鐵路空腹式T型橋臺(tái)裂縫整治方法與實(shí)踐

李 剛 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司工務(wù)處

1 引言

橋臺(tái)類型根據(jù)橋址地形、地質(zhì)、水文、線路、上部結(jié)構(gòu)、施工條件、剛度要求和經(jīng)濟(jì)等因素綜合選定。鐵路常用有U型、T型、耳墻式、埋式橋臺(tái)等。T型橋臺(tái)因截面型式較合理，在大中橋及復(fù)線橋普遍使用，由基礎(chǔ)、臺(tái)身、臺(tái)頂3部分組成。T型橋臺(tái)長(zhǎng)度隨著填土高度的增高而增長(zhǎng)，導(dǎo)致高路堤橋臺(tái)圬工量大增，空腹式T型橋臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生（見(jiàn)圖1）。整體拱式結(jié)構(gòu)橋臺(tái)設(shè)計(jì)，采用漿砌混凝土拱代替實(shí)體圬工，空出拱下部分，減少圬工用量。

圖1 空腹式T型橋臺(tái)實(shí)景圖

由于鐵路建設(shè)期設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、施工技術(shù)，運(yùn)營(yíng)期荷載提升、年久失修等綜合因素影響，橋臺(tái)逐漸產(chǎn)生裂縫。裂縫的出現(xiàn)會(huì)在一定程度上削弱橋臺(tái)強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，降低結(jié)構(gòu)承載力和耐久性，對(duì)結(jié)構(gòu)及行車安全構(gòu)成威脅。因此，研究橋臺(tái)裂縫產(chǎn)生的原因并提出相應(yīng)的解決方法，就顯得意義重大。

2 裂縫成因簡(jiǎn)析

裂縫的出現(xiàn)和開(kāi)展影響因素很多，在缺乏現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及病害數(shù)據(jù)記錄的情況下，很難針對(duì)性分析出裂縫產(chǎn)生的具體原因。故對(duì)運(yùn)營(yíng)當(dāng)中發(fā)生開(kāi)裂的空腹式T型橋臺(tái)，分析其裂縫產(chǎn)生的原因，大致分為以下幾種。

（1）網(wǎng)狀裂縫大多由于混凝土收縮、內(nèi)外溫差產(chǎn)生的溫度應(yīng)力造成。

（2）豎向裂縫大多由于基礎(chǔ)不均勻沉降或承載力不均所致。

（3）施工質(zhì)量不良，混凝土工作縫處理不當(dāng)，在結(jié)構(gòu)接茬處產(chǎn)生裂縫。

（4）鐵路快速重載列車大面積開(kāi)行，混凝土質(zhì)量差，線路狀態(tài)不良等，在長(zhǎng)期荷載作用下，逐漸產(chǎn)生裂紋并繼續(xù)發(fā)展，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，越來(lái)越大。

（5）拱頂圬工厚度不足，橋上道砟厚度過(guò)薄，致使拱跨處沖擊力過(guò)大，損壞防水層、保護(hù)層，導(dǎo)致臺(tái)頂?shù)理牟哿芽p。

（6）臺(tái)頂拱圈施工不良，拱跨處截面較弱，拱圈砌縫抗剪強(qiáng)度較小，裂縫從臺(tái)頂?shù)理牟垩刂叭ζ隹p開(kāi)裂。

3 裂縫整治方法

圬工拱、臺(tái)在恒載下出現(xiàn)裂縫，環(huán)境中的水、有害氣體易滲入縫隙造成鋼筋銹蝕，水滲入縫隙內(nèi)會(huì)引起凍脹使圬工裂縫擴(kuò)大與風(fēng)化，日后將影響結(jié)構(gòu)耐久性，所以對(duì)圬工結(jié)構(gòu)的裂縫寬度加以限制，裂縫寬度超過(guò)限值應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)，分析原因，進(jìn)行整治。依據(jù)《鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則》規(guī)定，圬工拱、臺(tái)恒載裂縫寬度限值如表1所示。

表1 圬工拱、臺(tái)恒載裂縫寬度限值

裂縫整治應(yīng)恢復(fù)裂縫處結(jié)構(gòu)整體性和耐久性，對(duì)于超過(guò)恒載裂縫寬度限值的橋臺(tái)裂縫，應(yīng)根據(jù)種類、位置、發(fā)展程度及產(chǎn)生原因，采取相應(yīng)的加固措施。

（1）裂縫寬度較小已趨穩(wěn)定，未上下貫通或左右對(duì)稱，過(guò)車時(shí)無(wú)明顯張合現(xiàn)象，經(jīng)分析不影響橋臺(tái)安全時(shí)，采用注膠封閉修補(bǔ)及聚合物砂漿罩面進(jìn)行加固。

