皖贛單線小跨度梁鋼支座病害產(chǎn)生原因與整治措施

周紅旗 上海鐵路局蕪湖工務(wù)段

皖贛單線小跨度梁鋼支座病害產(chǎn)生原因與整治措施

周紅旗 上海鐵路局蕪湖工務(wù)段

通過對管內(nèi)皖贛單線小跨度梁鋼支座病害的原因分析，針對平板鋼支座脫焊、錨栓剪斷、小弧形鋼支座錨栓剪斷等病害類型，從設(shè)計、施工及運營分析病害產(chǎn)生的原因，采取更換支座、橫向聯(lián)接、設(shè)置防橫移裝置等措施，消除設(shè)備病害，確保運輸安全。

皖贛單線；小跨度梁鋼支座病害；原因分析；整治措施

皖贛單線北起宣城，延展至貴溪市，跨越安徽、江西兩省。安徽境內(nèi)貫穿皖南山區(qū)。寧國以南路基以高堤深塹為主，長大坡道多、橋梁涵洞多、小半徑曲線多，具有典型山區(qū)鐵路特點。

蕪湖鐵路工務(wù)段管轄皖贛單線的北段，修建于上世紀70年代。北起宣城站K55+311，南至倒湖站K342+500，與南昌鐵路局交界。段管內(nèi)正線長287.189 km，其中橋梁187座/ 11 700.36 m，隧道32座/6 957 m，涵洞1 078座/23 834 m。（400～450）m小半徑曲線共93處/37.338 km。位于小半徑曲線內(nèi)橋梁46座/3 834.08 m（平板鋼支座橋梁5座/288.1 m，小弧形鋼支座橋梁24座/1 047.68 m）。

1 鋼支座病害

支座是橋跨的支承部分。其作用是傳遞反力、滿足橋跨在荷載作用下的變位、固定橋跨在墩臺上的位置。支座要求有足夠的承載力，不約束設(shè)計允許的變形，便于安裝、養(yǎng)護、維修和更換。

鋼支座是靠鋼部件的滾動、搖動和滑動來實現(xiàn)支座的位移和轉(zhuǎn)動功能的。平板鋼支座構(gòu)造簡單、加工容易，但反力不集中，梁端不能自由轉(zhuǎn)動，伸縮時要克服較大摩阻力?；⌒武撝ё菍⑵桨逯ё?、下座板的平面接觸改為弧面接觸，反力能集中傳遞，梁端也能自由轉(zhuǎn)動，但伸縮要克服較大摩阻力。所以上述兩種支座只適用于較小跨度的梁。

根據(jù)蕪湖工務(wù)段2014年秋檢資料統(tǒng)計顯示，皖贛單線小跨度梁鋼支座病害主要有以下形式：鋼部件裂損和脫焊；鋼部件銹蝕和磨損；錨栓剪斷和松動；上下座板與梁底及支承墊石不密貼。鋼支座劣化評定為B級及以上的共三座橋（具體見表1）。發(fā)現(xiàn)病害后，段及時向上級匯報并采取增設(shè)防橫移裝置等臨時加固措施，確保行車安全。

表1 皖贛單線小跨度梁鋼支座B級及以上病害統(tǒng)計

2 原因分析

通過對現(xiàn)場病害的判別，調(diào)閱竣工資料，結(jié)合平時養(yǎng)修經(jīng)驗，從設(shè)計、施工、運營及養(yǎng)修等方面，分析支座病害產(chǎn)生的原因。

2.1 設(shè)計原因

皖贛單線修建于上世紀70年代，為適應(yīng)山區(qū)地形的變化、減少工程量、降低工程造價，許多橋梁修建在曲線半徑為400 m的地段，設(shè)計等級較低。橋梁設(shè)在曲線上有以下缺點：橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工不便；更換鋼軌和整正曲線較困難；線型易變形造成過大偏心，對墩臺受力不利；曲線地段離心力造成行車搖擺對支座受力和行車安全均屬不利。三座橋的支承墊石高度、支座錨栓的直徑、埋入墩臺的深度均不符合現(xiàn)行標準。如：139#、38#橋支承墊石高為12 cm；139#橋、38#橋支座下座板錨栓均采用直徑小于25 mm的16 mm螺紋鋼替代。三座橋兩片梁間均未橫向聯(lián)結(jié)，墩臺處未設(shè)置防梁體橫向位移裝置。

2.2 施工原因

由于70年代工程施工管理不規(guī)范，第三方監(jiān)督制度不完善，施工質(zhì)量較差。

2.2.1 錨栓受損

梁體在吊裝過程中上錨栓被撞彎，錨栓結(jié)構(gòu)受損；或下錨栓與支承墊石預(yù)留孔位置超過允許值，安裝不上時，采用其他方法造成錨栓傷害。在后期運營過程中病害繼續(xù)發(fā)展直至錨栓折斷。

