既有鐵路病害橋整治方案研究

王 克 江

(吉林鐵道勘察設計院有限公司，吉林 吉林 132001)

鐵路作為我國重要的交通運輸方式，對國民經(jīng)濟及社會發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。而鐵路橋梁作為鐵路設施的一個重要組成部分，必須引起設計、施工及管理部門的足夠重視。既有鐵路橋梁由于常年遭受自然侵蝕、列車荷載的不斷加大、河床沖刷，或者由于設計和施工標準低、養(yǎng)護維修不到位等因素影響，均產(chǎn)生不同程度病害，個別橋梁甚至存在威脅行車安全的隱患。為此各鐵路局結(jié)合所管轄的既有鐵路設備運營狀況，相繼對既有橋梁進行大規(guī)模排查和檢測，并委托設計單位對病害橋梁進行整治方案研究。由于既有橋梁病害原因不同(水害橋、老齡橋、河床沖刷下切引起的淺基橋、梁體及墩臺腐蝕裂損、支座病害等等)，病害程度不同和所在線路情況不同，往往需要采用不同的治理措施。種類復雜，不利于系統(tǒng)學習和技術(shù)提升。為此，筆者以梅集線K115+515.24病害橋整治工程(之后簡稱本工程)舉例，詳細闡述病害橋整治方案研究的步驟和方法。

1 收集資料

1.1 既有橋概況

梅集線K115+515.24病害橋(之后簡稱本橋)始建于1936年，為5-10 m上板鋼梁橋，橋全長55.8 m，耳墻式橋臺，圓形橋墩，基底坐落于巖石上。該橋跨越第三北甸子河，1951年歷史最高洪水位435.23 m，距梁底0.64 m。

1.2 既有橋病害情況

通過現(xiàn)場調(diào)查和收集該橋的檢定評估報告發(fā)現(xiàn)：該橋已經(jīng)運用了近80年、梁體出現(xiàn)裂損、鉚釘松動、銹蝕嚴重，已進入老齡期。梁體橫、豎向剛度不足，該橋劣化等級為A1級(嚴重)。4個橋墩橫向剛度不足，墩身腐蝕剝落，裂紋普遍，外觀狀態(tài)不良且已經(jīng)過多次包箍。

1.3 既有橋所在區(qū)段線路情況及規(guī)劃情況

本橋位于梅集線梅河口至通化區(qū)段二密河(K112+885)至通化(K128+878)區(qū)間，該區(qū)段共有21處曲線，曲線半徑不大于300 m的曲線有兩處。既有橋位于兩右偏曲線的夾直線上，曲線半徑分別為910 m和300 m，橋中心距離前后兩側(cè)曲線頭分別為223.86 m和48.81 m。橋梁位于1.6‰ 的坡度上。

梅集線無提速改造等相關(guān)規(guī)劃。

1.4 工程地質(zhì)

2 方案研究

2.1 對既有橋加固方案研究

2.1.1加固必要性分析

視既有橋使用壽命、病害原因和病害程度、技術(shù)可行性及經(jīng)濟合理性而定，分析對既有病害橋進行加固的必要性。

本橋自建橋至今已有80年，病害情況比較嚴重，曾被多次包箍處理過。再進行加固施工難度大、投資也較高，且加固后仍不能根本性解決病害，研究認為沒有加固價值。

2.1.2加固方法選用

不同的病害特征采用對應的加固方法，常用橋梁上部結(jié)構(gòu)加固方法：加大截面法；外部預應力加固法；外部粘貼法；改變結(jié)構(gòu)體系法。橋梁下部結(jié)構(gòu)加固方法：擴大基礎加固法；支撐加固法；鋼筋套箍或護套加固法。據(jù)2.1.1分析認為本橋沒有再加固的必要，故也不用考慮其加固方法。

2.2 改線移位建新橋方案研究

2.2.1改線必要性分析

視既有橋所在線路規(guī)劃情況、使用狀況、線路線形、相鄰曲線的半徑情況、線路優(yōu)化可能性、沿線不良地質(zhì)情況、征地拆遷難易程度等因素綜合確定。本橋所在線路尚無提速改造等相關(guān)規(guī)劃，改線能根治橋梁病害，周邊無不良地質(zhì)地段，附近無不能拆遷建、構(gòu)筑物，因此有做改線方案研究的必要。

2.2.2改線范圍確定

視既有橋前后相鄰曲線的半徑情況、所在區(qū)段線路規(guī)劃情況和小半徑曲線情況、工程規(guī)模、大范圍改線必要性等因素綜合確定。既有橋所在線路大里程側(cè)右偏曲線后緊接一半徑為350 m的左偏曲線，如果想通過增大半徑來改善既有線條件，需連同之后的曲線進行大范圍改線，工程量巨大。且本橋所在(梅河口至通化)區(qū)段的小半徑(R≤300 m)曲線個數(shù)多(共20多處)、分布范圍較廣，局部改線對全線提速意義不大。且梅集線尚無提速改造等相關(guān)規(guī)劃。因此，只研究對病害橋附近曲線進行小范圍改線方案。

2.2.3改線方案

1)線路角度確定改線方案。改線方案研究應從線路曲線個數(shù)和曲線半徑條件、改線橋與既有橋相對位置關(guān)系進行分析，并保證在橋長范圍內(nèi)滿足最小施工安全凈距要求(一般情況下，新線與既有線最小線間距20 m，困難條件下15 m)。避免遺漏有價值方案，建議從以下幾方面分析：a.新橋設在既有橋上游或下游；b.新橋與既有橋平行、左斜和右斜(盡量使橋上線路方向與河道方向垂直)；c.新線相對既有線曲線個數(shù)減少、不變或增加；曲線半徑增大，不變或減小。據(jù)分析，本橋改線方案如圖1所示。

