顾夏英 蒋凯臣 顾天熊

苏州中固建筑科技股份有限公司 江苏 苏州 215152

2019年10月，江苏无锡312国道上海方向锡港路上跨桥路段发生桥面倾覆事件，该事件造成重大交通事故，导致3人死亡，2人受伤。该桥墩为单支点体系，若有车辆超载行驶，那么在偏心荷载作用下，高架桥将存在整体倾覆的风险和隐患[1-3]。现全国各地既有高架桥也存在大量独柱墩，此事故推动了高架桥独柱墩抗倾覆加固工作的全面开展。

1 工程概况

无锡高架桥独柱墩抗倾覆加固应急项目包括29座高架、立交，涉及480联桥梁，1 371个独柱墩。独柱墩形式多为花瓶形、圆形、矩形等，支座多为单支座、双支座。整个应急项目提出的抗倾覆方案，在保证不影响通行的情况下，做到了施工操作简易、安全性高、施工快捷，值得在其他地区相似工程中推广。

2 加固方案

在选择加固方案时，需综合考虑加固带来的额外荷载、抗倾覆的传力路径、抗倾覆加固安装的净空要求、对交通的干扰、施工工期、后期维护、加固迹象等因素。从抗倾覆加固原理出发，加固方案分为两类，一是直接新增支座提高抗倾覆能力，二是安装防支座脱空装置。

2.1 新增支座抗倾覆方案

根据花瓶墩、圆形独柱墩、矩形独柱墩等桥墩形式，提出了几种不同的新增支座方案，以减小倾覆力臂，起到了明显的抗倾覆作用。

2.1.1 花瓶墩加固

对于花瓶墩，可采用在桥梁平面平曲线外侧增加钢牛腿并增加支座的改造方案，加固后墩身顶面会形成对称的多支座形式。新增钢牛腿有2种方式：不带钢抱箍钢牛腿（图1）和带钢抱箍钢牛腿（图2）。

图1 不带钢抱箍钢牛腿

图2 带钢抱箍钢牛腿

新增钢牛腿抗倾覆原理为通过直接增加支撑点，减小倾覆力臂，从而达到抗倾覆的目的。对于经计算只需加一个支座的桥墩，钢抱箍方式不太经济，而不带钢抱箍的方式则更适用。

单侧新增钢牛腿（即不带钢抱箍钢牛腿）构造主要包括2块侧面锚板、1个预制带锚板钢牛腿。为防止牛腿局部屈曲，牛腿中间预制加劲板。侧面锚板与柱墩通过化学螺栓连接，带锚板钢牛腿与柱墩通过化学锚栓连接，侧面锚板与牛腿焊接连接形成U形。

带钢抱箍钢牛腿构造主要包括环绕柱墩的U形预制钢抱箍、钢牛腿、牛腿中预制加劲板、抱箍顶预制环加劲板。2块抱箍之间通过高强螺栓连接，抱箍与墩身通过化学螺栓连接。

2.1.2 圆形、矩形独柱墩加固

对于圆形、矩形独柱墩，可采用在现状墩身横桥向进行两侧加宽并各增加多个支座的改造方式；或在墩头两侧设置钢牛腿，并在两侧各增加一个支座，构造方式与花瓶墩类似。

墩身加宽构造包括钢筋笼、抗剪键、混凝土、钢筋网片。墩身加宽部分柱脚用植筋的方式与承台连接，柱顶封钢筋网片加强，侧面与既有柱墩之间植抗剪键并刷涂界面剂连接（图3、图4）。

图3 墩身加宽立面

图4 墩身加宽剖面

新增钢管混凝土柱（CFST柱）构造包括钢管混凝土柱、半圆形环板。柱脚采用化学锚栓与承台连接，柱顶封钢板，侧面通过侧板与原墩身上的环板焊接连接，2个半圆形环板焊接连接成一圈环（图5、图6）。

图5 新增钢管混凝土柱立面

图6 新增钢管混凝土柱剖面

2.2 防支座脱空抗倾覆方案

为防止支座脱空，可增设抗拉装置，避免因支座脱空而改变结构受力体系，增加横向抗倾覆性能。此方案主要是限制水平面位移，防止落梁。防脱空装置包括抗拉板、拉杆、锚板、加劲板、轴杆等。锚板、加劲板、拉板于工厂预制成整体，锚板与柱墩采用化学锚栓连接，拉杆通过轴杆与拉板连接（图7、图8）。

