京津城際鐵路橋梁支座注射聚氨酯調(diào)高施工技術(shù)

胡宇新，蔣瑞秋，郭紅鋒，盧瑞林

(株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007)

京津城際鐵路橋梁支座注射聚氨酯調(diào)高施工技術(shù)

胡宇新，蔣瑞秋，郭紅鋒，盧瑞林

(株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007)

闡述國內(nèi)首例盆式支座注射聚氨酯調(diào)高實(shí)橋施工案例——京津城際鐵路橋梁支座注射聚氨酯調(diào)高的施工過程，總結(jié)了支座注射式調(diào)高施工設(shè)備要求、材料要求、施工步驟、注意事項等，驗證了支座注射式調(diào)高在實(shí)際工程應(yīng)用中的可靠性和便捷性，給出了今后支座注射式調(diào)高施工過程中需注意的問題及建議。

盆式支座 聚氨酯 注射式調(diào)高

1 概述

京津城際鐵路是中國最早開工建設(shè)、最先建成的高標(biāo)準(zhǔn)鐵路客運(yùn)專線，設(shè)計運(yùn)營速度350 km/h，于2008年8月1日正式開通運(yùn)營。近年來，受地質(zhì)條件等影響，該線路部分橋墩出現(xiàn)了不同程度的沉降現(xiàn)象，特別是部分橋墩相鄰墩差異沉降較大，給軌道結(jié)構(gòu)帶來安全隱患，危脅鐵路安全運(yùn)營。

2013年北京鐵路局組織相關(guān)單位通過機(jī)械式調(diào)高、注射式液壓調(diào)高兩種方式對部分相鄰墩差異沉降較大的橋墩進(jìn)行了抬梁調(diào)高施工。京津城際鐵路連續(xù)梁支座全部采用了株洲時代新材料科技股份有限公司生產(chǎn)的注射式調(diào)高盆式支座。2013年10月該公司受委托對京津城際亦莊區(qū)域跨康化路連續(xù)梁286#邊墩兩個7 000 kN注射式調(diào)高盆式支座和跨五環(huán)路連續(xù)梁283#邊墩兩個12 500 kN注射式調(diào)高盆式支座實(shí)施了國內(nèi)首次實(shí)橋注射式調(diào)高施工，本文對此予以總結(jié)。

2 注射式調(diào)高盆式支座結(jié)構(gòu)及調(diào)高原理

目前國內(nèi)盆式支座的調(diào)高方式主要分為機(jī)械式調(diào)高和注射式調(diào)高兩種。機(jī)械式調(diào)高是通過使用千斤頂將橋梁頂起，在支座與梁體或支座與橋墩之間加墊鋼板的方式實(shí)現(xiàn)，支座中不需預(yù)設(shè)配套結(jié)構(gòu)。注射式調(diào)高是通過向支座內(nèi)部注射液體填充材料來實(shí)現(xiàn)，支座內(nèi)部需要預(yù)設(shè)注射通道及防倒流結(jié)構(gòu)。

京津城際注射式調(diào)高盆式支座結(jié)構(gòu)如圖1所示。與普通盆式支座相比，這種支座增加了三條注射填充物所用的孔道，可實(shí)現(xiàn)三次注射式調(diào)高。為防止調(diào)高時填充物流入其他孔道，設(shè)置了防倒流鋼珠，其作用類似于單向閥。

注射式調(diào)高盆式支座調(diào)高原理是:通過高壓注射設(shè)備向密閉的支座鋼盆內(nèi)注入液態(tài)填充材料如聚氨酯，使支座上部和梁底抬高從而達(dá)到調(diào)高目的。注射進(jìn)入支座鋼盆內(nèi)的液態(tài)填充材料可以快速固化，并可靠地承受橋梁荷載。注射式調(diào)高盆式支座利用支座承壓橡膠墊豎向受壓后會發(fā)生徑向變形，貼緊鋼盆側(cè)壁，并且承壓橡膠墊給予鋼盆側(cè)壁的壓力與其豎向受力完全相同，兩者之間維持動態(tài)平衡的原理來進(jìn)行密封。這樣可以可靠地防止支座調(diào)高時液態(tài)填充材料從承壓橡膠墊和鋼盆側(cè)壁之間泄漏。這種設(shè)計使得京津城際注射式調(diào)高盆式支座可以方便、可靠地實(shí)現(xiàn)多次注射式調(diào)高施工。

圖1 京津城際注射式調(diào)高盆式支座結(jié)構(gòu)

