京廣鐵路下行浉河大橋改造工程設(shè)計(jì)與施工研究

馬小兵

(中鐵二院武漢勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，武漢 430071)

1 工程概況

京廣鐵路下行K985+821浉河大橋，位于河南省信陽(yáng)市境內(nèi)，大橋跨越?jīng)负樱瑸橹本€橋，始建于1959年，全長(zhǎng)205.4 m，全橋共6孔，圓端形橋墩、T形橋臺(tái)，基礎(chǔ)均為擴(kuò)大基礎(chǔ)，1～5孔梁為32 m上承板式鋼梁，第6孔為20 m上承板式鋼梁。該橋在近50年的使用過(guò)程中，由于鋼梁的上蓋板直接承受橋面軌枕的作用以及鋼梁維修養(yǎng)護(hù)困難，造成上蓋板銹蝕并不斷惡化，使鋼梁截面削弱，技術(shù)狀態(tài)較差，加上鐵路提速等原因，橋梁處于超負(fù)荷運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。2007年6月武漢鐵路局工務(wù)檢測(cè)中心對(duì)該橋在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示梁體振幅嚴(yán)重超限，目前病害還在發(fā)展，且難以遏制。京廣線為我國(guó)鐵路南北重要干線，運(yùn)輸十分繁忙，為保證京廣線運(yùn)營(yíng)的絕對(duì)安全，對(duì)該橋進(jìn)行大修勢(shì)在必行。

2 換梁方案確定

根據(jù)該橋的運(yùn)營(yíng)狀況以及工務(wù)檢測(cè)中心的檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，橋墩、臺(tái)結(jié)構(gòu)完好，鋼梁振幅嚴(yán)重超限，則需對(duì)該橋進(jìn)行換梁。由于更換新鋼梁存在日后維修養(yǎng)護(hù)困難，故本次設(shè)計(jì)均更換預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁。方案設(shè)計(jì)的原則是:在確保鐵路行車安全和施工安全的前提下，盡量縮短施工時(shí)間，最大限度地減少對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)的影響。盡量在“天窗點(diǎn)”內(nèi)，利用預(yù)應(yīng)力混凝土梁將鋼梁置換出來(lái)，以保證既有線的暢通及行車安全;為滿足日后大型養(yǎng)路機(jī)機(jī)械橋上作業(yè)的要求，梁采用時(shí)速160 km客貨共線預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T形梁(16 m單片梁重650 kN)。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，并結(jié)合有關(guān)該橋的既有資料，提出2個(gè)方案，第一方案(圖1)是利用既有橋墩，在跨間設(shè)置中墩，將原來(lái)的32 m跨鋼梁更換為2跨16 m預(yù)應(yīng)力混凝土梁，20 m跨鋼梁更換為2跨10 m預(yù)應(yīng)力混凝土梁，同時(shí)為保證浉河行洪，在北橋臺(tái)旁新建2-12 m的框架橋;第二方案為不擴(kuò)孔直接更換32 m和20 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁，同時(shí)加固橋墩臺(tái)基礎(chǔ)，基礎(chǔ)采用樁基托換。

圖1 第一方案橋型布置形式(單位：cm)

第一方案具有混凝土梁梁體較輕，卸梁、移梁施工時(shí)操作安全、方便，施工經(jīng)驗(yàn)成熟，對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)安全影響小等優(yōu)點(diǎn)，而第二方案混凝土梁跨與既有鋼板梁跨度相同，不需在河中另設(shè)橋墩，但施工移梁不便，對(duì)既有線的安全運(yùn)營(yíng)影響很大。經(jīng)綜合比選，最終推薦第一方案為實(shí)施方案。

3 河道防洪方案

由于河中增設(shè)橋墩，壓縮了河道過(guò)水?dāng)嗝?，影響浉河正常行洪，根?jù)防洪評(píng)價(jià)要求，主要從以下3個(gè)方面進(jìn)行行洪設(shè)計(jì)。

3.1 擴(kuò)孔

在浉河橋的北橋臺(tái)處擴(kuò)孔，增設(shè)2-12 m框架橋，如圖1所示。橋位選擇主要依據(jù)浉河河道水流走向確定?？蚣軜蚴┕げ捎描F路架空線下大開挖現(xiàn)澆的施工工藝。

3.2 北橋臺(tái)與框架橋間路基段沖刷防護(hù)

擴(kuò)孔后該段土路基將處于河道中，長(zhǎng)期受到河水的浸泡和沖刷，對(duì)該段路基的防護(hù)則成為重中之重，計(jì)算沖刷時(shí)將該段路基作為一個(gè)橋墩考慮。

防護(hù)方案結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)等條件，在路基周圍設(shè)置防沖墻式結(jié)構(gòu)(圖2)，采用φ1.0 m的鉆孔灌注樁結(jié)構(gòu)形式，間距1.2 m，樁間縫隙設(shè)置φ60 cm旋噴樁密封，旋噴樁設(shè)于背水面，旋噴樁長(zhǎng)度至局部沖刷線下2 m。鉆孔樁長(zhǎng)度按樁檔結(jié)構(gòu)計(jì)算確定。路基坡面采用35 cm厚M10漿砌片石防護(hù)。并在框架橋出入口設(shè)置導(dǎo)流設(shè)施。

