朔黃鐵路西留肖中橋病害整治方案研究及施工技術(shù)探討

徐新利

(朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司，河北滄州062350)

朔黃鐵路西留肖中橋病害整治方案研究及施工技術(shù)探討

徐新利

(朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司，河北滄州062350)

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及試驗(yàn)研究表明，朔黃鐵路西留肖中橋梁體存在大量裂縫，梁跨中豎向撓度超過(guò)《鐵路橋梁檢定規(guī)范》規(guī)定的撓跨比通常值，梁體豎向剛度不足，難以滿足大軸重重載運(yùn)輸要求。對(duì)比分析了換梁與改建方案，推薦采用頂進(jìn)框構(gòu)橋的方案對(duì)該橋進(jìn)行改建。論述了橋梁改建的總體施工方案及施工控制措施，改建后的橋梁滿足大軸重重載運(yùn)輸要求。

西留肖中橋 病害整治 改建 框構(gòu) 施工技術(shù)

1 工程概況

該橋在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中存在的病害主要表現(xiàn)為梁體多處出現(xiàn)豎向及貫通裂紋、部分支座剪切變形等。上行限速70 km/h，下行限速65 km/h。鑒于該橋梁體裂紋病害比較嚴(yán)重，2006年7月設(shè)備運(yùn)營(yíng)單位委托有關(guān)單位對(duì)該橋梁體采用碳纖維布進(jìn)行了封閉處理。2010年10月對(duì)該橋進(jìn)行了運(yùn)營(yíng)性能試驗(yàn)，檢測(cè)位置位于該橋的下行第1孔、下行1#墩及上行第1孔、上行1#墩。主要測(cè)試內(nèi)容包括:橋跨結(jié)構(gòu)橫向振幅、豎向振幅、橫向加速度、自振頻率，橋跨跨中動(dòng)撓度、跨中動(dòng)應(yīng)變，橋墩墩頂橫向振幅、橋墩橫向自振頻率，支座橫向位移和振動(dòng)特性等參數(shù)。檢測(cè)結(jié)果:當(dāng)運(yùn)營(yíng)列車(chē)以現(xiàn)行速度及65～80 km/h試驗(yàn)速度通過(guò)時(shí)，試驗(yàn)橋跨(第1孔上下行)自振頻率和試驗(yàn)橋墩墩頂橫向振幅、支座橫向位移等主要測(cè)試參數(shù)基本滿足《鐵路橋梁檢定規(guī)范》;下行列車(chē)以試驗(yàn)速度通過(guò)時(shí)，下行第1孔實(shí)測(cè)跨中橫向振幅超過(guò)了《鐵路橋梁檢定規(guī)范》規(guī)定的通常值，但小于安全限值;下行列車(chē)以現(xiàn)行運(yùn)營(yíng)速度通過(guò)下行第1孔時(shí)，跨中橫向振動(dòng)加速度較大，超過(guò)了《鐵路橋梁檢定規(guī)范》的要求，但在65～80 km/h試驗(yàn)速度下，實(shí)測(cè)橫向加速度均滿足《鐵路橋梁檢定規(guī)范》的要求;上行列車(chē)以現(xiàn)行速度通過(guò)上行第1孔時(shí)，實(shí)測(cè)跨中動(dòng)力系數(shù)(1.77)較大，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值(1.29);實(shí)測(cè)動(dòng)撓度最大值為7.63 mm，估算橋跨豎向撓跨比1/1 820，大于《鐵路橋梁檢定規(guī)范》規(guī)定的通常值1/1 900。這說(shuō)明橋跨豎向剛度較低，需重點(diǎn)對(duì)橋跨跨中動(dòng)撓度進(jìn)行跟蹤觀測(cè)。2012年6月對(duì)該橋上行第1和第2孔進(jìn)行了運(yùn)營(yíng)性能試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果顯示該橋主要問(wèn)題仍為梁體豎向剛度較低，結(jié)構(gòu)沖擊效應(yīng)較大。

