橋梁病害綜合整治在青藏鐵路施工中的應用

摘 要：青藏鐵路格爾木至拉薩段橫穿青海、西藏，縱跨青藏高原，平均海拔四千米以上，多年凍土凍脹融沉、寒冷、風雪、晝夜溫差大、紫外線輻射強等自然條件對路基、橋梁帶來諸多不利影響。文章以青藏鐵路橋梁病害整治施工實例為研究對象，針對橋臺梁縫頂死復位施工技術、橋梁支座更換施工技術、橋墩梁縫頂死復位施工技術研究，以期確保施工安全、加快施工進度，提高經(jīng)濟效益，并為業(yè)內(nèi)提供有效的借鑒和指導。

關鍵詞：橋梁病害;綜合整治;青藏鐵路

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）13-0128-03

0 引言

青藏鐵路工程格拉擴能改造工程范圍內(nèi)唐古拉、唐古拉南、扎加藏布、雪查瑪車站均存在凍土融化的反復凍脹、融沉等各項工程地質(zhì)問題，凍土沼澤（濕地）不良凍土問題以唐古拉站前后范圍內(nèi)橋梁病害較為顯著[1]。

青藏鐵路橋梁大小林立，隨著時間的推移，在荷載以及環(huán)境的共同作用下，各種病害相繼產(chǎn)生并出現(xiàn)橋臺梁縫頂死、梁體支座位移超限、限位塊頂死、斷裂、支座螺栓彎曲的支座、橋墩梁縫頂死等問題。鑒于以上各種不良情況，對橋梁病害整治施工技術研究是很有必要的。

1 橋梁病害情況簡介

隨著我國青藏高原鐵路建設的發(fā)展，高海拔寒冷地區(qū)橋梁建成后的施工技術問題日益受到工程界的關注和重視[2]。其中對于高寒地區(qū)的橋梁病害問題一直以來是個比較棘手的問題，同時也是亟待解決的一個難題。幾乎所有的橋梁病害問題都關系到凍土和凍巖的力學問題，對高寒多年凍土區(qū)的橋梁病害整治施工研究顯得勢在必行。

青藏鐵路格拉段共對全線95座橋梁進行調(diào)查，發(fā)生的病害包括橋梁支座病害整治工程、橋臺胸墻與梁端頂死病害整治工程、橋墩墩頂梁縫頂死病害整治工程。其中橋臺胸墻與梁端頂死病害50處，支座病害126套，墩頂梁縫頂死病害38孔。具體分布為：

（1）橋臺胸墻與梁端頂死病害共50處/42座橋，范圍內(nèi)部分橋梁亦存在支座病害及橋梁墩頂梁縫頂死病害，其中支座病害30套/10座，橋墩梁縫頂死病害7孔/5座。（2）只存在支座病害的橋梁共68套/30座。（3）只存在墩頂梁縫頂死病害的橋梁共14孔/14座。（4）同時存在墩頂梁縫頂死病害和支座病害的橋梁共9座橋，病害支座28套，墩頂梁縫頂死病害17孔。

2 橋臺胸墻與梁端頂死病害整治工程

格拉擴能改造共對42座橋50處橋臺胸墻與梁端頂死病害進行綜合整治，病害占比3.7%（全線共設橋臺1352處）。其中除4座橋位于非多年凍土區(qū)，38座病害橋位于多年凍土區(qū)或靠近多年凍土區(qū)。其中單孔病害橋梁25座，雙孔及三孔病害橋梁7座，多孔橋病橋梁10座。

橋梁支座病害整治工程：全線橋梁支座病害共126套，病害占比4.4‰（全線支座個數(shù)共28720套）。病害主要表現(xiàn)為支座限位塊頂死、斷裂。

橋梁墩頂梁縫頂死病害整治：全線此類病害共38孔，病害占比5.3‰（全線橋梁孔數(shù)為7180孔）。此類型病害可分為兩類：（1）橋臺附近橋墩墩頂梁縫頂死，此類病害較多;（2）橋墩基礎沉降也會引起橋梁中部橋墩墩頂梁縫上下梁縫不一致，梁縫一般上大下小，嚴重時會出現(xiàn)下緣梁縫局部頂死。另外，施工梁縫誤差、橋梁架梁時梁縫不足，也是引起墩頂梁縫頂死的主要原因。