（2）裂縫較寬、較多且有繼續(xù)發(fā)展趨勢(shì)者，應(yīng)找出裂縫發(fā)生的原因，采取有效的加固措施。因基底應(yīng)力不足而發(fā)生裂縫的，應(yīng)擴(kuò)大基礎(chǔ)、加打基樁或改建小跨度橋梁。因圬工質(zhì)量或施工技術(shù)不良而發(fā)生裂縫的，可采用注膠修補(bǔ)及鋼筋混凝土包箍進(jìn)行加固（見(jiàn)圖2），如有斷裂貫通裂縫，需再進(jìn)行壓力注漿整治。

（3）裂縫上下貫通、左右對(duì)稱、縫口錯(cuò)牙、張合嚴(yán)重且持續(xù)發(fā)展，影響橋臺(tái)承載能力及行車安全的，應(yīng)采取局部翻修或拆除重建的方法進(jìn)行加固。

圖2 鋼筋混凝土包箍加固臺(tái)身示意圖

4 加固實(shí)踐

4.1 橋臺(tái)概況

某線#92橋?yàn)殇摌蚋脑炖茫虍?dāng)時(shí)資源匱乏，將#0臺(tái)改造為空腹式T型橋臺(tái)，擴(kuò)大基礎(chǔ)，后采用漿砌片石填實(shí)拱內(nèi)。檢查發(fā)現(xiàn)臺(tái)頂跨中附近人行道板拉開(kāi)斷裂，產(chǎn)生較大破裂體；裂縫向下延伸，鋼筋混凝土道砟槽及混凝土拱圈產(chǎn)生豎向貫通裂縫(最大縫寬達(dá)10 mm)，拱圈縫口錯(cuò)牙，裂縫滲水，混凝土蜂窩破損；臺(tái)頂縱墻與臺(tái)帽接筑面有水平裂縫，并在列車經(jīng)過(guò)時(shí)有明顯的上下開(kāi)合現(xiàn)象，裂縫沿縱墻延伸長(zhǎng)約2 m；裂縫狀態(tài)有持續(xù)發(fā)展趨勢(shì)。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查梁縫、支座、護(hù)錐等設(shè)備狀況，并查驗(yàn)竣工地質(zhì)資料，地基為泥巖板狀碎石帶，基本承載力為600 kPa，經(jīng)檢算排除基底承載力不夠?qū)е虏痪鶆虺两诞a(chǎn)生的裂縫。該橋于1978年建成，臺(tái)頂混凝土質(zhì)量差，施工技術(shù)低，后期養(yǎng)護(hù)維修不及時(shí)，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)營(yíng)造成嚴(yán)重劣化，因此根據(jù)橋臺(tái)現(xiàn)狀，提出2個(gè)加固方案。

4.2 加固方案

方案一：在既有拱圈下增設(shè)新鋼筋混凝土拱圈，同時(shí)加大拱內(nèi)邊墻截面支承新拱圈進(jìn)行加固，簡(jiǎn)稱“托拱”法（見(jiàn)圖3）。為使新舊拱圈聯(lián)結(jié)緊密，共同受力，一般采用鉆孔植筋方式連接。然而舊拱圈已經(jīng)被壓潰，加之拱圈半徑小，跨度短，難以保證新舊拱圈結(jié)合的施工質(zhì)量。施工拱內(nèi)邊墻支承需架設(shè)吊軌軌束組加固橋臺(tái)線路，鑿除原拱內(nèi)漿砌片石及部分橋臺(tái)護(hù)錐，因橋臺(tái)較高，施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高。

方案二：翻砌臺(tái)頂。鑿除原橋臺(tái)臺(tái)頂結(jié)構(gòu)，包括混凝土拱圈、縱墻、鋼筋混凝土道砟槽及人行道等，重新設(shè)計(jì)臺(tái)頂縱墻、道砟槽及人行道板，恢復(fù)橋臺(tái)結(jié)構(gòu)及功能。該方案將空腹式橋臺(tái)更換為實(shí)體圬工橋臺(tái)，改變橋臺(tái)結(jié)構(gòu)體系，可一次性改造到位，不留后患，徹底解決臺(tái)頂病害及缺陷。缺點(diǎn)是翻砌臺(tái)頂施工要架設(shè)施工便梁過(guò)渡，解除原臺(tái)頂承受的從線路及臺(tái)后路堤填土傳來(lái)的壓力并維持通車，保證線路正常運(yùn)營(yíng)，會(huì)導(dǎo)致線路慢行時(shí)間長(zhǎng)。同時(shí)便梁支墩設(shè)計(jì)，便梁架設(shè)施工也存在較大難點(diǎn)。對(duì)比兩個(gè)方案，從后期管理、養(yǎng)護(hù)、維修上分析，方案一需長(zhǎng)期觀測(cè)加固后使用狀態(tài)的穩(wěn)定情況，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。即使拱圈加固效果良好，臺(tái)頂?shù)理牟弁斜P(pán)貫通裂縫及臺(tái)帽張合裂縫仍存在安全隱患，難以根治。綜合考慮設(shè)計(jì)、施工、工程造價(jià)等因素，采用方案二較為合理。