3 注射式調(diào)高材料及注射設(shè)備

3.1 填充材料

注射式調(diào)高盆式支座所用填充材料一般為聚氨酯或改性環(huán)氧樹脂，其理化性能應(yīng)符合表1要求。

本次京津城際注射式調(diào)高所選用材料為雙組分聚氨酯，質(zhì)量比A∶B=1∶0.92，材料生產(chǎn)廠家提供的材料混合體積收縮比約為1%。

表1 注射式調(diào)高盆式支座用填充材料理化性能要求

3.2注射設(shè)備

在支座正常工作時進(jìn)行注射式調(diào)高，要求注射設(shè)備能提供足夠的壓力將液態(tài)填充物注入支座內(nèi)部。根據(jù)支座參數(shù)及尺寸計算得出，支座承壓橡膠墊設(shè)計面壓約為30 MPa，本次調(diào)高采用的注射設(shè)備可以提供的最大壓力為75 MPa，滿足要求。

在注射設(shè)備參數(shù)中，與施工相關(guān)的還有流量指標(biāo)，流量關(guān)系到注射時間、調(diào)高速度和精度，不宜過大或過小。本次施工用注射設(shè)備流量為0.74 L/min。

4 京津城際盆式支座注射式調(diào)高施工

4.1 注射式調(diào)高施工前準(zhǔn)備

注射式調(diào)高施工前，需進(jìn)行以下準(zhǔn)備工作:①根據(jù)填充材料的體積收縮比，考慮其余影響因素計算調(diào)高量;②根據(jù)調(diào)高量并考慮損耗計算填充材料用量及注射時間;③清除調(diào)高支座預(yù)留注射孔保護(hù)螺堵，清理注射孔聯(lián)接螺紋，將注射控制閥門連接到調(diào)高支座上，連接好注射設(shè)備與調(diào)高支座之間的注射管路;④在調(diào)高支座上安裝百分表以監(jiān)控支座高度變化;⑤準(zhǔn)備好調(diào)高施工現(xiàn)場用其他工具和儀器如電子秤、攪拌機(jī)、清洗劑、拌料桶等;⑥準(zhǔn)備好合適的臨時支撐裝置，在支座調(diào)高過程中出現(xiàn)意外時應(yīng)急使用;⑦如在低溫環(huán)境施工可采取加熱及保溫措施，以保證填充材料合適的流動性。

4.2 注射式調(diào)高施工步驟

①按比例分別稱量好填充材料A、B組分。②開始調(diào)高施工時，將A、B組分填充材料混合，攪拌均勻后倒入注射設(shè)備料筒。③開啟注射設(shè)備，當(dāng)注射管路有填充材料流出時，關(guān)閉注射機(jī)，以排空管道內(nèi)空氣。④將注射管路與調(diào)高支座上控制閥門連接，開啟注射設(shè)備開始調(diào)高。調(diào)高過程中需安排人員觀察注射設(shè)備壓力表壓力、調(diào)高支座上百分表支座高度變化和調(diào)高支座有無填充材料泄漏情況。⑤注射調(diào)高過程中及時往注射設(shè)備料筒補(bǔ)充混合攪拌均勻的填充材料，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的調(diào)高量時，同時關(guān)閉調(diào)高支座控制閥門和注射設(shè)備。⑥切斷注射管路，及時清洗注射設(shè)備并記錄調(diào)高支座上百分表數(shù)值。

5 京津城際盆式支座注射式調(diào)高施工分析

本次注射式調(diào)高的286#墩需調(diào)高43 mm，283#墩需調(diào)高30 mm，施工難度很大。按照施工要求，注射式調(diào)高施工的同時，在兩橋墩簡支梁側(cè)的普通盆式支座也需要同步進(jìn)行相應(yīng)高度的機(jī)械式調(diào)高施工。在整個調(diào)高過程中還要實(shí)時監(jiān)控橋梁高度和受力的變化，整個調(diào)高施工要在一個天窗內(nèi)完成。這導(dǎo)致本次施工參與單位多，同一橋墩上人員多，設(shè)備多，空間極其有限，施工時間很緊。目前國內(nèi)還沒有注射式調(diào)高實(shí)橋施工的經(jīng)驗可借鑒，因而本次施工一次性調(diào)高43 mm難度很大。以上因素增加了整個調(diào)高施工的方案設(shè)計、組織、溝通、協(xié)調(diào)、安全難度。經(jīng)過精心組織，按照計劃在規(guī)定的天窗內(nèi)完成所有施工，沒有影響當(dāng)天的行車和運(yùn)營。

下面以286#邊墩7 000 kN注射式調(diào)高盆式支座調(diào)高情況為例來說明此次注射式調(diào)高施工情況和施工效果。注射式調(diào)高前后支座情況見圖2。

圖2 支座注射式調(diào)高前后(7 000 kN縱向活動型支座)

此次調(diào)高單個支座要求調(diào)高量為43 mm，實(shí)際填充材料注射時間約1 h，與理論計算時間吻合，調(diào)高時同一梁端的兩個支座須同步注射式調(diào)高，調(diào)高過程中兩支座高度差要控制在2 mm以內(nèi)，調(diào)高后支座高度變化見表2、表3。