3 病害原因分析

橋臺胸墻與梁端頂死病害整治工程病害原因分析：病害形成的主要原是凍土環(huán)境的改變，橋臺臺后填土填料中粘性土含量過大，由于雨水下滲、地表水虹吸等原因，使臺后填土含水率高，導致臺后填土的凍脹力過大，當臺后凍脹力大于橋臺及基礎抗力后，使橋臺產(chǎn)生縱向位移，此位移的發(fā)生是多年多次凍融循環(huán)累計值。其次，梁縫施工誤差導致部分橋梁橋臺胸墻與梁端頂死。

橋梁支座病害整治工程病害原因分析：梁體的縱向移動導致橋梁支座位移超限，進而導致支座限位塊頂死、斷裂[3];另外，支座安裝誤差過大等，在活載作用下，位移不能復位，造成支座限位塊破壞。

橋梁墩頂梁縫頂死病害整治病害形成原因分析：橋臺受臺后凍脹力影響，產(chǎn)生縱向位移，推動橋臺附近的梁體產(chǎn)生縱向位移，造成墩頂梁縫頂死。橋墩基礎沉降、施工梁縫誤差、橋梁架梁時梁縫不足，也是引起墩頂梁縫頂死的主要原因[4]。

4 病害整治處理方式

對于橋臺處頂死的梁縫，將橋臺上的前墻進行切除，形成適當?shù)牧嚎p（根據(jù)每座橋的病害情況，開鑿梁縫寬度不小于5cm），釋放變形，使梁體能夠自由伸縮。胸墻切割的主要施工工藝依次為：現(xiàn)場核實病害情況—搭建施工平臺—橫向貫穿孔鉆孔—切割設備架設—無振動靜力切割—拆除物破碎鑿除—切割面防腐處理—現(xiàn)場恢復。

對病害橋梁支座進行更換，更換支座采用青藏線原設計所采用的圓柱面鋼支座，支座具體尺寸與原設計相同。根據(jù)運營部門所提供的格拉段2013年橋梁秋檢資料，共對全線126套病害支座進行更換。支座更換須在天窗點內(nèi)施工，主要施工流程為：現(xiàn)場核實病害情況—搭建施工平臺-處理移梁平面-封鎖線路-清理道碴-松開鋼軌護軌扣件-梁體同步頂升-拆除原支座-更換梁底支座-液壓落梁-錨固支座-緊固鋼軌護軌扣件-線路恢復-開通慢行。

對于橋墩處頂死的梁縫，需將頂死梁體進行縱向移梁，形成適當?shù)牧嚎p，使梁體能夠自由伸縮?？v向移梁需在天窗時間內(nèi)進行，主要施工流程為：現(xiàn)場核實病害情況—搭建施工平臺-處理移梁平面-安裝移梁導軌-封鎖線路-清理道碴-松開鋼軌護軌扣件-梁體同步頂升-拆除原支座-液壓落梁-梁體縱向頂推-梁體同步頂升-更換梁底支座-液壓落梁-錨固支座-緊固鋼軌護軌扣件-線路恢復-開通慢行。

5 工程實例分析

K1422+935處22-32m預應力混凝土T梁：

5.1 地質(zhì)

橋址位于唐古拉山埡口南山前傾斜沖洪積平原地形開闊，地勢略有起伏，左高右低。低溫基本穩(wěn)定區(qū)（Tcp-III）。

5.2 橋涵

橋梁病害表現(xiàn)為：格臺胸墻和梁端頂死，橋頭路基下沉嚴重。14#墩左右側支座限位塊頂死，15號墩拉方右側支座限位塊向拉方頂死。首先，對頂死處橋臺胸墻切割5cm，以保證梁體自由伸縮。胸墻切割的主要施工工藝依次為：現(xiàn)場核實病害情況—搭建施工平臺—橫向貫穿孔鉆孔—切割設備架設—無振動靜力切割—拆除物破碎鑿除—切割面防腐處理—現(xiàn)場恢復。胸墻切割完成后，采用1-24m +1-12m施工便梁架空K1422+529.67～K1422+566.67段線路，D型施工便梁下設8根直徑1.5m的挖孔樁支撐，樁長分別為15m、10m和2m，由于此處路基填方較高，路基開挖后1號挖孔樁懸臂高度過高，故采用系梁將四根樁縱橫連接，以保證其穩(wěn)定性。最后，對線路進行應力放散后，更換14、15號墩墩頂病害支座。線路架空方案如圖1所示。

