8 m，樁身均勻布置51 根直徑為28 mm的HRB400 級鋼筋。取承臺受力最不利單樁進行承載能力極限和正常使用極限計算，結(jié)果如表4、表5 所示。

由表4 可知，樁基抗彎和抗壓強度滿足規(guī)范要求。

表4 單樁承載能力極限計算結(jié)果

由表5 可知，樁頂位移均小于6 mm，且樁身裂縫計算滿足規(guī)范要求。

表5 單樁正常使用極限計算結(jié)果

因此原結(jié)構(gòu)樁長合理，承載力滿足要求，樁基可繼續(xù)使用，無須增加樁基。

5 結(jié)束語

采取上述處理方式，是屬于基于現(xiàn)有理論的補救措施，隨著理論的發(fā)展以及工程實際使用過程中的變化，理論應(yīng)得到補充和發(fā)展，因此應(yīng)時刻關(guān)注此橋墩的實際使用情況，如有變化應(yīng)進一步研究加固方案。這就更要求工作者在設(shè)計施工中務(wù)必精準(zhǔn)，交出的圖紙務(wù)必做到再三檢測，與施工單位設(shè)計交底時重點地方著重交代，施工單位拿到圖紙和數(shù)據(jù)時也要認(rèn)真復(fù)核，遇到問題及時提出，這樣能避免更多嚴(yán)重事故的發(fā)生。