2.2.2 支座安設(shè)不平

支座安設(shè)時，支承墊石頂面不平或不實，造成支座三條腿現(xiàn)象，致使錨栓受力不均。個別錨栓承受較大的水平推力和橫向力而首先發(fā)生裂損，在列車動荷載的反復(fù)作用下，發(fā)生折斷。

2.2.3 焊接工藝的缺陷

通過病害整治，對換下的平板鋼支座進行檢查、分析，發(fā)現(xiàn)墊板與上、下座板的焊接質(zhì)量較差，存在焊縫長度、高度不夠等現(xiàn)象。焊接殘余應(yīng)力在動載作用下加快疲勞裂紋發(fā)展的速度，從而降低了焊縫及附近主體金屬的疲勞強度，造成鋼構(gòu)件的脫焊。

2.2.4 其他

支座未按設(shè)計溫度要求正確安裝定位，以致在最高或最低氣溫時位移受阻。

2.3 運營、保養(yǎng)原因

皖贛單線屬于客貨共線鐵路。該三座橋梁均位于曲線半徑R=（400～450）m地段。鋼軌超高設(shè)置不合理（現(xiàn)場鋼軌有側(cè)磨）。由于離心力與行車速度的平方成正比，與曲線半徑大小成反比。隨著皖贛單線運行列車的軸重和密度不斷增加，列車動荷載的作用不斷加大，傳遞到支座處水平力的加大是支座錨栓折斷主要原因之一。三座橋均為簡易的吊圍欄，支座保養(yǎng)空間不足（平板鋼支座構(gòu)造高度只有90 mm），平時支座保養(yǎng)不到位，現(xiàn)場存在支承墊石面積水、支座流銹等現(xiàn)象，尤其銹蝕造成錨栓受力截面減小。平板鋼支座由于平面鋼板積垢與銹蝕使支座“凍死”失效，弧形鋼支座由于弧形接觸面接觸應(yīng)力過大被壓平，接觸面不平有凹槽及磨損，支座不能正常轉(zhuǎn)動，使錨栓受剪。

3 整治措施

通過對現(xiàn)場認真調(diào)查和綜合分析，決定采取更換支座、梁體橫向聯(lián)結(jié)、墩臺處設(shè)置防梁體橫移裝置三管齊下的整治措施。其中支座更換原則：采用板式橡膠支座替換平板鋼支座和同類型支座更換兩種方案（見表2）。

下面以139#橋支座更換為例進行說明：

3.1 板式橡膠支座替換平板鋼支座

皖贛139#橋結(jié)構(gòu)形式為（2～8.0）m低高度板梁，平板鋼支座，橋上鋪設(shè)P60無縫線路，曲線半徑R=400 m，坡度為4.3‰，梁底寬為800 mm。根據(jù)設(shè)備和線路的技術(shù)條件，采用板式橡膠支座換平板鋼支座的方案，以減少日后的保養(yǎng)、維修工作量。板式橡膠支座型號為：TBZ（200×350×25）mm-CR，原平板鋼支座高度為90 mm，采用設(shè)置限位條的10 mm鋼板粘貼于梁底，限制橡膠支座的橫向剪切變形或縱向竄動。支座底需搗砂45 mm，以調(diào)整兩種不同類型支座的高差。

表2 三座橋支座病害整治措施

3.1.1 準備工作

施工前對梁體進行預(yù)應(yīng)力橫向聯(lián)結(jié)。根據(jù)施工計劃，提前做好人員、材料、機具、加工件準備工作。并聯(lián)系好線路車間做好應(yīng)力放散和封鎖點內(nèi)配合及慢行期間的線路觀測、養(yǎng)護工作。

3.1.2 施工步驟

結(jié)合現(xiàn)場實際及梁重采用6臺50 t千斤頂，實用4臺，其中2臺備用。提前要點進行線路應(yīng)力放散作業(yè)。具體步驟如下：

①搭設(shè)橋墩腳手架及工作平臺，并在外圍安裝尼龍安全網(wǎng)；在支承墊石外側(cè)用水平尺劃出水平線、十字線。

②將曬干篩凈（直徑0.5 mm～1 mm）的細砂與P.O42.5級水泥,按1：1的比例（體積比）干拌均勻備用，在封鎖點下達15分鐘前再灑水拌至手能捏成團而不松散、不濕手為宜。

③待封鎖開始后，拆除影響范圍內(nèi)的線路扣件螺栓，避免梁上橋枕同時頂起增大重量及破壞道床狀態(tài)，減少線路搗固工作量。同時采用臨時支護方式將鐵路通信電纜臨時支護，防止起落梁拉斷電纜。