圖2 防沖墻結(jié)構(gòu)(單位：cm)

3.3 新建橋墩承臺(tái)高程的確定

新建鐵路橋墩承臺(tái)根據(jù)浉河規(guī)劃河床高程確定，不高于規(guī)劃高程，以利于將來(lái)河道管理部門疏浚河道，由于承臺(tái)埋深較大，且位于流砂層，設(shè)計(jì)采用下設(shè)沉井護(hù)壁，完成橋墩基礎(chǔ)的施工。

完工后疏通河道，確保浉河行洪。

4 換梁方案及實(shí)施

4.1 梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)橋梁上部均采用時(shí)速160 km客貨共線預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁，圖號(hào)“通橋(2005)—2101”，橋面布置如圖3所示，橋面寬度4.90 m。橋枕采用新Ⅲ型橋枕。

圖3 T梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(單位：mm)

跨度16 m梁參照時(shí)速160 km客貨共線預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁“通橋(2005)2101—Ⅳ”施工，梁長(zhǎng)、預(yù)應(yīng)力鋼絞線及普通鋼筋在跨中位置相應(yīng)減短，其他控制參數(shù)均保持不變;跨度10 m梁參照時(shí)速160 km客貨共線預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁“通橋(2005)2101—Ⅴ”施工，梁長(zhǎng)、預(yù)應(yīng)力鋼絞線及普通鋼筋在跨中位置相應(yīng)減短，除鋼絞線伸長(zhǎng)量有所變化，其他控制參數(shù)均保持不變。

(2)新建橋墩及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

橋墩:均采為混凝土圓端形橋墩。

基礎(chǔ):均采用鉆孔樁基礎(chǔ)，樁徑1.25 m。

(3)其他有關(guān)的技術(shù)

橋梁人行道板寬均為1.05 m，支座均采用盆式橡膠支座(通橋［2007］8160)，橋上均設(shè)有通信電纜槽，橋梁墩臺(tái)按《橋規(guī)》規(guī)定均設(shè)置圍籃、吊籃及檢查梯。

4.2 換梁方案

為節(jié)省換梁時(shí)間，設(shè)計(jì)中作了不少考慮。在既有橋的兩側(cè)分別設(shè)置移梁支架，一端出梁，一端進(jìn)梁，進(jìn)出梁同時(shí)進(jìn)行;梁體拼裝均在移梁支架上進(jìn)行，然后移至對(duì)應(yīng)孔位待移;由于混凝土梁與鋼梁高度不同，既有橋墩需加高，設(shè)計(jì)臨時(shí)鋼支墩，事先與支座及梁連接，一同進(jìn)入指定位置，待就位后采用鋼筋混凝土進(jìn)行包箍;附屬設(shè)施如接觸網(wǎng)桿、通信、信號(hào)、電力等設(shè)施的遷改，均在移梁前完成。以節(jié)省時(shí)間，保證鐵路正常運(yùn)營(yíng)。具體步驟如下所述。

4.2.1 搭設(shè)縱、橫向移梁支架

縱移梁支架全橋搭設(shè)，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，墩為鋼筋混凝土門式墩，縱梁Lp=11.2 m跨采用I63型鋼搭設(shè)，共計(jì)6片(1組3片，共2組)，通過(guò)計(jì)算σmax=112.0 MPa＜140 MPa，fmax=1.6 cm ＜L/400=2.8 cm;縱梁 Lp=5.3 m跨采用I45型鋼搭設(shè)，共計(jì)8片(1組4片，共2組)。上鋪橋枕及軌道(60 kg/m);橫移支架采用軍便墩，基礎(chǔ)采用φ60 cm旋噴樁加固，支架上鋪枕木、軌道(60 kg/m)。具體詳見圖4、圖5。

圖4 縱向移梁支架立面(單位：cm)

4.2.2 制梁運(yùn)梁

預(yù)應(yīng)力混凝土梁由制梁廠預(yù)制生產(chǎn)，采用汽車運(yùn)至浉河南岸橋頭，用“換裝架”將梁吊至縱滑道上，進(jìn)行拼裝及濕接縫、防水層、橫向張拉及壓漿施工，然后縱移至相應(yīng)孔位，鋪設(shè)道砟、枕木，安裝支座及鋼支墩，等待換梁。詳見圖6、圖7。

圖5 橫向移梁支架立面(單位：cm)

圖6 移梁平面布置

4.2.3 換梁

換梁前期準(zhǔn)備及移梁過(guò)程，其細(xì)節(jié)錯(cuò)綜復(fù)雜、環(huán)環(huán)緊扣、不能出半點(diǎn)差錯(cuò)。換梁前必須進(jìn)行移梁演練，以確定各工序時(shí)間安排，確保封鎖點(diǎn)內(nèi)完成換梁工作。

