滁河特大橋橋墩加固實(shí)踐

朱國(guó)靖

(上海鐵路局南京橋工段，江蘇南京 210000)

1 概述

京滬下行線(xiàn)K1123+315滁河特大橋跨越滁河及兩側(cè)的軟土地基。該橋于1993年建成,全長(zhǎng)2 858.8 m,含162孔16 m先張預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土低高度T形梁,5孔32 m后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T形梁。16 m梁采用就地灌注雙柱式輕型橋墩。在鐵路大提速前,上海鐵路局橋梁技術(shù)檢定所對(duì)該橋16 m梁進(jìn)行了測(cè)試,發(fā)現(xiàn)16 m梁梁端橫向振幅接近甚至超過(guò)跨中振幅。加固前該橋的客運(yùn)列車(chē)限速140 km/h、貨運(yùn)列車(chē)70 km/h。為滿(mǎn)足進(jìn)一步提速要求,急需進(jìn)行加固處理。

2 歷年加固情況

1997年4月1日,中國(guó)鐵路實(shí)施第一次大面積提速。同年9月，上海鐵路局對(duì)滁河兩岸的雙柱式輕型橋墩進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試,實(shí)測(cè)該類(lèi)型橋墩的橫向振幅大幅度超過(guò)《鐵路橋梁檢定規(guī)范》(鐵運(yùn)函[2004]120號(hào))限值。為此，原南京工務(wù)段于1999年、2003年分兩次對(duì)該橋雙柱式橋墩進(jìn)行了加固,在兩柱之間增設(shè)橫向聯(lián)結(jié)板。

分析雙柱式橋墩主筋外露、箍筋銹斷、梁體露筋出現(xiàn)的原因,與雙柱式橋墩剛度不足,搖晃加劇有必然的聯(lián)系。2003年10月，采用HD-50砂漿整治28個(gè)墩,采用 “ADEX混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)防護(hù)體系”整治132個(gè)墩及梁體。

2003年11月，對(duì)33號(hào)～38號(hào)橋墩(32 m梁),采用鋼筋混凝土包裹的方法將原有橋墩加固成圓端形,以增加橫向剛度。

2004年9月～2005年4月，針對(duì)新生露筋層出不窮(每孔梁多達(dá)78處,尤其是梁底縱向主筋并列外露長(zhǎng)達(dá)0.5～1.2 m),使用UP2000修補(bǔ)梁體掉塊和缺陷,梁體銹跡及封端開(kāi)裂處涂刷MCI阻銹劑,梁體外露表面全部涂裝ADEX-N型底料,最外層涂裝Log混凝土保護(hù)材料,共修補(bǔ)89孔16 m梁。

2007年對(duì)病害比較突出的24號(hào)～26號(hào)墩頂安裝了新型橫向限位裝置,實(shí)測(cè)結(jié)果橫向振幅仍然嚴(yán)重超標(biāo)。

實(shí)踐表明,雙柱式橋墩本身橫向剛度較弱,不能滿(mǎn)足進(jìn)一步提速要求。

3 橫向剛度不足的原因分析

橋梁的振動(dòng)是由橋上運(yùn)行列車(chē)引起的外激振動(dòng),其振動(dòng)響應(yīng)的大小與外界激勵(lì)的大小和橋梁本身抵抗變形的能力即橋梁的剛度有關(guān)。

(1)并置梁未加橫向聯(lián)結(jié)：滁河橋16 m先張預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土低高度T形梁,并置時(shí)未加橫向聯(lián)結(jié),直接導(dǎo)致橋梁橫向剛度不足。

(2)橋墩橫向剛度不足：從橋墩本身看,雙柱式橋墩屬輕型橋墩,其本身橫向剛度較弱,橋墩橫向剛度不足會(huì)使橋墩頂部產(chǎn)生較大的橫向位移,墩頂較大的橫向位移會(huì)加劇橋梁的橫向振動(dòng)。