2 整治方案研究

由于既有梁為低高度鋼筋混凝土梁，僅對(duì)其進(jìn)行加固已不能有效地提高梁體的豎向剛度。本次整治主要以有效提高梁部豎向剛度、適應(yīng)30 t軸重列車(chē)、減小橋梁整治施工對(duì)既有線安全與運(yùn)營(yíng)影響為主要原則確定整治方案。結(jié)合既有橋現(xiàn)狀、線路平縱斷面及使用功能，本次共研究了以下3個(gè)方案。

方案1:梁部更換為適應(yīng)30 t軸重列車(chē)鋼箱梁。該方案保留既有橋墩臺(tái)，但為滿足開(kāi)行30 t軸重列車(chē)的需要，既有橋墩臺(tái)、基礎(chǔ)均需加強(qiáng)，支座需更換，既有線縱斷面需抬高40cm。該方案在實(shí)施時(shí)需要更換支座，梁部拆除及架設(shè)很難在1個(gè)天窗內(nèi)完成。由于既有橋墩臺(tái)及基礎(chǔ)均需加強(qiáng)，影響列車(chē)安全運(yùn)行的因素較多，慢行時(shí)間較長(zhǎng)(約45 d)，且防護(hù)工程量較大。現(xiàn)澆混凝土橋面板對(duì)列車(chē)運(yùn)營(yíng)影響亦較大。該方案估算工程投資約為690萬(wàn)元。

方案2:梁部更換為適應(yīng)30 t軸重列車(chē)低高度先張法預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁。該方案保留既有橋墩臺(tái)，但既有橋墩臺(tái)、基礎(chǔ)均需加強(qiáng)，支座需更換，既有線縱斷面需抬高30 cm。該方案實(shí)施時(shí)更換支座位置位于既有混凝土梁下方，施工較困難，時(shí)間長(zhǎng)，梁部拆除及架設(shè)無(wú)法在1個(gè)天窗內(nèi)完成。由于既有橋墩臺(tái)及基礎(chǔ)均需加強(qiáng)，影響列車(chē)安全運(yùn)行的因素較多，慢行時(shí)間較長(zhǎng)(約45 d)，且防護(hù)工程量較大。該方案估算工程投資約為600萬(wàn)元。

方案3:拆除既有橋，改建為鋼筋混凝土框構(gòu)橋。該方案需鑿除既有橋橋墩及承臺(tái)，拆除既有梁，原位改建為2×9.0 m鋼筋混凝土框構(gòu)橋，既有線路縱斷面保持不變。施工時(shí)將既有橋臺(tái)作為線路加固D型施工便梁的基礎(chǔ)，采用空頂就位施工，對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)影響較小，限速時(shí)間短(7 d左右)，施工條件較好，施工措施安全可靠。該方案估算工程投資約為640萬(wàn)元。

通過(guò)對(duì)以上3個(gè)方案的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較分析，決定采用對(duì)既有線安全運(yùn)營(yíng)影響最小、既有設(shè)備改建最少、限速時(shí)間最短的鋼筋混凝土框構(gòu)橋方案(方案3)?？驑?gòu)平面及橫斷面如圖1所示。

圖1 框構(gòu)平面及橫斷面示意(尺寸單位:cm;標(biāo)高單位:m)

框構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)以滿足橋下排水及交通、不鑿除既有橋臺(tái)臺(tái)身并兼顧施工的便利及安全、滿足開(kāi)行30 t軸重列車(chē)為原則。具體尺寸為:平面角度80.5°，結(jié)構(gòu)跨度9 m+9 m，框構(gòu)主體寬度20.1 m，邊墻及中墻厚0.7 m，頂板厚0.7 m，底板厚0.8 m，框構(gòu)軸向主體長(zhǎng)度為2×9.13 m(沿渠道中線)，結(jié)構(gòu)凈高5.5 m，結(jié)構(gòu)全高7.0 m。施工時(shí)，既有梁拆除后，采用跨度24 m的D型施工便梁對(duì)線路進(jìn)行架空加固。工點(diǎn)地質(zhì)條件:0～2.9 m砂黏土，灰褐色，可塑，基本承載力140 kPa;2.9～8.3 m黏土，灰黑色，可塑，基本承載力130 kPa;穩(wěn)定地下水位為2.8 m。

