独柱墩桥梁抗倾覆加固施工技术研究

独柱墩桥梁抗倾覆加固施工技术研究
作者：秦金国
来源：《大众科学》2024年第04期
摘要：针对独柱墩桥梁抗倾覆加固施工技术进行了系统的研究，依托实际工程，提出了三种加固方案：抗拔约束装置、墩柱增设钢盖梁与钢套筒以及墩柱增加。

经工程技术经济对比，选取了加固方案二。

而后，讨论了施工过程中的质量控制要点和加固中新技术的应用，如高性能材料、智能传感器、数字化建模等。

研究成果可为类似工程提供借鉴。

关键词：独柱墩桥梁抗倾覆加固技术施工质量智能传感技术
中图分类号： TU753文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）04-0044-04
Research on the Anti-Overturning Reinforcement Construction Technology of Single-Column Pier Bridges
QIN Jinguo
Nantong Jianghai Highway Engineering Co.， Ltd.， Nantong， Jiangsu Province， 226300 China
Abstract： This paper systematically studies the anti-overturning reinforcement construction technology of singlecolumn pier bridges. Relying on actual projects， it proposes three reinforcement schemes： uplift restraint devices， adding steel capping beams and steel sleeves to pier columns and adding pier columns， and selects the second reinforcement scheme through the comparison of engineering technology and economy. Then， it discusses the key points of quality control during construction and the application of new technologies during reinforcement， such as high-performance materials， intelligent sensors and digital modeling. The research results of this paper can provide reference for similar projects.
Key Words： Single-column pier bridge； Anti-overturning； Reinforcement technology；Construction quality； Intelligent sensing technology
在现代桥梁工程中，独柱墩桥梁因其独特的结构特点和良好的适用性，被广泛应用于各种地形和环境中。

然而，随着交通负荷的增加和环境条件的变化，这类桥梁面临着日益严峻的抗倾覆挑战。

特别是在极端天气和地质活动频繁的区域，独柱墩的稳定性成为保障桥梁安全和功能性的关键因素。

因此，探究有效的独柱墩加固技术，对于延长桥梁寿命、提高其安全性和可靠性具有重大意义。

本文依托于实际工程，探究独柱墩抗倾覆加固施工关键技术，以期为类似工程提供借鉴。

独柱墩桥梁最显著的特点是桥梁仅由单个支柱支撑（见图1），这种设计不仅减少了材料的使用，还优化了桥梁的视觉效果和环境适应性。

独柱墩的设计使桥梁具有较高的灵活性，特别适用于地形复杂或空间受限的场景，如河流、峡谷或城市交通枢纽。

本文以某山区高速公路桥梁为例，高速公路全长137.156 km，设计速度100 km/h，该桥梁位于高速公路K30+275处，桥长57 m，上部结构：（10+2×16+10）m钢混连续板，下部结构：桩基础。