(3)橋墩基礎(chǔ)不穩(wěn)定：橋墩基礎(chǔ)存在缺陷或不足,也會(huì)使墩頂部產(chǎn)生較大位移。

(4)橋梁支座橫向位移過(guò)大：滁河橋橋梁支座采用的是板式橡膠支座,未增設(shè)橫向限位裝置,支座的橫向位移將加大橋梁整體的不穩(wěn)定性。

(5)橋梁的抗扭剛度不足：橋梁的抗扭剛度不足會(huì)導(dǎo)致橋梁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形,扭轉(zhuǎn)變形對(duì)橋梁的橫向振幅有放大作用。

(6)橋上線(xiàn)路病害和不平順：尤其是線(xiàn)路橫向不平順,直接加劇列車(chē)的橫向振動(dòng),列車(chē)的橫向振動(dòng)與橋梁結(jié)構(gòu)的耦合作用,加大了橫向振幅。

(7)橋上線(xiàn)路曲線(xiàn)中心與橋梁中心偏差：132號(hào)墩中心里程至浦口臺(tái)臺(tái)尾為R=1 200 m曲線(xiàn)。有偏差時(shí),在列車(chē)動(dòng)載作用下,會(huì)使橋墩產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。

(8)橋頭線(xiàn)路不平順：橋頭線(xiàn)路不平順將使列車(chē)產(chǎn)生橫向和側(cè)滾振動(dòng),列車(chē)在這種狀態(tài)下上橋必將加大橋梁的橫向振動(dòng)。

(9)車(chē)輛的蛇行運(yùn)動(dòng)：列車(chē)的運(yùn)行速度接近車(chē)輛蛇行運(yùn)動(dòng)的臨界狀態(tài),車(chē)輛產(chǎn)生劇烈的橫向蛇行運(yùn)動(dòng),引起大幅度的車(chē)橋耦合作用。

(10)設(shè)計(jì)未考慮的因素：設(shè)計(jì)規(guī)范主要考慮橋墩的豎向受力,隨著鐵路發(fā)展及重載提速要求,橫向剛度日益重要。

4 系統(tǒng)加固方案

根據(jù)上述分析,可以看出橋梁的本身剛度至關(guān)重要,因此需要對(duì)滁河橋進(jìn)行系統(tǒng)的全面加固,先對(duì)病害突出的連續(xù)3孔梁跨(第24孔～26孔橋梁)采用科研、設(shè)計(jì)、檢測(cè)和施工相結(jié)合的方式進(jìn)行加固。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果,對(duì)加固設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證、優(yōu)化,進(jìn)而推廣運(yùn)用至全橋。分4個(gè)加固步驟進(jìn)行：預(yù)應(yīng)力混凝土梁的橫向聯(lián)結(jié)、加固橋墩基礎(chǔ)、加固橋墩墩身、墩頂上安裝梁的橫向限位裝置。

4.1 預(yù)應(yīng)力混凝土梁的橫向聯(lián)結(jié)

對(duì)跨度為16 m先張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁,采取兩片T梁間增設(shè)橫向聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)梁部進(jìn)行加固,即在每孔梁的跨中及兩端設(shè)置預(yù)應(yīng)力混凝土橫隔板。每孔梁增設(shè)3檔橫向聯(lián)結(jié),每檔設(shè)置4束φj15.24 mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)(原設(shè)計(jì)為φ25 mm精軋螺紋預(yù)應(yīng)力鋼筋),鋼絞線(xiàn)按2×2排列,見(jiàn)圖1。

圖1 梁體加固橫截面(單位:cm)

在增設(shè)聯(lián)接板處,必須用鋼筋位置探測(cè)儀探測(cè)主梁腹板內(nèi)鋼筋的實(shí)際分布狀況,再確定橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)穿越腹板的位置，以免鉆傷梁內(nèi)主筋。如孔位遇到鋼筋或其他障礙物時(shí),可適當(dāng)移動(dòng)鉆孔位置,但移動(dòng)距離不宜大于5 cm。