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3 施工方案

3.1 總體施工方案

根據(jù)選定的整治方案、工程特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)施工條件，按將施工對(duì)運(yùn)輸?shù)挠绊懡档阶钚〉脑瓌t確定總體施工方案:①在線路兩側(cè)設(shè)計(jì)預(yù)定位置預(yù)制框構(gòu)，施作后背梁、滑板、路基防護(hù)樁，并同時(shí)搭設(shè)D型施工便梁拼裝平臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)完成D型施工便梁拼裝。②框構(gòu)預(yù)制完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，利用2個(gè)天窗分別拆除上下行既有兩座中橋的低高度鋼筋混凝土梁，然后采用2組跨度24 m的D型施工便梁分別對(duì)上下行線路進(jìn)行架空加固。具體施工時(shí)，在既有梁拆除完畢后，首先利用吊車(chē)將鋼制墊梁分別吊裝到兩側(cè)橋臺(tái)上并調(diào)試到位，鋼制墊梁由鋼板焊接而成，然后采用1臺(tái)400 t(現(xiàn)場(chǎng)另備1臺(tái))和1臺(tái)500 t吊車(chē)將預(yù)拼好的跨度24 m的D型施工便梁安置于鋼制墊梁上，并調(diào)整好施工便梁的軌頂標(biāo)高和線路中心位置，調(diào)整完畢后與既有線路進(jìn)行連接。施工期間列車(chē)按限速45 km/h運(yùn)營(yíng)。③線路架空加固完成后，利用破碎錘破除既有墩身、承臺(tái)及板梁，并進(jìn)行地基處理，框構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后進(jìn)行頂進(jìn)施工。④頂進(jìn)施工完畢后，進(jìn)行框構(gòu)橋背回填及橋面上砟施工，橋背回填采用C25混凝土，回填上砟完成后拆除D2型施工便梁。拆除施工便梁時(shí)先拆除縱梁，然后插入混凝土枕，再拆除橫梁。⑤拆除施工便梁后進(jìn)行換軌施工并對(duì)線路進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，上行線為無(wú)縫線路，下行線為普通有縫線路。⑥線路養(yǎng)護(hù)完成后，解除該段限速，列車(chē)恢復(fù)常速運(yùn)營(yíng)，進(jìn)行橋面護(hù)欄及端翼墻鋼筋混凝土等附屬工程施工。

3.2 施工工藝流程(圖2)

3.3 施工控制

3.3.1 工作坑開(kāi)挖

工作坑開(kāi)挖前，先仔細(xì)調(diào)查施工范圍內(nèi)既有管線的準(zhǔn)確位置及用途，采用人工開(kāi)挖探溝并用相關(guān)儀器探測(cè)，查明管線的走向、產(chǎn)權(quán)、位置，對(duì)施工有影響的管線及時(shí)遷改，對(duì)于不能遷改的管線需及時(shí)對(duì)其進(jìn)行安全防護(hù)。工作坑根據(jù)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)條件設(shè)在線路兩側(cè)，其布置如圖3所示。