此次注射式調(diào)高過程中也出現(xiàn)了一些問題，例如在7000 kN縱向活動型注射式調(diào)高盆式支座調(diào)高到33 mm左右時在支座活塞與鋼盆間隙局部出現(xiàn)填充材料滲漏現(xiàn)象，通過在梁底與支座墊石之間及時添加預(yù)先準(zhǔn)備好的臨時支撐使支座暫時不受力，待注射入支座內(nèi)部的填充材料固化一段時間后再繼續(xù)注射調(diào)高到要求值的方法予以解決。此次填充材料滲漏主要原因有兩點(diǎn):①一次調(diào)高量過大(43 mm)，起密封作用的支座承壓橡膠墊側(cè)壁與鋼盆內(nèi)壁相互運(yùn)動距離過長，導(dǎo)致承壓橡膠墊側(cè)壁局部位置機(jī)械摩擦拉傷，密封部分局部壓力降低導(dǎo)致填充材料泄漏;②此次施工環(huán)境溫度過低(6℃左右)，導(dǎo)致填充材料固化時間過長。

結(jié)合本次施工環(huán)境、施工情況和施工結(jié)果來分析本次京津城際鐵路支座注射式調(diào)高施工，可以得到以下規(guī)律:

1)此次夜間施工溫度約6℃左右，在此溫度條件下施工用聚氨酯填充材料可操作時間(從混合到無法注射)約1.5 h。

2)從表2、表3可以看出，隨著時間的推移，注射式調(diào)高后支座高度初期變化大，以后逐漸趨緩，24 h后基本趨于穩(wěn)定。

3)調(diào)高后38 h支座高度穩(wěn)定，兩個支座高度變化分別為2.98 mm和3.00 mm。由此計算此次注射式調(diào)高用聚氨酯實(shí)際體積收縮比約為6.5%，與材料生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)(1%)差距較大。

4)與機(jī)械式調(diào)高相比，注射式調(diào)高具有方便快捷、作業(yè)人員少、不用拆裝支座錨固螺栓、占用時間少、不用事先準(zhǔn)備支座配套的鋼板、可以方便實(shí)現(xiàn)無級調(diào)高等優(yōu)點(diǎn)。

表2 支座注射式調(diào)高后高度(7 000 kN縱向活動型支座)

表3 支座注射式調(diào)高后高度(7 000 kN多向活動型支座)

6 結(jié)語

通過國內(nèi)首次注射式調(diào)高實(shí)橋施工案例——京津城際鐵路橋墩支座注射聚氨酯調(diào)高的實(shí)施，驗證了注射式調(diào)高盆式支座調(diào)高的可靠性和便捷性，為今后我國類似的工程需求提供了施工經(jīng)驗。

在此次注射式調(diào)高施工過程中也出現(xiàn)了一些問題，需要在今后的施工中引起高度重視。建議:

1)加強(qiáng)注射式調(diào)高用填充材料配方研究，使填充材料的固化速度和固化時間能根據(jù)施工現(xiàn)場情況靈活調(diào)整。

2)實(shí)際注射式調(diào)高施工中注射填充材料的收縮率與理論收縮率差異很大，必須根據(jù)施工實(shí)際情況確定。

3)注射式調(diào)高施工前必須做好施工應(yīng)急預(yù)案，多準(zhǔn)備一些應(yīng)急工具、工裝，以便及時解決施工中出現(xiàn)的各種突發(fā)問題。

4)一次注射式調(diào)高量盡量不要過大，如調(diào)高量很大，可考慮分兩次調(diào)高。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB/T 2331—2013鐵路橋梁盆式橡膠支座［S］.北京:中國鐵道出版社，2013.

［2］胡宇新，盧瑞琳，郭紅鋒，等.CKPZ-T注射式調(diào)高盆式橡膠支座調(diào)高試驗研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2010(12):61-64.

［3］張士臣，臧曉秋，莊軍生.調(diào)高支座在客運(yùn)專線橋梁上應(yīng)用研究［J］.鐵道工程學(xué)報，2004(增1):160-162.

［4］張士臣，臧曉秋，莊軍生，等.填充聚氨酯調(diào)高盆式橡膠支座［J］.鐵道工程學(xué)報，2007(增1):334-337.

［5］楊春平，胡宇新，郭紅鋒，等.GPZ(Ⅱ)盆式橡膠支座結(jié)構(gòu)優(yōu)化與試驗研究［J］.鐵道建筑，2014(3):22-23.

［6］夏俊勇，盧瑞林，胡宇新，等.注射式調(diào)高球型支座試驗的設(shè)計與研究［J］.鐵道建筑，2012(7):30-33.

(責(zé)任審編李付軍)

U443.36

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.05.04

1003-1995(2015)05-0012-03

2014-09-25;

2014-12-30

胡宇新(1971—)，男，湖南株洲人，高級工程師。