倒L型橋墩在橋梁改造中的應(yīng)用研究

王元

摘 要：通過工程實(shí)例對(duì)已通車運(yùn)營高速的上跨橋墩進(jìn)行倒L型托換改造，以便于下穿該高速公路進(jìn)行拓寬改建。本文對(duì)既有上跨高速的橋墩的改造應(yīng)用做了詳細(xì)研究，對(duì)其施工方案進(jìn)行了闡述，利用有限元仿真模型對(duì)倒L型橋墩滿堂支架進(jìn)行了受力驗(yàn)算分析，以確保已通車高速公路橋梁的使用安全和施工安全。國內(nèi)新建公路橋梁為避讓橋下構(gòu)造物或節(jié)省橋下空間而采用倒L型墩柱的實(shí)例較多，典型的案例有廣河高速春崗互通式主線橋右幅82#橋墩、深圳市坪山云軌旅游專線一期大工業(yè)區(qū)站至燕子嶺站區(qū)間均采用了倒L型橋墩，但是對(duì)已通車橋梁橋墩進(jìn)行切割改造成倒L型墩的案例幾乎沒有，因此本文對(duì)其的應(yīng)用研究能夠?yàn)楹罄m(xù)公路改擴(kuò)建下穿既有橋梁改造具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：倒L型橋墩;施工方案;滿堂支架;驗(yàn)算

1 工程概況

某X高速公路擴(kuò)建下穿Y高速公路主線橋處采用兩側(cè)整體式加寬斷面，Y高速公路既有5#和7#墩預(yù)留平面空間不足，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，Y高速公路日交通量較大，為最小限度減小對(duì)Y公路的影響，提出 “倒L”型墩方案，即每個(gè)“倒L”墩置換一個(gè)既有單柱，不改變?cè)袠蛄旱纳喜拷Y(jié)構(gòu)及受力體系。

改造橋墩一般構(gòu)造如圖1所示，“倒L”型墩墩中線線在原有橋墩外6.95 m處，“倒L”型橋墩基礎(chǔ)采用樁接承臺(tái)結(jié)構(gòu)，橋墩采用方柱墩，蓋梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土，并且蓋梁采用早強(qiáng)混凝土，蓋梁共配置兩排13-φ15.2預(yù)應(yīng)力鋼束，其構(gòu)造圖及有限元驗(yàn)算模型如下：

2 施工方案

“倒L”型橋墩在施工時(shí)可在原有橋墩兩邊兩孔均采用滿堂支架臨時(shí)支撐，置換原有橋墩支撐體系，兩側(cè)橋墩同步施工，在置換完支撐體系過程后廢除原有橋墩，施工“倒L”型橋墩。施工完成“倒L”型橋墩蓋梁及墊石并且強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，再將支撐體系換至“倒L”型橋墩上，滿堂支架支撐體系周期內(nèi)Y高速正常通行，在施工過程中及施工完成后對(duì)Y高速主線橋的上、下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)變等監(jiān)測。具體步驟如下：

第一步：在線外施工“倒L”型橋墩的樁基、承臺(tái)及墩柱，并同步對(duì)X高速左右幅進(jìn)行擴(kuò)寬，擴(kuò)寬寬度左右幅各4m（圖2）。

第二步：X高速左右幅搭設(shè)滿堂支架，對(duì)應(yīng)Y高速主線橋5～8孔搭設(shè)滿堂支架，并對(duì)現(xiàn)有X高速車道進(jìn)行改移，仍保證雙向6車道通行（圖3）。

第三步：利用滿堂支架置換原有橋墩的支撐體系，并切割廢除5#和7#橋墩，共8個(gè)橋墩進(jìn)行切除（圖4）。

第四步：施工“倒L”型橋墩蓋梁及墊石，蓋梁及墊石可采用早強(qiáng)混凝土施工，待蓋梁及墊石強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后，在“倒L”型橋墩上更換新支座，將支撐體系換到“倒L”型橋墩上（圖5）。

第五步：拆除滿堂支架，并恢復(fù)交通（圖6）。

3 施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

針對(duì)本方案對(duì)臨時(shí)支撐體系的貝雷梁滿堂支架進(jìn)行驗(yàn)算。

本次驗(yàn)算上部主梁恒載采用相同重量均布荷載施加于貝雷梁對(duì)應(yīng)桿件上，上部車輛活荷載按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2015） 相關(guān)條文執(zhí)行，上部第5～7孔（3×25 m）和第8孔分別位于兩聯(lián)，出于保守計(jì)算，恒載按照相同跨徑簡支梁取值，活載取相同車道數(shù)在貝雷梁上按照影響線加載得到最不利荷載工況，計(jì)算位置選在第5～6孔之間預(yù)留保通兩車道位置，計(jì)算位置立面示意如圖7所示。

分別驗(yàn)算貝雷桁架梁在上述恒活載組合作用下應(yīng)力及變形數(shù)據(jù)如圖8所示。

由以上計(jì)算結(jié)果圖可知，恒活載荷載組合作用下貝雷梁所受最大拉應(yīng)力為172 MPa，最大壓應(yīng)力為181 MPa，兩者最大應(yīng)力181 MPa <σw =273 MPa。故貝雷梁強(qiáng)度滿足要求。

由以上計(jì)算結(jié)果可知，恒活載荷載組合作用下貝雷梁最大荷載工況最大豎向撓度為4.1 mm，最小荷載工況作用下貝雷梁最大豎向撓度為22.2 mm。

綜上貝雷梁最大撓度22.2 mm

4 結(jié)論

通過施工方案推演和滿堂支架驗(yàn)算結(jié)果可以看出，本方案是可行的，但同時(shí)也需注意一些其他問題。

（1）本項(xiàng)目滿堂支架立柱采用直徑D=820 mm、壁厚δ=14 mm的鋼管樁即可，無需采用桁架式立柱，在單幅每個(gè)支撐點(diǎn)布置2根直徑D=820 mm、壁厚δ=14 mm的鋼管樁即可滿足受力要求。

（2）原有Y高速橋墩頂設(shè)有頂系梁，如采用“倒L”型蓋梁外包既有部分橋墩方案，需先割除頂系梁，在進(jìn)行“倒L”型蓋梁外包既有部分橋墩施工，存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，另外本處“倒L”型蓋梁設(shè)有預(yù)應(yīng)力鋼束，位置會(huì)穿越既有橋墩，在原有橋墩頂多次穿孔也存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，并且新舊砼結(jié)合處質(zhì)量不好把控，另外應(yīng)盡量減小尺寸、減少自重，外包設(shè)計(jì)“倒L”型蓋梁端部尺寸也需加大。

（3）倒L形橋墩施工完成后，理論上新建橋墩和蓋梁有一定的變形，但會(huì)在設(shè)計(jì)階段計(jì)算得出變形量，并在蓋梁處設(shè)置反拱，保證施工完成梁體落下后的變形量平衡或盡量平衡，將變形量控制在允許范圍，并且后期進(jìn)行一段時(shí)間監(jiān)測，保證不影響Y高速主線橋正常運(yùn)營。

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