摘要:在現代橋梁建設中，獨柱墩橋梁不僅可以提高低空間布局和視野，而且能夠對橋梁外觀起到美化的作用，曾被廣泛運用于高速公路互通匝道橋以及城市立交橋等項目中，其(對應的上部)通常為連續(xù)箱梁的結構。獨柱墩橋梁在偏載情況下，易導致橋梁的抗傾覆能力下降。本文針對獨柱墩橋梁傾覆原因進行分析，并對后期運營管控及加固設計提出了建議。

關鍵詞:獨柱墩橋梁;抗傾覆;安全;加固

近年來，隨著交通流量不斷增大，超載以及重型車輛日益增加，加之超速行駛等情況時有發(fā)生，致使獨柱橋墩橋梁運營中發(fā)生梁體扭轉及變形、支座受力不均及脫空等情況，危及橋梁安全。最嚴重的情況下，可能會發(fā)生橋梁傾覆等安全事故(如圖1所示)。因此，對獨柱墩橋梁傾覆原因進行分析，對其加固設計進行探究，具有現實意義。全國交通系統對國省干道上的獨柱墩橋梁展開了全面的技術狀況排查和驗算評估工作。筆者有幸參與了廣東省、四川省等多條高速公路上的獨柱墩橋梁驗算評估工作，本文對傾覆原因及加固設計進行闡述。

1橋梁傾覆事故原因

獨柱墩橋梁在施工和運營過程中容易受到外界諸多條件影響。對近年來獨柱墩橋梁傾覆和垮塌現場進行剖析，可大致還原出橋梁垮塌前的情景:多輛嚴重超載貨車(一般為橋梁設計荷載等級的兩倍以上)或重型車輛均沿獨柱墩橋梁的單側行駛，從而引起橋梁嚴重偏心受載，使橋梁支座出現了單邊脫空，導致橋梁梁體橫向側翻。

2獨柱墩傾覆的表現

獨柱墩橋梁傾覆的主要表現有支座脫空、支座剪切破壞、主梁滑移或外側傾覆等。就近年發(fā)生獨柱墩傾覆或坍塌事故現場來看，橋梁傾覆事故多發(fā)生在連續(xù)獨柱墩的曲線連續(xù)箱梁橋上，現場情況多為箱梁梁體橫向側翻，導致橋墩破壞或折斷，但箱梁梁體幾乎未損毀。

3獨柱墩橋梁傾覆原因

3．1橋梁支座受力分析。橋梁支座在高負荷的情況下會發(fā)生一定程度的扭轉變形，從而造成受力不均。若扭矩不斷加大，則會導致支座發(fā)生不均勻變形。獨柱墩橋梁梁體在荷載作用下，通常會產生縱向彎曲，從而對耦合作用進行扭轉，致使橋梁內側卸載，外側部位超載，在內外支座在受力不均的情況下，易引發(fā)支座與梁體脫離的情況。

3．2傾覆軸線的確定及傾覆臨界分析。獨柱墩橋梁根據自身獨特的現場特點，結合規(guī)范對傾覆軸線的定義，梁體的傾覆軸線一般有多條，但最不利傾覆軸線有且僅有1條。本文以廣東省某高速的一聯曲線獨柱墩匝道橋的抗傾覆計算為例。本聯獨柱墩橋梁上部為(20+30+30+20)m預應力混凝土連續(xù)箱梁，下部13#、14#、16#和17#橋墩采用雙柱式橋墩，15#橋墩采用獨柱式(墩梁固結)橋墩。根據對傾覆軸線分析，可知本聯橋梁共有4種傾覆軸線，如圖2～5所示。根據計算結果顯示:本聯獨柱墩橋梁的最不利傾覆軸線為第一種傾覆軸線，其抗傾覆安全系數為15．3，滿足抗傾覆要求。獨柱墩橋梁傾覆垮塌是一個階段性且持續(xù)發(fā)生的過程，只因橋梁傾覆發(fā)生時，導致單向受壓支座沿傾覆軸線脫空，造成邊界條件失效，從而失去平衡的一個過程。橋梁結構傾覆前并無明顯征兆，毀壞是瞬間發(fā)生的。