圖2 施工工藝流程

圖3 工作坑布置

工作坑其平面尺寸為:長(zhǎng)度=前端空頂長(zhǎng)度+頂進(jìn)框構(gòu)長(zhǎng)度+頂鎬長(zhǎng)度+后背梁厚度+后背厚度+后端工作面長(zhǎng)度;寬度=頂進(jìn)框構(gòu)全寬+兩側(cè)工作面寬度+兩側(cè)集水井和排水溝寬度。工作坑開(kāi)挖好后，應(yīng)及時(shí)檢查承載力是否滿足頂進(jìn)要求。若土質(zhì)松軟或基本承載力＜120 kPa，應(yīng)用級(jí)配碎石夯實(shí)以防不均勻下沉。底面還應(yīng)結(jié)合滑板制造做成沿頂進(jìn)方向頭高尾低的仰坡，以便在頂進(jìn)出現(xiàn)“扎頭”時(shí)調(diào)整到預(yù)期位置。

3.3.2 修筑滑板及后背

1)修筑滑板及設(shè)置潤(rùn)滑層

滑板采用C25鋼筋混凝土澆筑?；逍拗霸谄湎虏康鼗虾惶钏槭瘔|層。為增加抗滑力，滑板下設(shè)地錨梁，滑板與地錨梁鋼筋一起布設(shè)，混凝土一起澆筑。為防止頂進(jìn)時(shí)出現(xiàn)“扎頭”現(xiàn)象，滑板頂面做成坡度3‰的仰坡。另外，為消除框構(gòu)起動(dòng)后與進(jìn)入路基前的空頂階段的方向偏差，在滑板兩側(cè)設(shè)鋼筋混凝土導(dǎo)向墩，與底板同時(shí)澆筑。方向墩每間隔3 m設(shè)置一對(duì)，橫斷面為30 cm×30 cm，高出滑板40 cm，深入滑板底以下60 cm，墩與框構(gòu)箱身間留5 cm空隙，以便導(dǎo)向?；屙斆驿佋O(shè)潤(rùn)滑隔離層，潤(rùn)滑隔離層由潤(rùn)滑層和塑料薄膜組成，具體做法為:待滑板頂面干燥后，首先澆灑一層石蠟油(厚約2 mm)，澆灑時(shí)沿滑板長(zhǎng)度方向每米掛一道鐵絲，作為石蠟厚度的澆灑標(biāo)準(zhǔn);每澆完一格，用刨光的直木板馬上刮平，鐵絲拆除后的槽痕用噴燈烤熔整平;石蠟油凝固后，撒一層0.5 mm厚的滑石粉;最后再鋪設(shè)一層塑料薄膜，薄膜接縫處壓茬20 cm，并使茬口朝路基方向。

2)修筑后背

后背由后背梁、后背樁和后背填土三部分組成。后背梁在挖好工作坑后與滑板一起施工。為使千斤頂頂力通過(guò)后背梁均勻傳至后背樁上，在后背梁與后背樁之間澆注混凝土墊層。后背樁為鋼軌樁，利用舊軌，采用挖孔埋入后澆注混凝土固定。后背樁是頂進(jìn)的主要受力結(jié)構(gòu)，必須安全可靠，不得小于設(shè)計(jì)打入深度。后背填土盡量利用工作坑后側(cè)邊坡的原狀土，不足部分借土填筑。

3.3.3 框構(gòu)預(yù)制

鋼筋混凝土框構(gòu)箱身由底板、邊墻及頂板三部分組成?？驑?gòu)在工作坑底板潤(rùn)滑隔離層上預(yù)制。首先利用全站儀測(cè)量定位，確?？驑?gòu)箱身中心線、工作坑底板中心線和頂進(jìn)橋位的中心線三者布置在同一直線上。施工時(shí)，框構(gòu)箱身混凝土分兩階段施工，先澆筑底板(含下梗肋)，當(dāng)?shù)装寤炷翉?qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%后，再施工中邊墻及頂板混凝土。兩側(cè)邊墻及中墻混凝土澆筑高度不應(yīng)等高，相錯(cuò)10～20 cm，確保兩側(cè)邊墻及中墻施工縫不在同一平面上。墻身接縫處預(yù)埋連接短鋼筋，以利于承受剪力。頂板、底板不宜留施工縫，墻身水平施工縫不得留在剪力與彎矩最大處或底板與側(cè)墻的交接處，應(yīng)留在高出底板表面不小于200 mm的墻體上。在施工縫上澆筑混凝土前，將施工縫處的混凝土表面鑿毛，清除浮料和雜物，用水沖洗干凈，保持濕潤(rùn)，再鋪上一層20～25 mm厚的1∶1水泥漿?；炷翝仓戤吅?，應(yīng)及時(shí)養(yǎng)護(hù)。墻身混凝土待同條件試件抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后方可拆模，頂板混凝土待同條件試件抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后方可拆模。常溫下，底板及頂板覆蓋草袋灑水養(yǎng)護(hù)，墻身待拆模后灑水養(yǎng)護(hù)。底板、邊墻養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得低于7 d，頂板養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得低于14 d。防水層施工之前必須采用膨脹水泥將框構(gòu)箱身預(yù)制時(shí)所留下的對(duì)拉筋孔填塞密實(shí)，防水層嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及施工規(guī)范施工。