圖3 舊拱圈下增設(shè)新拱圈加固示意圖(單位：cm)

4.3 加固設(shè)計(jì)

圖4 臺(tái)頂構(gòu)造正面圖(單位：cm)

橋臺(tái)臺(tái)頂按縱墻、道砟槽托盤(pán)及懸臂人行道板設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖4）?？崭故浇Y(jié)構(gòu)改建為實(shí)體圬工，梁式結(jié)構(gòu)代替拱式結(jié)構(gòu)。為跨越拱下空間，增強(qiáng)臺(tái)頂結(jié)構(gòu)抗彎承載能力，避免產(chǎn)生裂縫，臺(tái)頂結(jié)構(gòu)按簡(jiǎn)支鋼筋混凝土單跨深受彎構(gòu)件進(jìn)行受力計(jì)算，采用容許應(yīng)力法檢算截面尺寸及鋼筋配置?？v墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，主要縱向受拉鋼筋為φ14 mm，間距10 cm，分三層布置在縱墻下翼緣。原設(shè)計(jì)臺(tái)頂?shù)理牟鄄捎蒙畈凼剑磁_(tái)尾處軌底至道砟槽頂高度為1.0 m，胸墻至臺(tái)尾按斜坡設(shè)置），本設(shè)計(jì)為保證改建橋梁枕下道砟厚度不小于0.35 m，將軌底至道砟槽頂之距離均設(shè)置為0.6 m，并設(shè)雙側(cè)橫向排水坡及泄水管。

4.4 翻砌臺(tái)頂加固

（1）移架低高度施工便梁，于臺(tái)后路基澆筑混凝土條型基礎(chǔ)。

（2）橋臺(tái)頂帽及托盤(pán)橫向綁寬，檢算頂帽局部承壓及受力截面抗彎、抗剪承載能力，在頂帽上澆筑鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)。

（3）架設(shè)D24施工便梁架空線路，便梁支點(diǎn)分別落在橋臺(tái)頂帽獨(dú)立基礎(chǔ)及臺(tái)后路基條型基礎(chǔ)上。（見(jiàn)圖5、圖6）

圖5 橋臺(tái)綁寬及便梁架設(shè)布置立面圖(單位：cm)

（4）鑿除原橋臺(tái)道砟槽托盤(pán)、臺(tái)頂縱墻、混凝土拱及部分拱內(nèi)漿砌片石。

（5）澆筑臺(tái)頂縱墻及道砟槽托盤(pán)，埋設(shè)道砟槽泄水管，鋪設(shè)防水層及保護(hù)層。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）橋臺(tái)作為橋梁重要的傳力結(jié)構(gòu)，工務(wù)部門(mén)應(yīng)周期性檢查并做好記錄形成臺(tái)賬，作為日后橋梁設(shè)備管理、病害原因分析、大修加固等的重要依據(jù)。

（2）對(duì)出現(xiàn)裂紋的橋臺(tái)切記不能放任不管，須貫徹預(yù)防為主，防治結(jié)合的原則，及時(shí)養(yǎng)護(hù)維修，從初始狀態(tài)制止裂縫的產(chǎn)生，以免進(jìn)一步發(fā)展導(dǎo)致裂縫加劇。

（3）空腹式T型橋臺(tái)的設(shè)計(jì)雖能節(jié)省圬工用量，但隨著鐵路長(zhǎng)期發(fā)展，該類橋臺(tái)型式的設(shè)計(jì)已不多見(jiàn)，對(duì)既有空腹式T型橋臺(tái)則需逐步加固或改造。

（4）翻砌整治臺(tái)頂結(jié)構(gòu)，利用橋臺(tái)頂帽及托盤(pán)進(jìn)行綁寬加固，架設(shè)便梁，保證施工期間臨時(shí)通車要求，為工程實(shí)施提供技術(shù)保障，實(shí)用性強(qiáng)、施工方便，能徹底解決臺(tái)頂病害，可為類似橋臺(tái)加固提供參考和借鑒。

圖6 橋臺(tái)綁寬及便梁架設(shè)布置正面圖(單位：cm)