4獨柱墩橋梁運營管理及加固設計的建議

為避免橋梁傾覆事故發(fā)生，橋梁在設計階段應加強其抗傾覆能力進行驗算。對于已通車運營的獨柱墩橋梁，應盡快開展對獨柱墩橋梁的專項驗算評估工作，根據驗算評估報告結論，對于存在安全隱患或不滿足抗傾覆驗算的橋梁，須及時進行加固設計和加固施工;對滿足抗傾覆驗算的橋梁，還應在后期運營過程中加強監(jiān)督和管理。2012年全國各大設計院均參照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTGD62—2012)〔征求意見稿〕對既有獨柱墩橋梁的抗傾覆、支座及橋墩支承安全等技術指標進行嘗試性的驗算評估。目前《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG3362—2018)版規(guī)范已對橋梁抗傾覆計算提出了明確、系統的計算方法。

1)運營管理方面。國家對獨柱墩橋梁傾覆事故調查結果顯示，除橋梁結構本身在設計方面存在缺陷外，更為重要的原因是在運營過程中，橋梁權屬單位對嚴重超載車輛缺乏管制，交通標識設置存在缺陷等諸多原因，從而致使橋梁傾覆，引發(fā)事故。因此，獨柱墩橋梁除了設計因素外，更為重要的是加強運營方面的管理。獨柱墩橋梁權屬單位應加強管理，有效控制超載，對獨柱墩橋梁進行限載通行，可采取應急措施，設置限高架，禁止重車(超載車輛)上橋(限高架設置如圖6所示)等;同時在獨柱墩橋梁外側護欄設立交通標識，禁止重車靠邊行駛或停放;定期對高速公路進行巡查，特別是針對獨柱墩橋梁的例行檢查。

2)獨柱墩橋梁加固設計建議。獨柱墩橋梁加固設計應結合本橋特點，根據橋梁的驗算評估結論，本著安全第一的原則，以經濟合理、縮短交通影響時長以及施工便捷為目的，對橋梁外觀及結構進行加固設計。因每座獨柱墩橋梁的地形地貌、地質情況及施工條件方面均不相同，本文提出幾個常規(guī)性獨柱墩橋梁加固設計方案。

(1)因為獨柱墩單點鉸支座存在一定的缺陷，其不能有效地提供梁體抗傾覆力矩。目前獨柱墩橋梁加固設計中常用的方法是在獨柱墩位置增設橋墩或者獨柱墩墩頂增設蓋梁，實現獨柱墩從單支座到多支座的有效轉變，改善梁體扭矩分布，提高梁體橫向穩(wěn)定性，大大提高梁體的抗傾覆能力。

(2)獨柱墩曲線橋梁在偏心荷載及溫度作用下，結構上易發(fā)生橫向爬移或者向外扭轉。目前獨柱墩橋梁加固設計中常用的方法是在獨柱墩墩頂(傾覆軸線內側)增設縱橫限位及抗拔裝置，通過增設的縱橫限位及抗拔裝置與橋墩進行整體連接，減緩梁體外側爬移或者向外扭轉，起到保障梁體安全的作用。若梁體發(fā)生傾覆時，該裝置也能夠起到一定的抗拉拔作用，避免梁體發(fā)生傾覆。

(3)引起橋梁傾覆的根本原因是結構受力體系發(fā)生改變，其最開始表現出來的現象為梁端側支座出現脫空。因此，獨柱墩橋梁加固設計的關鍵在于防止支座脫空情況的發(fā)生。近年來，一種新型的球型抗拉支座已大量運用在工程實踐中，且效果較好。現針對在梁體支座脫空情況，對其進行加固設計，將原有支座更換為球型抗拉支座，就能有效解決支座脫空問題，從而避免梁體支承體系發(fā)生變化。

5結束語

本文從獨柱墩橋傾覆的表現及垮塌現場進行分析，有針對性地提出獨柱墩橋梁運營管理及加固設計的建議。對于已通車運營的獨柱墩橋梁，應盡快開展對獨柱墩橋梁的專項驗算評估工作;根據驗算評估報告結論，對于存在安全隱患或不滿足抗傾覆驗算的橋梁，須及時進行加固設計和加固施工;對滿足抗傾覆驗算的橋梁，應在后期運營過程中加強監(jiān)督和管理;針對正在設計的橋梁，慎用獨柱墩，確實條件受限，不得不采用獨柱墩時，應加強橋梁的抗傾覆驗算，確保橋梁的抗傾覆滿足規(guī)范要求。