3 独柱墩加固方案比选
在考虑经济性、施工难度和景观影响的基础上，针对项目特点提出了三种不同的独柱墩加固方案。

这些方案旨在提高桥梁的横向抗倾覆能力，同时考虑对交通流量的最小影响和成本效益。

3.1 方案一：设置抗拔约束装置
此方案涉及在桥梁的边缘处安装抗拔装置，以增强结构的整体稳定性。

通过这种方式，桥梁的原有受力模式得以保留，同时实现横向稳定性的增强。

抗拔装置设计简单、施工便捷，且成本相对较低。

然而，由于锚固和空间限制，该方案适用于较小范围的情况，抗拔力相对有限。

3.2 方案二：墩柱增设钢盖梁、墩身加钢套筒
该方案通过在墩顶增加钢盖梁和墩身加钢套筒，从单支承变为多支承，增强了结构的抗扭变形能力。

在常规负载下，新增支座不参与承载，而在偏载情况下，新支座开始发挥作用，避免梁体倾覆。

这一方案要求墩柱具有较高的强度，涉及的施工步骤包括植筋、钢盖梁安装和支座增设等。

在满足交通净空的条件下，该方案成本适中，是一种可行的选择[1]。

3.3 方案三：增加墩柱
本方案通过在原有的单支承基础上增加混凝土或钢管桩柱，实现多点支承，以提升桥梁的抗扭倾覆能力。

这种方法可以改善原有墩柱的受力状态，从而提高其安全性。

不过，该方案对桥下的空间要求较高，涉及桩基施工、混凝土浇筑或钢管安装等多个步骤，因此施工周期較长，成本也相对较高。

三种方案的比选因素如表1所示，综合考虑工程量、工程造价和项目特点，选择了方案二作为本项目的加固方案，即墩柱增设钢盖梁、墩身加钢套筒方案。

此方案具有操作简便、可靠性高、施工质量易于控制的优点，同时保留了独柱墩结构的简洁和美观，对周围环境和地形影响最小。

4.1 钢盖梁、钢套筒工厂预制加工
所有钢盖梁和钢套筒应在控制条件下的工厂内预制。

这样做可以保证部件的质量、尺寸精度和对称性。

工厂预制的优势在于可以在受控环境下进行严格的质量检验，确保每个部件都达到设计标准。

现场拼装时，需确保焊接接缝的均匀性和强度，以保证结构的整体稳定性。

4.2 墩柱表面凿毛处理
墩柱表面的凿毛处理是为了提高新旧混凝土或修补材料与原结构的黏结力。

首先，精确地标记出需要处理的区域，并使用专业工具进行表面处理，去除疏松层，露出坚硬底层。

这一步骤需要细致且谨慎地进行，以避免对墩柱造成不必要的损伤。

完成凿毛后，使用高压气枪清除所有尘土和杂质，确保表面清洁，以便进行后续步骤。

4.3 墩柱、钢构件钻孔
钻孔时需要避免损伤墩柱中的钢筋。

使用先进的钢筋探测仪来识别墩柱内的钢筋布局，并在钻孔时避免钢筋区域。

钻孔应逐步进行，确保不会一次性贯穿至设计深度，这样做可以避免对结构造成损害。

每次钻孔后，都需要仔细检查，确保没有异常。

4.4 安装钢盖梁、钢套筒并植筋
安装钢盖梁和钢套筒前，必须对所有部件进行彻底检查，确保无缺陷，并进行适当处理，如去除锈蚀和打磨光滑。

安装时，精确定位是至关重要的，需要使用精密仪器，如水平仪和经纬仪，来确保安装位置的准确性。

吊装设备如塔吊或汽车吊必须根据重量和尺寸合理选择，并由经验丰富的操作员操作，以避免安装过程中出现意外。

钢盖梁和钢套筒到位后，下一步是进行植筋。

植筋是一种将钢筋固定于混凝土内部的方法，以增强其与混凝土的结合力。

植筋前，必须确保钻孔的位置、深度和直径符合设计要求。

使用专用的清孔工具和设备，彻底清理孔内的尘土和杂质，以保证植筋胶的粘接效果。

植筋胶的注入应均匀进行，以避免空气囊的形成，并确保锚栓的正确位置和固定力。

4.5 垫石混凝土、支座安装
在钢盖梁安装完成后，进行垫石混凝土的浇筑。

垫石混凝土的浇筑和固化需要在控制好的条件下进行，以确保最终的强度和耐久性。

支座的安装是另一个关键步骤，必须精确并符合设计规格。

适当的支座安装可以确保桥梁在运营期间的稳定性和安全性。

4.6 配胶、封边、灌注胶黏剂
4.6.1 配制膠黏剂