(1)換梁應(yīng)急措施

①防脹軌:換梁前對(duì)施工地段線路進(jìn)行應(yīng)力放散，鎖定軌溫不低于55℃，并在兩臺(tái)尾各向兩端外30 m處進(jìn)行鋼軌切口，上夾板;換梁前加強(qiáng)軌溫測(cè)量記錄，分析軌溫變化對(duì)線路的影響，并加強(qiáng)兩頭扣件復(fù)緊，觀察線路是否有爬行，必要時(shí)采取兩端灑水降溫處理措施，減少起道時(shí)的應(yīng)力集中。

②防移梁支架下沉:移梁前對(duì)縱、橫移支架進(jìn)行堆載預(yù)壓(預(yù)壓荷載不小于支架上總荷載1.2倍);備好厚度不等(1～5 cm)的雜木板，以防支架下沉，進(jìn)行及時(shí)支墊;檢查移梁支架鋼構(gòu)件間連接的牢固性，確保受力均勻穩(wěn)定。

③防梁縫擠死:橫移梁前預(yù)先對(duì)好縱向位置，防止縱向位置對(duì)位不準(zhǔn)確造成梁縫擠死;橫移梁時(shí)控制每孔梁端橫移量并人工同時(shí)報(bào)數(shù)，以便調(diào)節(jié)各梁端移動(dòng)速度保證同步。

(2)換梁過(guò)程

換梁施工自北向南分6次進(jìn)行，每次將1孔鋼板梁更換為2孔混凝土梁，封鎖要點(diǎn)。換梁前5 d慢行限速(45 km/h)，每次換梁前2 d每天申請(qǐng)1次封鎖點(diǎn)，進(jìn)行換梁前準(zhǔn)備工作:拆除護(hù)輪軌、安裝軌距桿;舊鋼梁支座錨栓切除、加固等處理;試頂舊鋼梁。

換梁時(shí)封鎖要點(diǎn)115 min，用于完成換梁工作。拆除鋼軌扣件、橋枕護(hù)木及勾頭螺栓;將換梁孔基本軌抬高50 cm，相鄰孔梁用枕木將基本軌墊穩(wěn);頂起舊鋼梁，采用4臺(tái)500 kN千斤頂將梁頂起，每端各備用1臺(tái)千斤頂，起梁高度7 cm;安裝滑板，事先將滑板及爬鎬(液壓油泵)連接好，置于舊梁橫移滑道上，移出舊鋼梁;橫移2孔預(yù)應(yīng)力混凝土梁，利用移梁小車、爬鎬等設(shè)施將梁滑移就位(圖8);固定梁下鋼支墩，同時(shí)對(duì)鋼支墩進(jìn)行包箍，澆筑混凝土。

圖7 起梁場(chǎng)地布置

圖8 現(xiàn)場(chǎng)換梁過(guò)程

4.2.4 解除封鎖

恢復(fù)線上設(shè)施、解除線路封鎖、列車限速25 km/h，48 h 后提速至45 km/h。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程選用合理的改造方案，大大降低了對(duì)京廣鐵路運(yùn)營(yíng)安全的影響;通過(guò)橋梁擴(kuò)孔，滿足了浉河河道的行洪功能;將鋼梁更換為圬工梁，特別是更換“通橋(2005)—2101”客貨共線預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁，滿足了大型養(yǎng)路機(jī)械橋上作業(yè)的要求，降低了后期養(yǎng)護(hù)成本及難度;換梁方案通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)、科學(xué)施工，115 min內(nèi)完成了換梁任務(wù)，確保了繁忙的京廣鐵路正常運(yùn)營(yíng)。工程竣工驗(yàn)收表明，每項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)均顯示正常，鐵路運(yùn)營(yíng)狀態(tài)良好。該工程的順利完工，對(duì)既有繁忙干線上的長(zhǎng)大橋梁更換鋼板梁具有一定的借鑒性，但應(yīng)注意結(jié)合橋梁本身現(xiàn)狀(收集既有橋的竣工資料、橋梁檢測(cè)數(shù)據(jù)等)、橋址區(qū)水文地質(zhì)、交通運(yùn)輸?shù)惹闆r合理確定改造方案，使方案具有一定的可靠性、適用性、經(jīng)濟(jì)性。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)函［2003］205號(hào) 新建鐵路橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2003.

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10002.1—2005 鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［3］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10002.3—2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［4］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10002.5—2005 鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［5］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10002.2—2005 鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［6］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10017—99 鐵路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1999.

［7］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10303—2009 鐵路橋涵工程施工安全技術(shù)規(guī)程.北京:中國(guó)鐵道出版社，2009.

［8］張會(huì)英.京廣線123A號(hào)橋換梁工程設(shè)計(jì)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(9).

［9］張健.鄭徐鐵路響河中橋換梁施工技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2005(10).