5.3 路基

K1422+935橋格臺胸墻與梁端頂死，分析認為系路基填土凍脹所致，對臺背土體挖除換填處理。具體處理方式如下：

（1）架空K1422+529.67～K1422+566.67段線路后，按縱斷面圖、橫斷面圖自上而下開挖路基至既有路基基底片石層，邊坡分層開挖寬度不小于1m臺階。

（2）底部留置層頂面做成坡度≮4%的向外排水橫坡，鋪設橡膠合成纖維土工布隔水層。

（3）基床表層（厚度0.6m）填筑級配碎石，壓實標準：地基系數(shù)K/30（MPa/m）≥150，孔隙率（%）<28?；驳讓樱ê穸?.9m）填筑碎石，碎石粒徑5～8cm，壓實標準：孔隙率<31%，地基系數(shù)K/30≥130MPa/m。

（4）為主動保護多年凍土，基床以下傾填片石，片石為無級配、不易風化的堅硬石塊，粒經(jīng)10～30cm。

（5）基床碎石邊坡設傾填片石護坡防護，頂面寬度0.8m。片石為無級配、不易風化的堅硬石塊，粒經(jīng)10～30cm。

（6）施工完成后恢復柵欄。

（7）臺后換填縱斷面如圖2所示。

5.4 支座更換

施工步驟：搭建工作平臺→清除雜物→布頂→松開梁端軌道扣件，清理梁端道碴→多跨分階整體同步頂升→拆取原支座→特殊材料找平→安裝新支座→卸壓還原→觀察測量→撤頂→恢復線路。

（1）搭建工作平臺及支座承重平臺。根據(jù)部分橋梁支座的現(xiàn)場情況，做好施工場地工作平臺及承重平臺（采用鋼管Φ48×3.0mm 的管件，管件間距50cm，搭建高度與墊石高度一致，寬度為墩身周圍一米凈寬）的搭建，工作平臺要牢固可靠，保證人員安全。

（2）清除雜物。清理橋臺、墩臺及墊石處的堆積雜物，為支座更換創(chuàng)造便利條件。

（3）布頂。對更換支座的墩臺情況進行數(shù)據(jù)復核，記錄墩臺、墊石有無裂縫、梁端砼有無掉塊脫落、鋼筋有無外露銹蝕情況。

根據(jù)梁體荷載及梁體的結構特點設置墩臺上相應的頂升點，并將液壓頂按照頂升點均勻布置在墩臺或臨時墊石上，同時加墊牢固臨時支撐，為增大液壓頂與梁底間的受力面積，在梁底與液壓頂間安裝專用墊板，接通高壓輸油管道，調(diào)試PLC液壓控制系統(tǒng)，檢查油管密封情況。在墩臺與梁底間安裝限位器，以準確控制同步頂升的高度;在墩臺上安裝千分表，以準確測量梁體頂升高度的變化。每片梁體每端設兩處千斤頂，對稱布置。

（4）松開梁端軌道扣件，清理梁端道碴。將需頂升梁體梁端外端軌道扣件松開（不超過7枕），同時檢查梁端道碴及擋碴墻，防止頂升過程中石碴掉落到梁縫間，卡死梁縫。

（5）多跨分階整體同步頂升。1）在病害支座相應的墩臺處，分別布設千斤頂，布設兩套頂升設備以備分階頂升倒頂，預緊液壓頂，由專業(yè)人員啟動PLC液壓控制系統(tǒng)進行預頂，以調(diào)整液壓頂上下墊板間隙，使墊板和梁底緊密接合。2）使液壓表、限位器、千分表歸零，開始單/多跨分階同步頂升。按照每分鐘0.1-1mm的上升速度開始頂升，當頂起高度達到1mm時，停止頂升，由專業(yè)人員觀察梁體微小變化;當頂起高度達到3mm時，停止頂升，采集限位器、千分表的位移數(shù)據(jù)及PLC控制系統(tǒng)的壓力、頂升行程數(shù)據(jù)，并與理論計算數(shù)據(jù)復核，如果實測數(shù)據(jù)與理論計算數(shù)據(jù)相吻合，方可繼續(xù)上升，否則應立即查找和分析原因。