图7 圆形及矩形墩防支座脱空装置

图8 花瓶墩防支座脱空装置

3 施工应用

3.1 墩身加宽

墩身加宽施工流程为：复测现场桥墩数据→梁底楔形块施工→承台开挖→墩身两侧加宽部分施工→支座垫石施工→梁体顶升→支座安装。质量较大的桥墩比较适合采用本方案。但本方案会占用一定的桥下空间，且此方案规模大，新增的荷载比较大，对承台要求较高。

增大截面法为常规工艺，但新老截面的变形协调需要两者之间具有可靠连接。通过在新旧混凝土之间设置抗剪键（图9）可保证两者协同变形、受力。为加强墩身顶面承载力，在顶面铺设4层钢筋网片，每片之间间距8 cm。柱脚采用植筋方式与承台进行连接。抗剪箍筋形成封闭。施工完成后的现场如图10所示。

图9 抗剪键

图10 墩身加宽后的现场

3.2 新增钢管混凝土柱

新增钢管混凝土柱的主要施工流程为：钢管预制→承台开挖→定位放样→钢管检验→钢管吊装→柱位微调→柱脚安装→混凝土浇筑→局部补焊→支座安装。质量较大的桥墩比较适合采用本方案，但本方案会占用一定的桥下空间，且此方案规模大，新增的荷载比较大，对承台要求较高。为保证新增钢管混凝土柱平面外稳定性，需要在柱底、柱中、柱顶设置横向支撑。

该抗倾覆方案对混凝土的浇筑要求较高。浇筑后再吊装柱将比较困难，因此考虑先安装再浇筑的施工工序。为保证浇筑密实，需分段浇筑，在钢管柱预制时，每隔一定距离设置进料口，进料口安装可开关的进料支管，直接与泵车的输送管相连。为保证浇筑的密实性，浇筑时外部振捣器同时工作，并不断用小锤敲打钢管排气。当混凝土沿进料口溢出一定量时，检查浇筑质量，满足要求后，停止浇筑，关闭进料口阀门。对上方的下一个进料口进行同样操作，直至柱顶（图11、图12）。

图11 环板与横撑连接

图12 钢管混凝土柱现场

3.3 增设钢牛腿

增设钢牛腿施工流程主要为：钢构件下料→现场开孔→安装锚板→焊接钢牛腿→安装新支座。施工完成后现场如图13所示。当钢牛腿较大，仅靠锚板连接已不能满足要求时，可采用如图14所示的钢抱箍，将钢牛腿与钢抱箍连接。

图13 不带钢抱箍钢牛腿现场

图14 带钢抱箍钢牛腿

此方法可形成多点支撑，用以抵抗桥梁在偏心荷载作用下的倾覆力矩。该方案工程规模小，施工工期短，经济性高；增加牛腿不占用桥下空间，不影响高架桥及下部道路的正常交通。但此方法仅适用支座脱空质量较小的情况，且锚栓位置施工时要避开钢筋，需先定孔位再预制锚板。

3.4 增设支座防脱空装置

增设支座防脱空装置的主要施工流程为：钢构件加工→混凝土表面基底处理→钻孔→配置粘钢胶→植埋锚栓螺杆→安装粘贴钢板→静置固化→安装拉板及销轴→防腐处理→检验。施工完成后现场如图15所示。

图15 防支座脱空装置

为了保证防脱空机制的形成，保证拉杆起到作用，上铰的部位制成长圆孔，允许其发生微小位移，如图16所示。

图16 椭圆形长圆孔

为避免对原结构造成损伤，先探测钢筋位置，再进行准确开孔。高架桥上孔位确定以后，再预制锚板并将螺栓孔预制完成，减少现场开孔等工序。

4 结语

1）独柱墩形式多样，可从2个方面快速地进行防倾覆加固，即直接新增支座及设计防支座脱空装置。这2种方式都不影响高架桥的正常使用，并能很好地解决倾覆问题。

2）新增支座可采用加宽墩身、新增钢牛腿等方式，防支座脱空可采用抗拉拔装置。这些方式受力直接、施工方便。

3）根据倾覆时质量的大小，可采用不同的措施。质量小时优先推荐施工速度快、不占用地面道路的钢牛腿或防脱空等方式；当质量大时，建议选墩身加宽及新增钢管混凝土柱等方式。

4）上述抗倾覆方式对于既有独柱墩高架桥的加固处理都可适用，具有一定的推广意义与参考价值。