現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施中，橋梁作為連接城市的重要紐帶，其安全性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。在21世紀(jì)初期基建條件有限的情況下，獨(dú)柱墩橋梁以土地占用少、施工方便、經(jīng)濟(jì)美觀等優(yōu)勢，成為公路橋梁建設(shè)的優(yōu)先選擇。然而，在承受超出橋梁承載設(shè)計(jì)值、嚴(yán)重超載貨車的沖擊下，獨(dú)柱墩橋梁可能面臨傾覆側(cè)翻的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

 

 

 PART.01 橋梁傾覆原因分析 

 

橋梁傾覆側(cè)翻原因其實(shí)是簡單的物理學(xué)——杠桿原理。要避免橋梁傾覆，只有兩個(gè)辦法：要么橋梁結(jié)構(gòu)自重夠大，要么車流一側(cè)的力臂特別短。

 

獨(dú)柱墩與雙柱墩橋梁力臂對比

 

01單柱式橋墩

 

單柱式橋墩也叫獨(dú)柱墩，大多設(shè)置在橋體的中軸線位置。在橋面寬度一定的情況下，與雙柱式橋墩相比，橋梁最外側(cè)與柱墩支點(diǎn)的距離更大（即力臂更大），這意味著，相對較輕的重量就可以引起獨(dú)柱墩的側(cè)翻。

 

02沒有設(shè)置蓋梁

獨(dú)柱墩橋梁的抗傾覆能力是偏弱的，考慮到這一點(diǎn)，通常會在獨(dú)柱墩上設(shè)置蓋梁并增設(shè)多個(gè)支點(diǎn)，從而一定程度改善抗傾覆性能。

 

03鋼箱梁結(jié)構(gòu)

鋼箱梁雖然施工便捷，但其重量是明顯低于混凝土箱梁，因此抗傾覆能力不如混凝土箱梁。特別是采用鋼箱梁+獨(dú)柱墩結(jié)構(gòu)的橋梁往往更容易發(fā)生側(cè)翻。

 

04橋梁具有弧度

 

有無弧度的橋梁力臂對比

 

在橋梁傾覆側(cè)翻時(shí)，橋體通常會沿著兩個(gè)橋梁柱墩支點(diǎn)間的軸線發(fā)生旋轉(zhuǎn)側(cè)翻。當(dāng)車輛經(jīng)過具有弧度橋梁的外側(cè)車道時(shí)，車輛離柱墩支點(diǎn)軸線的距離要比直線橋梁更大（即力臂更大），因此也更容易發(fā)生側(cè)翻。

 

05貨車超載

 

歷史總是驚人的相似，回顧橋梁側(cè)翻事件會發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)橋梁側(cè)翻事件中都有至少一輛嚴(yán)重超載的車輛，當(dāng)車輛重量超過橋梁承載設(shè)計(jì)值時(shí)，又剛好走在了最外側(cè)車道，將難以避免發(fā)生橋梁側(cè)翻。

 

 PART.02 獨(dú)柱墩橋梁加固 

 

為了提升獨(dú)柱墩橋梁的抗傾覆性能，工程領(lǐng)域涌現(xiàn)了一系列創(chuàng)新的加固技術(shù)。

 

方案一：增設(shè)墩柱及支座

 

通過打樁、澆筑混凝土、增設(shè)支座等工藝將單支承改為多支承，增強(qiáng)主梁中墩的抗扭轉(zhuǎn)能力，以滿足抗傾覆加固需求。此外，通過采取一系列措施，如增加樁柱和增大墩柱截面等，提高中墩的整體強(qiáng)度，以適應(yīng)改變支承方式后墩身內(nèi)力的增加。

 

增設(shè)墩柱抗傾覆加固

 

①方案優(yōu)勢：

將中墩的單支承改為多支承，根據(jù)計(jì)算明確支承的距離，保證在3.4倍活載作用下，邊支座仍不發(fā)生脫空，從而有效地防止箱粱的傾覆破壞。此外，這種加固方案可以顯著提高墩柱的整體強(qiáng)度及安全性。

 

②方案缺點(diǎn)：

此方案的缺點(diǎn)在于改變了原有結(jié)構(gòu)的受力模式，導(dǎo)致橫梁從原來的負(fù)彎矩受力變?yōu)檎龔澗厥芰Γ虼诵枰匦逻M(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，包括結(jié)構(gòu)配筋的重新評估。此方案施工工期相對較長。

 

③方案簡評：

這一方案施工難度小，適用于橋?qū)捿^大、凈空不受限制的情況，但需要重新驗(yàn)算橫梁強(qiáng)度。該方案造價(jià)較高。

 

方案二：設(shè)置抗拔約束裝置

 

通過種植錨栓、粘鋼等工藝在邊墩增設(shè)抗拔約束裝置，增強(qiáng)橋梁的抗傾覆性能，以避免因邊支座的脫空引起的傾覆側(cè)翻。

 