橫隔板采用C50混凝土進(jìn)行澆筑,坍落度5～7 cm為宜,采用養(yǎng)生劑進(jìn)行養(yǎng)生。

初張拉時(shí)，千斤頂、油表、油泵在使用前須進(jìn)行配套標(biāo)定,配套標(biāo)定的有效期為一個(gè)月,或不得超過(guò)200次張拉作業(yè)。初張拉時(shí)每根預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)的拉力為50 kN。張拉分兩次進(jìn)行,每次對(duì)稱(chēng)張拉兩根，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%時(shí),便可進(jìn)行終張拉。以先中間后旁邊的原則,每孔梁三段聯(lián)接板張拉順序是：先拉跨中一段,再?gòu)埨憾说膬啥?。每段四束預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)的張拉順序?yàn)椋喊磳?duì)角的順序分別張拉四束預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn),每束鋼絞線(xiàn)張拉到終張拉值后,鎖緊錨固螺母.然后檢查先張拉的兩根,如實(shí)存張拉力下降,則須補(bǔ)足。

4.2 加固橋墩基礎(chǔ)

(1)16 m梁橋墩基礎(chǔ)(原設(shè)計(jì)為樁基)的加固

在既有承臺(tái)外增加4根φ1.0 m鉆孔樁,增設(shè)新承臺(tái)將老承臺(tái)包裹,新老承臺(tái)橫向用牽釘聯(lián)結(jié)。

16 m梁橋墩基礎(chǔ)原設(shè)計(jì)為4根φ0.8 m鉆孔樁的基礎(chǔ)加固見(jiàn)圖2。

圖2 4根φ0.8 m鉆孔樁的基礎(chǔ)加固平面(單位:cm)

16 m梁橋墩基礎(chǔ)原設(shè)計(jì)為8根φ0.55 m打入樁的基礎(chǔ)加固方案見(jiàn)圖3。

圖3 8根φ0.55 m打入樁的基礎(chǔ)加固平面(單位:cm)

16 m梁橋墩基礎(chǔ)原設(shè)計(jì)為6根φ0.55 m打入樁的基礎(chǔ)加固方案見(jiàn)圖4。

圖4 6根φ0.55 m打入樁的基礎(chǔ)加固平面(單位:cm)

根據(jù)專(zhuān)家評(píng)審意見(jiàn),進(jìn)場(chǎng)后先對(duì)病害突出的連續(xù)三孔(第24孔、25孔、26孔)基礎(chǔ)進(jìn)行施工,待加固完成通過(guò)列車(chē)驗(yàn)證其效果后,再進(jìn)行其他橋墩的加固。

橋墩加固時(shí)應(yīng)采取隔墩順序施工,避免相鄰橋墩同時(shí)施工。

(2)16 m梁橋墩基礎(chǔ)(原設(shè)計(jì)為擴(kuò)大基礎(chǔ))的加固

1號(hào)～5號(hào)墩、166號(hào)墩基礎(chǔ)采用D60 cm高壓旋噴樁進(jìn)行加固,增加其橫向剛度,每個(gè)擴(kuò)大基礎(chǔ)用148根D60 cm高壓旋噴樁進(jìn)行加固,形成長(zhǎng)10.6 m、寬9.1 m、平均深11 m的圍幕,施工時(shí)高壓旋噴樁對(duì)稱(chēng)施工加固,防止在列車(chē)動(dòng)載下基礎(chǔ)不均勻受力,相鄰兩樁旋噴間隔時(shí)間應(yīng)不小于48 h,間距不小于1～2 m,見(jiàn)圖5。

圖5 擴(kuò)大基礎(chǔ)加固平面圖(單位:cm)

(3)16 m梁橋墩受地形限制時(shí)的加固方案

163號(hào)、165號(hào)墩基礎(chǔ)在四周設(shè)置四排D30 cm微型鉆孔樁,樁底深入砂巖極嚴(yán)重風(fēng)化層1.0～2.0 m。

4.3 加固橋墩墩身

全橋16 m梁橋墩(雙柱式橋墩)墩身加固全部采用C30鋼筋混凝土外包既有雙柱式橋墩,形成矩形直坡實(shí)體橋墩,平面尺寸為縱向190 cm,橫向400 cm。

具體施工方法：先將既有橋墩表面清洗干凈,鑿毛,打錨釘；而后綁扎鋼筋,澆筑混凝土，見(jiàn)圖6。

圖6 墩身加固(單位:cm)

墩身加固植入橋墩牽釘時(shí),植牽釘采用梅花形布置,植入既有橋墩臺(tái)內(nèi)深度應(yīng)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求,并用FH-E131化學(xué)錨固劑錨固。