配制胶黏剂是需要精确操作的工序。

首先，施工团队必须根据制造商的规格准确配制胶黏剂，确保各组分比例符合技术要求。

通常，这包括精确地计量和充分地搅拌，以确保化学反应的完整性和胶黏剂的均一性。

配制的环境温度和湿度应严格控制，避免影响胶黏剂的性能。

4.6.2 封边处理
封边是为了确保灌注胶在固化过程中不会泄漏，影响粘接面的整体质量。

在实施封边之前，需要对接缝区域进行彻底清洁，移除所有杂质和尘埃。

使用专用的封缝胶或密封剂沿接缝进行均匀涂布，从而形成一个严密的屏障，防止灌注胶的流失。

4.6.3 灌注胶黏剂
灌注胶黏剂的施工需要精确控制。

在灌注前，应检查配好的胶黏剂是否有气泡产生，必要时可采用脱气处理。

施工时，将胶黏剂从最低点开始缓慢灌入，确保填充至所有必要区域，避
免空隙的产生。

在灌注过程中，应用适当的压力确保胶黏剂的渗透和填充，但同时要注意压力不能过大，以免损坏已有的结构或接缝。

4.6.4 质量检验
灌注完成后，应立即进行质量检验。

检查封边的完整性，确认没有胶黏剂的泄漏。

同时，观察灌注胶的表面是否平整，是否存在未填充的部分。

对于可疑区域，可以通过轻敲或使用探针进行检查，以确认灌注胶是否达到了所需的密实度。

任何问题都应立即修正，以确保加固工作的长效性。

4.7 表面防腐
表面防腐工作的目标是在钢结构表面形成一个防护层，从而防止环境因素，如水分、盐分、氧气及其他化学物质对钢材造成腐蚀。

成功的防腐处理可以显著延长结构的使用寿命，并减少长期维护的需要。

选择适合的防腐材料是至关重要的。

材料应根据所处环境的具体条件（如湿度、温度、化学暴露程度等）和工程要求来选定。

常用的防腐材料包括环氧树脂涂料、聚氨酯涂料和锌富底漆等。

这些材料能够提供优良的防腐效果，并适应不同的环境条件。

在防腐涂料施工前，必须保证桥梁表面清洁，无油脂、灰尘或锈蚀。

这通常需要机械打磨或喷砂处理，以达到所需的清洁度和表面粗糙度。

确保处理后的表面干燥，以避免出现水分。

涂装工序应在控制好的环境条件下进行，避免在极端的温度或湿度条件下施工，这可能会影响涂层的附着力和固化过程。

涂层的施工应均匀，无流淌、滴落或气泡。

如果需要多层涂装，每一层涂层都需要在上一层完全固化后再施工，以确保最佳的防腐效果。

涂装完成后，应进行详细检查，以确认覆盖率和厚度符合规范要求。

检查是否有未覆盖区域或损坏的地方，并进行必要的修补。

使用特殊设备，如涂层厚度计，可以确保涂层的一致性。

在桥梁加固领域，新技术的应用正成为提升结构稳定性和延长使用寿命的关键因素，新技术的选择见图2。

三种方案的比选因素如表1所示，综合考虑工程量、工程造价和项目特点，选择了方案二作为本项目的加固方案，即墩柱增设钢盖梁、墩身加钢套筒方案。

此方案具有操作简便、可靠性高、施工质量易于控制的优点，同时保留了独柱墩结构的简洁和美观，对周围环境和地形影响最小。

4.1 钢盖梁、钢套筒工厂预制加工
所有钢盖梁和钢套筒应在控制条件下的工厂内预制。

这样做可以保证部件的质量、尺寸精度和对称性。

工厂预制的优势在于可以在受控环境下进行严格的质量检验，确保每个部件都达到设计标准。

现场拼装时，需确保焊接接缝的均匀性和强度，以保证结构的整体稳定性。

4.2 墩柱表面凿毛处理
墩柱表面的凿毛处理是为了提高新旧混凝土或修补材料与原结构的黏结力。

首先，精确地标记出需要处理的区域，并使用专业工具进行表面处理，去除疏松层，露出坚硬底层。

这一步骤需要细致且谨慎地进行，以避免对墩柱造成不必要的损伤。

完成凿毛后，使用高压气枪清除所有尘土和杂质，确保表面清洁，以便进行后续步骤。

4.3 墩柱、钢构件钻孔
钻孔时需要避免损伤墩柱中的钢筋。

使用先进的钢筋探测仪来识别墩柱内的钢筋布局，并在钻孔时避免钢筋区域。

钻孔应逐步进行，确保不会一次性贯穿至设计深度，这样做可以避免对结构造成损害。