2)從橋梁孔跨布置、梁型確定橋梁方案。a.孔跨布置。設計孔跨須保證百年一遇排洪能力，最高洪水位距梁底滿足安全距離，并考慮河溝沖下的漂浮物影響；橋下如有道路，船舶通行，需滿足行車、通航的凈空要求；考慮工期要求、梁體及材料供應情況及施工單位相應的施工能力等。在同時滿足以上條件前提下，如雙線只整治一座橋時，盡量與既有另外一橋?qū)?如需擴孔，應選擇不沖刷橋臺，對橋有利方向)。從節(jié)省投資角度考慮宜盡量選用大跨度梁(據(jù)不完全統(tǒng)計，選用32 m梁最經(jīng)濟)。本橋為5-10 m單線橋，經(jīng)計算需要擴孔，考慮與既有橋?qū)滓蛩?，新建橋梁?-20 m布置。b.梁型選擇。對于既有鋼梁可考慮換為混凝土梁或鋼梁，但既有混凝土梁只能換為混凝土梁。如果既有橋為非標準梁，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范需換成標準梁，但設計時也應結(jié)合工程實際情況具體分析，特殊情況下也宜繼續(xù)采用非標準梁(例如：在城市中修建的鐵路橋梁受到城市道路條件限制不得不采用非標準梁；或是既有橋為非標準梁，檢測發(fā)現(xiàn)唯獨梁不合格，其他部分均良好，宜更換既有規(guī)格的非標準梁；再或者既有為雙線并行，均為非標準梁，但只有其中一條線的橋梁經(jīng)檢測不合格，考慮到對孔的原因，也宜繼續(xù)更換非標準梁)。本橋既有為上承式鋼板梁橋，新建橋梁選用混凝土梁。

2.2.4線路方案對比

根據(jù)以上線路方案分析，比較不同方案的改線長度，方案優(yōu)、缺點(包括對既有道路、橋梁、房屋、通信、信號、電力和給排水設施影響，控制點因素等)，選出最經(jīng)濟可行方案。如果有不同橋梁方案，應在步驟3中進行比較。本橋線路方案對比如表1所示。

表1 線路方案對比表

據(jù)表1可知：下游改線方案較上游改線方案改線長度更長，且受到電力貫通線和居民區(qū)影響，因此不考慮下游改線方案。

上游改線方案中，方案一的改線長度最短，且不惡化平面，但距離鶴大高速公路的橋墩最近，橋墩外緣距改線線路中心最小距離為5.28 m，雖然滿足鐵路建筑限界，施工過程中仍存在一定安全隱患。方案二的平面改線長度較長，增加一曲線，且設計線位距離鶴大高速公路的橋墩較近，但新線基本平行既有線分布，征地較少。方案三的改線長度同方案二，不改變與鶴大高速公路橋墩的距離，不惡化平面，但距離既有線較遠，征地多。

從技術(shù)、經(jīng)濟、征地和施工難易程度確定推選方案為：曲線移位改線方案和平行既有橋增加曲線改線方案。

2.3 便線過渡施工，原位建新橋方案研究

2.3.1便線必要性分析

視既有橋所在線路線形，工程量大小和經(jīng)濟性而定。如果新修便線引起工程量不大，或既有線的線形良好，改線會惡化既有線形，則考慮此方法。本橋位于前后曲線半徑為910 m和300 m的夾直線上，不滿足直接插入反向曲線與便橋連接的條件，新修便線工程量不是最小，但也不大。據(jù)前文分析，改線并不能明顯優(yōu)化既有線線形。因此，有做便線方案研究的必要。

2.3.2便線方案

便線方案分為上游便線方案和下游便線方案，下游便線方案與下游改線方案具有相同缺點，且便線設在既有線所跨河道的上游，路基及墩臺相對較矮，將節(jié)省投資、方便施工。故僅考慮上游便線方案。

由于既有橋距離兩側(cè)曲線較近，按照規(guī)范規(guī)定不能在夾直線上直接插入反向曲線與便橋連接，為節(jié)省工程投資，本次研究平行于既有橋增加1條曲線方案作為便線方案。

鑒于改線方案三不改變與鶴大高速橋墩距離，兩側(cè)曲線半徑維持既有不變，小里程側(cè)增加的曲線半徑800 m，基本不惡化既有線條件，故將改線方案二作為便線方案。

表2 綜合方案對比表

3 綜合方案對比

通過步驟2的方案研究，結(jié)合橋梁方案(如有對比方案)，綜合既有橋加固方案、改線移位建新橋方案和便線過渡施工，原位建新橋方案進行對比。從改線(便線)長度、對既有線線形影響、對既有線運營影響、工程投資、方案優(yōu)缺點等方面對比分析，推出最優(yōu)方案。本工程方案對比分析如表2所示。

4 結(jié)語

方案三廢棄工程較大，需經(jīng)過兩次轉(zhuǎn)線，且工程投資最大。方案二和方案一都只需一次轉(zhuǎn)線，但方案一對線路線形基本沒有影響，不降低既有平面條件，且工程投資小，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟比較，最終推薦采用方案一：曲線移位改線方案。沈陽鐵路局專家在“本工程可行性研究文件審查會”上對方案分析方法給予高度肯定，同意其推薦方案。

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