④將已放置好的千斤頂打起頂住梁底達到受力。準備工作做好后施工負責人統(tǒng)一指揮即開始試頂，經(jīng)調(diào)試性能完好即開始正式頂升更換支座作業(yè)。

⑤切除支座上、下座板錨栓，拆除舊支座，切割并打磨剩余在墩臺及梁體內(nèi)的錨螺栓，清除支座及梁底部雜物，用高壓風(fēng)吹干凈。

⑥利用事先準備好的搗砂模具，對墩臺進行搗墊砂漿，待搗砂完畢后，抄墊雜木及鋼板，落梁，同時恢復(fù)橋上線路。

⑦利用第二封鎖點頂梁，抽除臨時抄墊的雜木及鋼板，利用粘鋼專用膠（SHO-BOND#101）粘貼鋼板于梁底，在支承墊石上按照設(shè)計位置劃好十字線，將平板橡膠支座安放到位，支座抄平。落梁到位后恢復(fù)橋上線路，清理墩臺頂工具、材料，將支座周邊砂漿用搗固鏟搗固密實并濕漿封閉；最后用高壓風(fēng)吹凈墩臺頂灰塵。

⑧墩臺處梁體防橫移裝置的安裝。

3.2 同類型支座更換

皖贛38#橋結(jié)構(gòu)形式為（1～5.5）m鉿π梁，平板鋼支座，橋上鋪設(shè)P60無縫線路，曲線半徑R=400 m，坡度為1.9‰，梁底寬為310 mm；皖贛31#橋結(jié)構(gòu)形式為（1～16）m鉿低高度T梁，小弧形鋼支座，橋上鋪設(shè)P60無縫線路，曲線半徑R=450m，坡度為4.8‰。根據(jù)設(shè)備和線路的技術(shù)條件，均采用更換同類型支座的方案。

施工步驟與皖贛139#橋類似。先對梁體進行橫向連結(jié)，在封鎖點內(nèi)進行支座更換，最后在墩臺處進行防橫移裝置的安裝。不同之處是，皖贛38橋#為π梁，按標準圖HJ(2008) 12-Ⅱ進行橫向聯(lián)接。皖贛31#橋更換TGZH8.2-ZX小弧形支座，每套重237.13 kg。因為較重，為安裝方便，用φ8的圓鋼將待安裝的小弧形支座的上下座板焊接在一起。采用導(dǎo)軌安裝到位后，再割開。

3.3 更換支座質(zhì)量要求

支座的質(zhì)量和規(guī)格符合標準，支座位置安裝正確；支座平整、密貼、無縫隙；活動支座滾動（滑動）面應(yīng)保持潔凈潤滑，保證梁跨伸縮、轉(zhuǎn)動自由。固定支座應(yīng)穩(wěn)固可靠；支撐及限位設(shè)備齊全；鑿埋螺栓直徑及埋入深度符合規(guī)定，位置偏差小于5 mm，螺栓桿正直無松動，周圍砂漿填實無松動、無裂紋；支座搗砂前將墩臺面鑿毛洗凈，水灰比、砂漿配比符合規(guī)定，拌合均勻，搗固密實，周圍抹面平整，無裂紋，與座板縫隙小于1 mm，深度小于30 mm，排水良好。

4 效果

在整治過程中，新材料、新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用，提高了施工效率。如：支座上座板錨栓因其埋在梁體內(nèi)，折斷后較難處理，一般處理方案在支座旁鑿除部分混凝土，取出舊錨栓，更換新錨栓。本次采用SHO-BOND#101粘貼鋼板技術(shù)，有效地攻克了這一難題，整治后，經(jīng)過近一年多時間的后期觀測，該三座橋的設(shè)備狀態(tài)穩(wěn)定，無新增病害。

通過對三座橋支座的徹底整治，找到病害產(chǎn)生的原因，消滅了設(shè)備病害，確保了行車安全。為今后同類型橋梁的檢查、保養(yǎng)、維修提供了寶貴經(jīng)驗。

5 結(jié)語

隨著鐵路運營和發(fā)展，皖贛單線的設(shè)備逐年老化，設(shè)計、施工等先天性不足使設(shè)備病害逐漸暴露。工務(wù)段作為設(shè)備管理單位只能加強檢查、監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)病害設(shè)備，通過預(yù)防性的保養(yǎng)、維修降低設(shè)備劣化的速率。徹底的消滅病害還需要進行大修工程整治。

[1]《鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則》.北京.中國鐵道出版社.2010.

[2]《鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則條文說明》.北京.中國鐵道出版社.2011.

[3]李亞東.《橋梁工程概論》.西南交通大學(xué)出版社.2005.

[4]易思蓉.《鐵路選線設(shè)計》.西南交通大學(xué)出版社.2001.

責任編輯：王華 張建強

來稿日期：2017-01-16