頂升數(shù)據(jù)經(jīng)專業(yè)人員核查無誤后，按每階頂升3mm停止一次，將采集的每階頂升位移、壓力數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進行復核，并根據(jù)頂升高度隨時加墊牢穩(wěn)臨時支撐，直到頂升高度達到施工要求（螺栓底部距墊石頂部6cm）。根據(jù)各墩臺需調(diào)高程度不同，結合天窗時間進行分段完成，直至頂升高度滿足更換要求后（以施工方便，支座進出順利為宜），對需更換支座進行拆除，并安裝新支座，調(diào)試安裝，泄壓落梁，并采用配套錨栓錨固新支座。

根據(jù)支座結構情況，當原支座能夠順利取出時，必須馬上停止頂升，并利用千斤頂自帶液壓卡扣栓固定千斤頂，用以臨時支撐，確保安全。

（6）拆取原支座。在液壓系統(tǒng)保持恒定壓力及臨時支撐的穩(wěn)定性滿足要求后，割除過長及變形的的預埋螺栓，拆除原損傷支座，并將原損傷支座沿預設軌道順橋向平移取出，置于承重平臺上，清理支座放置位置及周圍的雜物，保持原支座位置的潔凈。

（7）特殊材料找平。安裝新支座前，先進行新支座安裝處的找平處理，采用粘鋼膠對支座安裝位置的混凝土進行找平，以確保墊石與梁底平行狀態(tài)。

（8）安裝新支座。支座在更換前，先檢查特制支座的規(guī)格型號是否與原支座相符，并根據(jù)青藏高原的特殊氣候，以零下10°時的位移量對支座的中心位置進行調(diào)整（溫差按80°計算，即零下50°—零上30°）。安裝新支座前應將中心位置調(diào)整好的新支座沿預設軌道安放，并進行錨固處理，對支座焊接處及防銹漆破損處進行防腐處理。

（9）卸壓還原。支座安裝符合要求后，開始緩慢落梁，以每分鐘下落3-5mm為宜，當達到支座完全受力狀態(tài)時，落梁完成。

注意：落梁時臨時支撐的拆除應分階段進行，不得一次拆除。

（10）觀察測量及撤頂。梁體就位后，由專業(yè)人員觀察支座的動向及梁體的變化，采集位移數(shù)據(jù)及新舊支座的殘余值，并與設計數(shù)據(jù)進行復核，如有異常及時調(diào)整。

觀察測量無誤后用棉絲擦洗支座及周圍污垢，保持墩臺及支座清潔，緊固螺栓。

撤除液壓頂升設備，清理施工現(xiàn)場，并安裝防塵裝置。

（11）恢復線路。拆除扣件部分鋼軌處于自由狀態(tài)，設置1個臨時位移觀測點，臨時觀測點可標于混凝土枕上易于觀測的地方。

在鋼軌上測量兩點軌溫，各點固定人員進行位移觀測，至規(guī)定鎖軌溫度下進行緊固扣件。

兩根軌道同時補齊扣件，標記位移觀測“零”點。

6 結語

在青藏鐵路格拉擴能改造工程施工過程中，本著由點帶面、由少及多的態(tài)度，認真制定施工方案，在不斷的探索過程中總結和優(yōu)化施工工藝。多年凍土在我國分布較廣，多年凍土地帶在國土范圍內(nèi)分布廣泛，基于多年凍土發(fā)展及研究較晚。國家在基礎設施方面的鼎力推動，橋梁病害的整治與防治研究迫在眉睫，從青藏鐵路工程橋梁病害整治施工實例出發(fā)，將橋梁病害的種類、成因、綜合整治的方法。通過實例證明多年凍土橋梁病害的嚴重性及根據(jù)橋梁病害的不同形式選擇相對應的綜合整治辦法，以期將多年凍土橋梁病害降低至最低程度，并得到完全根治的目的[5]。

參考文獻

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