抗拔約束裝置

 

①方案優(yōu)勢：

抗拔約束裝置構(gòu)造簡單、施工便捷、成本較低，基本不影響正常交通，且對結(jié)構(gòu)原有的受力模式幾乎無影響。

 

②方案缺點(diǎn)：

因錨固構(gòu)造及空間限制，抗拔約束裝置設(shè)計(jì)難度大，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值通常偏小，僅在所需拉力較小的情況下適用。

 

③方案簡評：

驗(yàn)算荷載支座拉力較小時(shí)適用。該方案造價(jià)較低。

 

方案三：加蓋梁改多支承

 

在獨(dú)柱墩的墩頂增設(shè)蓋梁，將單支承改為多支承，從而加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗扭轉(zhuǎn)變形能力。

 

獨(dú)柱墩橋梁抗傾覆加固

 

①方案優(yōu)勢：

此方案的優(yōu)勢在于將中墩的單支承改為多支承，根據(jù)計(jì)算明確支承的距離，保證在3.4倍活載作用下，邊支座仍不發(fā)生脫空，從而有效地防止箱粱的傾覆破壞。

 

②方案缺點(diǎn)：

此方案的缺點(diǎn)在于改變了原結(jié)構(gòu)的受力模式，導(dǎo)致橫梁從原來的負(fù)彎矩受力變?yōu)檎龔澗厥芰Γ虼诵枰匦逻M(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，包括結(jié)構(gòu)配筋的重新評估。還需要額外對加固后的墩柱進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。施工過程較為繁瑣。

 

③方案簡評：

凈空不受限制、橋體寬度不大的情況適用此方案，但需要對加固后的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行重新驗(yàn)算。該方案造價(jià)適中。

 

方案四：單墩加強(qiáng)

 

原設(shè)計(jì)帶承臺的獨(dú)柱墩，通過植筋、澆筑混凝土、增設(shè)支座等工藝，增大原有柱墩截面并增加支承點(diǎn)，從而加強(qiáng)橋梁整體抗傾覆能力及柱墩的強(qiáng)度。

 

單墩加強(qiáng)抗傾覆加固

 

①方案優(yōu)勢：

此方案可靠性高、適用性良好，可用于方形、圓形柱墩。將中墩的單支承改為多支承，根據(jù)計(jì)算明確支承的距離，保證在3.4倍活載作用下，邊支座仍不發(fā)生脫空，從而有效地防止箱粱的傾覆破壞。此外，這種加固方案顯著提高了墩柱的整體安全性。

 

②方案缺點(diǎn)：

需要檢查加固后結(jié)構(gòu)對凈空的影響；安裝更換支座時(shí)影響交通；工期較長；改變了原有結(jié)構(gòu)的受力模式，導(dǎo)致橫梁從原來的負(fù)彎矩受力變?yōu)檎龔澗厥芰Γ虼诵枰匦逻M(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，包括結(jié)構(gòu)配筋的重新評估。

 

③方案簡評：

這一方案工期較長，適用于凈空不受限制的情況，但需要重新驗(yàn)算橫梁強(qiáng)度。該方案造價(jià)適中。

 

方案五：增設(shè)蓋梁拉大支座間距

通過植筋、澆筑混凝土、增設(shè)支座等工藝，在邊墩處加長端橫梁和蓋梁，必要時(shí)需增設(shè)蓋梁，拉開邊支座間距，加強(qiáng)橋梁整體結(jié)構(gòu)抗傾覆側(cè)翻性能。

 

拉大支座間距

 

①方案優(yōu)勢：

通過增設(shè)蓋梁、增長橫梁、拉開處支座的間距，保證在基本組合下不發(fā)生脫空，使箱梁及中墩滿足抗傾覆性能需求，從而有效地防止箱梁的傾覆破壞。

 

②方案缺點(diǎn)：

此方案的缺點(diǎn)在于改變了原有結(jié)構(gòu)箱梁、橫梁、蓋梁的受力模式，因此需要重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，包括結(jié)構(gòu)配筋的重新評估。必要時(shí)對橫梁、蓋梁進(jìn)行加固。施工過程較為繁瑣。

 

③方案簡評：

這一方案適用于凈空不受限制的情況，但需要重新驗(yàn)算橫梁強(qiáng)度。

 

在獨(dú)柱墩橋梁抗傾覆加固的過程中，我們見證了工程技術(shù)的進(jìn)步。通過綜合運(yùn)用現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)、先進(jìn)的加固材料和創(chuàng)新的加固方法，成功地提升了獨(dú)柱墩橋梁的抗傾覆性能，為交通基礎(chǔ)設(shè)施的可靠性和安全性做出了積極的貢獻(xiàn)。我們期待看到更多這樣的加固技術(shù)，為城市和社會創(chuàng)造更加穩(wěn)固、安全的未來。感謝您的閱讀、分享與收藏！