4.4 墩頂上安裝梁的橫向限位裝置

橫向限位裝置在墩帽上安裝,用50軌焊成的三角架進(jìn)行支撐。錨栓打孔時(shí)不得鉆斷墩內(nèi)受力鋼筋,需要先探明鋼筋位置,然后鉆孔。

支架底板與橋墩連接均采用化學(xué)粘著膨脹螺栓,施工時(shí)不得破壞原有墩頂限位裝置，見(jiàn)圖7。

圖7 墩身加固(單位:mm)

5 工藝改進(jìn)

(1)樁基礎(chǔ)鉆孔樁施工：由于樁基礎(chǔ)位于橋人行走道下方,凈空大部分不足9 m,普通的正﹑反循環(huán)鉆孔機(jī)無(wú)法滿(mǎn)足要求。將鉆孔機(jī)豎架重新加工縮短以滿(mǎn)足凈空,同時(shí)鉆孔位置適當(dāng)降低,鉆孔機(jī)動(dòng)力要適度增大。

(2)微型樁加固：163號(hào)、165號(hào)墩由于地形限制(位于河堤),不能使用鉆孔樁和高壓旋噴樁。在基礎(chǔ)四周設(shè)置四排D30 cm微型鉆孔樁,采用經(jīng)改造的地質(zhì)鉆機(jī)成孔,樁孔距建筑物墻(柱)最近為350 mm,鉆孔內(nèi)放鋼筋籠和注漿管,孔內(nèi)填灌碎石量不少于計(jì)算體積的0.8～0.9倍,注漿泵工作壓力不大于1.5 MPa。

(3)帽石底部與墩身處接縫處理：帽石底部新老混凝土易出現(xiàn)裂紋,首先對(duì)該處施工鋼模板進(jìn)行改造。垂直線(xiàn)路方向,順著帽石角度提高20 cm，各留2個(gè)振搗孔,保證混凝土澆筑到位,加強(qiáng)振搗；其次,每個(gè)橋墩新澆筑混凝土頂部10～20 cm采用微膨脹混凝土澆筑,從而保證了新老混凝土交界處的密實(shí)。

(4)新老混凝土結(jié)合處理：針對(duì)原設(shè)計(jì)中牽釘過(guò)于稀少的缺陷,進(jìn)行設(shè)計(jì)變更,增加了牽釘?shù)臄?shù)量,對(duì)墩身既有保護(hù)層鑿除清洗后,在露出鋼筋的表面涂刷阻銹劑,墩身洗凈后刷混凝土復(fù)合界面劑；樁基礎(chǔ)上端鋼筋插入新澆筑基礎(chǔ)中至少1 m,新老基礎(chǔ)采用壓注植筋膠法植筋。

(5)鋼絞線(xiàn)等強(qiáng)代換精軋螺紋鋼筋：鋼絞線(xiàn)和精軋螺紋鋼筋都可以用于豎向預(yù)應(yīng)力體系,對(duì)于高度較大和拉應(yīng)力較大的腹板,精軋螺紋鋼筋在二次張拉后可能出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象,故優(yōu)先使用預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)。

6 加固后效果

加固前試驗(yàn)荷載利用過(guò)路客貨列車(chē),實(shí)測(cè)各墩和梁最大橫向振幅及自振頻率,病害突出的24號(hào)～26號(hào)墩及跨中數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。全橋自振頻率滿(mǎn)足規(guī)范,橫向振幅除33號(hào)～38號(hào)橋墩(32 m梁)外,均超檢規(guī)規(guī)定值。

表1 墩和梁最大橫向振幅及自振頻率

加固后,對(duì)滁河橋全橋橫向振幅進(jìn)行了實(shí)測(cè),所有墩頂橫向振幅均滿(mǎn)足要求,橋墩加固達(dá)到預(yù)期效果,24～26號(hào)墩及跨中橫向振幅數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 墩和梁最大橫向振幅

從表2中可以看出,重載貨物列車(chē)對(duì)墩的橫向振幅影響較大。

參考文獻(xiàn)

[1] TG/GW103—2010 鐵路橋隧建筑物維修規(guī)則[S]

[2] TB10002.1—2005 鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S]