3.3.4 便梁拼裝

便梁在預(yù)制框構(gòu)橋前端場(chǎng)地高位架空拼裝。便梁在拼裝時(shí)牛腿及連接板S4上全部螺栓應(yīng)同時(shí)上緊，彈簧墊圈置于螺母與平墊圈之間，斜桿S6不得漏裝。便梁加固范圍內(nèi)盡可能避免鋼軌接頭，不能避免時(shí)，鋼軌接頭須調(diào)整到橫梁上。鋼軌墊板須采用氯丁橡膠特制的斜墊板，厚度為20 mm。橡膠斜墊板具有方向性，厚邊必須放置在鋼軌外側(cè)。

3.3.5 移梁及線路架空加固

當(dāng)框構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后，利用天窗拆除既有梁和架空線路。共需拆除既有低高度鋼筋混凝土梁8片、架設(shè)24 mD型施工便梁2組，拆除既有梁和線路架空采用1臺(tái)400 t(現(xiàn)場(chǎng)另備1臺(tái))和1臺(tái)500 t吊車(chē)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件及有關(guān)施工要求，共需5個(gè)天窗。為減少既有梁拆除及D型便梁架空線路天窗內(nèi)的施工作業(yè)任務(wù)，首先利用2個(gè)天窗分別拆除既有中橋上下行護(hù)欄、護(hù)軌及電纜槽等附屬設(shè)備;然后，為了確保天窗內(nèi)施工萬(wàn)無(wú)一失，提前利用1個(gè)天窗進(jìn)行吊車(chē)吊裝梁模擬試驗(yàn);最后利用2個(gè)天窗，分別進(jìn)行下行線和上行線的施工。施工順序?yàn)?拆除鋼軌→拆除軌枕、清理道砟→拆除既有梁→吊裝鋼制墊梁→吊裝24 mD型施工便梁→連接線路→檢查驗(yàn)收合格后開(kāi)通線路。第1列限速25 km/h，第2列限速45 km/h，自第2列起至另有通知時(shí)止限速45 km/h。

3.3.6 框構(gòu)頂進(jìn)