每次钻孔后，都需要仔细检查，确保没有异常。

4.4 安装钢盖梁、钢套筒并植筋
安装钢盖梁和钢套筒前，必须对所有部件进行彻底检查，确保无缺陷，并进行适当处理，如去除锈蚀和打磨光滑。

安装时，精确定位是至关重要的，需要使用精密仪器，如水平仪和经纬仪，来确保安装位置的准确性。

吊装设备如塔吊或汽车吊必须根据重量和尺寸合理选择，并由经验丰富的操作员操作，以避免安装过程中出现意外。

钢盖梁和钢套筒到位后，下一步是进行植筋。

植筋是一种将钢筋固定于混凝土内部的方法，以增强其与混凝土的结合力。

植筋前，必须确保钻孔的位置、深度和直径符合设计要求。

使用专用的清孔工具和设备，彻底清理孔内的尘土和杂质，以保证植筋胶的粘接效果。

植筋胶的注入应均匀进行，以避免空气囊的形成，并确保锚栓的正确位置和固定力。

4.5 垫石混凝土、支座安装
在钢盖梁安装完成后，进行垫石混凝土的浇筑。

垫石混凝土的浇筑和固化需要在控制好的条件下进行，以确保最终的强度和耐久性。

支座的安装是另一个关键步骤，必须精确并符合设计规格。

适当的支座安装可以确保桥梁在运营期间的稳定性和安全性。

4.6 配胶、封边、灌注胶黏剂
4.6.1 配制胶黏剂
配制胶黏剂是需要精确操作的工序。

首先，施工团队必须根据制造商的规格准确配制胶黏剂，确保各组分比例符合技术要求。

通常，这包括精确地计量和充分地搅拌，以确保化学反应的完整性和胶黏剂的均一性。

配制的环境温度和湿度应严格控制，避免影响胶黏剂的性能。

4.6.2 封边处理
封边是为了确保灌注胶在固化过程中不会泄漏，影响粘接面的整体质量。

在实施封边之前，需要对接缝区域进行彻底清洁，移除所有杂质和尘埃。

使用专用的封缝胶或密封剂沿接缝进行均匀涂布，从而形成一个严密的屏障，防止灌注胶的流失。

4.6.3 灌注胶黏剂
灌注胶黏剂的施工需要精确控制。

在灌注前，应检查配好的胶黏剂是否有气泡产生，必要时可采用脱气处理。

施工时，将胶黏剂从最低点开始缓慢灌入，确保填充至所有必要区域，避免空隙的产生。

在灌注过程中，应用适当的压力确保胶黏剂的渗透和填充，但同时要注意压力不能过大，以免损坏已有的结构或接缝。

4.6.4 质量检验
灌注完成后，应立即进行质量检验。

检查封边的完整性，确认没有胶黏剂的泄漏。

同时，观察灌注胶的表面是否平整，是否存在未填充的部分。

对于可疑区域，可以通过轻敲或使用探针进行检查，以确认灌注胶是否达到了所需的密实度。

任何问题都应立即修正，以确保加固工作的长效性。

4.7 表面防腐
表面防腐工作的目标是在钢结构表面形成一个防护层，从而防止环境因素，如水分、盐分、氧气及其他化学物质对钢材造成腐蚀。

成功的防腐处理可以显著延长结构的使用寿命，并减少长期维护的需要。

选择适合的防腐材料是至关重要的。

材料应根据所处环境的具体条件（如湿度、温度、化学暴露程度等）和工程要求来选定。

常用的防腐材料包括环氧树脂涂料、聚氨酯涂料和锌富底漆等。

这些材料能够提供优良的防腐效果，并适应不同的环境条件。

在防腐涂料施工前，必须保证桥梁表面清洁，无油脂、灰尘或锈蚀。

这通常需要机械打磨或喷砂处理，以达到所需的清洁度和表面粗糙度。

确保处理后的表面干燥，以避免出现水分。

涂装工序应在控制好的环境条件下进行，避免在极端的温度或湿度条件下施工，这可能会影响涂层的附着力和固化过程。

涂层的施工应均匀，无流淌、滴落或气泡。

如果需要多层涂装，每一层涂层都需要在上一层完全固化后再施工，以確保最佳的防腐效果。

涂装完成后，应进行详细检查，以确认覆盖率和厚度符合规范要求。

检查是否有未覆盖区域或损坏的地方，并进行必要的修补。

使用特殊设备，如涂层厚度计，可以确保涂层的一致性。

在桥梁加固领域，新技术的应用正成为提升结构稳定性和延长使用寿命的关键因素，新技术的选择见图2。