框構(gòu)頂進(jìn)施工前，需采用直徑1.25 m灌注樁對(duì)外側(cè)路基進(jìn)行加固防護(hù)，拆除既有橋墩及承臺(tái)，并按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行地基處理，開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后回填C25混凝土。該框構(gòu)橋每側(cè)頂進(jìn)框構(gòu)鋼筋混凝土約423 m3，自重約1057 t，采用4臺(tái)500 t千斤頂(另再備用1臺(tái))等間距布置進(jìn)行頂進(jìn)施工。正式頂進(jìn)前，還應(yīng)進(jìn)行調(diào)試和試頂。調(diào)試主要是全面檢查液壓元件是否可靠，千斤頂功能有無(wú)異常，管路有無(wú)泄漏，測(cè)定起動(dòng)推力，檢查后背的變化情況等。試頂以頂動(dòng)箱身為止，在試頂時(shí)要加強(qiáng)對(duì)箱身中線、水平和縱向位移的觀察，同時(shí)還要注意觀察后背和底板的變化。頂進(jìn)時(shí)應(yīng)保持連續(xù)性，并隨時(shí)注意箱身軸線及水平。如由于某種原因迫使暫時(shí)停止箱身頂進(jìn)時(shí)，也要間續(xù)地頂動(dòng)箱身，以防止箱身阻力過(guò)大。每班交接時(shí)，對(duì)千斤頂、油泵液壓系統(tǒng)、頂鐵、頂柱、后背等設(shè)備，必須經(jīng)過(guò)檢查，確保其保持良好狀態(tài)。掌握箱身的方向及高程狀況后，才能開(kāi)始繼續(xù)頂進(jìn)。在頂進(jìn)過(guò)程中應(yīng)始終作好記錄，隨班交接。頂進(jìn)時(shí)，方向和高程容易出現(xiàn)偏差，即出現(xiàn)方向偏移、“抬頭”、“扎頭”等問(wèn)題，因此在頂進(jìn)過(guò)程中應(yīng)采取措施嚴(yán)格加以控制。箱身每前進(jìn)1 m對(duì)箱身的軸線和高程進(jìn)行觀測(cè)，并要做好詳細(xì)記錄。如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)通知頂進(jìn)指揮人員，采取有效措施，糾正偏差，使其滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3.7 線路恢復(fù)

框構(gòu)箱身頂進(jìn)就位后，立即進(jìn)行道床及橋背兩側(cè)的回填，橋背采用C25混凝土回填。先拆除縱梁，再采用混凝土枕抽換鋼枕。拆除時(shí)隔三抽一，循環(huán)進(jìn)行。拆除橫向鋼枕必須在封閉要點(diǎn)的情況下方可進(jìn)行。拆除前在線路兩側(cè)備足道砟。人工將鋼枕拉出線路外側(cè)后，需及時(shí)補(bǔ)充混凝土枕并上砟、搗固，對(duì)線路進(jìn)行整修。便梁拆除運(yùn)出線路后，抽走道砟擋板、鋼釬，恢復(fù)好線路道砟坡腳，補(bǔ)充道砟，找平軌面，撥正方向，按規(guī)定時(shí)間養(yǎng)護(hù)，然后會(huì)同工務(wù)部門(mén)檢查驗(yàn)收。線路恢復(fù)后按照設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求進(jìn)行橋面護(hù)欄及端翼墻鋼筋混凝土等附屬工程施工。

4 結(jié)語(yǔ)

西留肖中橋此次病害整治，通過(guò)將低高度鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁原位改建為鋼筋混凝土框構(gòu)，徹底解決了該橋梁體豎向剛度不足、結(jié)構(gòu)沖擊效應(yīng)較大的問(wèn)題，根除了該橋的安全隱患。此次病害整治完成后，該橋已取消限速，恢復(fù)至正常運(yùn)營(yíng)速度80 km/h，從而消除了該段制約運(yùn)輸效率的瓶頸，有效提高了運(yùn)輸能力。此次病害整治總體上取得了良好的效果，可為以后類(lèi)似橋梁病害整治和施工提供借鑒。

［1］閆曉夏，柯在田，徐玉勝，等.朔黃鐵路32 m超低高度預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁適應(yīng)30 t軸重貨車(chē)加固改造分析［J］.鐵道建筑，2014(11):1-5.

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［6］鐵道部第三工程局.鐵路工程施工技術(shù)手冊(cè)——橋涵(中)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1992.

［7］張鐘祺.橋隧施工及養(yǎng)護(hù)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2004.

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(責(zé)任審編李付軍)

U445.6;U445.462

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.02.03

1003-1995(2015)02-0008-04

2014-08-12;

2014-09-12

徐新利(1966—)，男，河南臨潁人，高級(jí)工程師，碩士。