石太線拱橋包打加固方案比選

李　洲

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司太原設計院，山西太原　030013)

The Scheme Comparison About Package Reinforcement of Arch Bridge in Shitai Railway

LI Zhou

石太線拱橋包打加固方案比選

李洲

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司太原設計院，山西太原030013)

The Scheme Comparison About Package Reinforcement of Arch Bridge in Shitai Railway

LI Zhou

摘要石太線設施設備改造工程中拱橋結構出現(xiàn)拱圈開裂、砌石松動、邊墻外鼓等問題，創(chuàng)新性的提出墩臺立柱的加固方案，在不損傷結構主體本身的同時取得較好的加固效果。

關鍵詞拱橋拱圈開裂包打加固方案比選

1工程概況

石太線為山區(qū)重載鐵路，建于上世紀二三十年代。由于當時建造技術和財力限制，全線曲線多，半徑小，坡度大。石太線共有曲線434條，曲線全長125.7 km，占線路總長的47.3%，最小曲線半徑280 m，行車速度因此受到限制。由于運營多年，部分石拱橋出現(xiàn)拱圈裂縫、砌石松動、邊墻外鼓等現(xiàn)象。本著對既有橋涵設備“少廢棄、少改建、多利用”的原則，對既有石拱橋進行包打加固設計。

2工程實例

石太上行線YK75+826.00處石拱橋(見圖1)，該橋建于1943年，漿砌料石砌筑，基底置于砂夾卵石上。1957年北京鐵路局工務處對該橋進行了檢定，指出了存在的問題和處理意見并進行了修整。截止本次設計，1號、4號拱圈已進行了混凝土包打加固，邊墻部分裂縫處設置了夾板加固。通過與工務部門對接，并經(jīng)過現(xiàn)場勘探核實，發(fā)現(xiàn)既有拱橋出現(xiàn)邊墻砌石松動、外鼓，2號、3號拱圈多處裂縫等現(xiàn)象，加固夾板鋼構件也有不同程度的銹蝕。本次設計考慮對2號、3號拱圈及邊墻進行包打加固。

2.1　墩臺立柱包打方案(方案一)

拱圈部分套拱包打鋼筋混凝土[1]30 cm厚，包打混凝土墩頂位置處尖滅[2]；邊墻部分包打鋼筋混凝土35 cm厚，邊墻兩側墩臺位置處設鋼筋混凝土立柱，立柱截面1.5 m×0.5 m，橋頂設φ25圓鋼對拉(見圖2)。具體為：橋墩位置處墩頂(立柱底)鑿毛鉆孔植筋并與鋼筋混凝土立柱縱筋焊接[3]，使橋墩與立柱緊密連接共同受力，立柱頂、中、底部位置采用φ32精軋螺紋鋼對拉；橋臺位置處立柱支立于原地面，并于立柱頂、中、底部采用φ32精軋螺紋鋼對拉。由于基礎埋置較深且地基承載力滿足受力要求[4]，無需加大墩臺及基礎斷面。

(1)具體實施方法

施工前，采用P43鋼軌3-5-3扣軌加固既有鐵路，并根據(jù)施工需要提出封鎖要點或慢行計劃。

采用在既有拱圈下套拱加固的方法對病害拱圈進行加固[5，6，7]：

①鉆孔植筋[8，9]，牽釘采用φ22鋼筋，間距0.45 m，梅花形布置；裂縫處鉆注漿孔[10]。

②將拱圈破損部分清除，既有圬工表面鑿毛、洗凈并涂刷界面劑。

③打入牽釘，牽釘插入長0.35 m，全部采用錨固包錨固。

④綁扎拱圈鋼筋(φ16鋼筋)，鋼筋間距采用0.15 m。

⑤預埋注漿管，立模澆筑C35微膨脹混凝土[11]。

待拱圈包打混凝土強度達到設計強度85%后，方可拆除模板，包打邊墻混凝土：

①包打混凝土前對既有夾板鋼構件進行檢查，并對其進行除銹處理。

②邊墻牽釘(φ22鋼筋)及對穿拉桿鉆孔，牽釘間距0.75 m，梅花形布置；既有墩頂鉆孔植筋(φ22鋼筋)；裂縫處鉆注漿孔。

③邊墻破損部分清除，既有圬工表面鑿毛、洗凈并涂刷界面劑。

④打入牽釘，牽釘插入長0.35 m，全部采用錨固包錨固。

⑤綁扎邊墻鋼筋(φ16鋼筋)，鋼筋間距采用0.15 m，雙層布置。綁扎立柱鋼筋，立柱縱筋與墩頂所植鋼筋一一對應焊接。

⑥拉桿孔位置預埋PVC管(拱橋兩側的立柱采用φ32精軋螺紋鋼對拉，立柱外邊墻頂采用φ25圓鋼對拉)，預埋注漿管，立模澆筑邊墻、立柱混凝土。

⑦穿入拉桿，拉桿采用雙螺母，外露部分涂紅丹醇酸底漆兩道，云母氧化鐵面漆兩道。拉桿與混凝土接觸面設置鋼墊板。

壓漿結束后，用摻入水泥的灌漿液，把灌漿嘴處抹平，進行封口。

(2)本方案的特點簡述

本方案可達到防止拱橋外觀及結構進一步惡化并使拱橋新包打部分與既有結構更好銜接的整治要求，確保了鐵路正常運營，滿足“少廢棄、少改建、多利用”的原則。

邊墻兩側墩臺位置處設立柱，避免了邊墻變形進一步惡化及裂縫的進一步開展，同時立柱、橋墩臺與包打混凝土共同形成了一個完整的受力框架，保證了結構的安全、可靠。

2.2　夾板加固包打方案(方案二)

采用夾板拉桿、鋼筋混凝土包打的方案加固拱橋。拱圈部分包打鋼筋混凝土30 cm厚，包打混凝土墩頂位置處尖滅；邊墻部分逐段鉆孔對拉加固，采用[10槽鋼做橫向連通墊板，設φ25圓鋼對穿拉桿對拉，縱向用∠50×50×5角鋼對槽鋼有效焊接。邊墻夾板拉桿施工完畢后，既有圬工表面鑿毛、打入牽釘、洗凈并涂刷界面劑后用鋼筋混凝土進行包打(見圖3)。

(1)具體實施方法

施工前，采用P43鋼軌3-5-3扣軌加固既有鐵路，并根據(jù)施工需要提出封鎖要點或慢行計劃。

采用在既有拱圈下套拱加固的方法對病害拱圈進行加固(方法同方案一)。

待拱圈包打混凝土強度達到設計強度85%后，方可拆除模板，包打邊墻混凝土：

①包打混凝土前對既有夾板鋼構件進行除銹處理。為防止邊墻變形惡化，影響行車安全，逐段鉆孔對拉加固。采用[10槽鋼做橫向連通墊板，設φ25圓鋼對穿拉桿對拉，拉桿橫穿拱橋的全寬，兩端為雙螺母，將槽鋼夾緊，拉桿按照橫向間距1.5 m、縱向間距0.75 m布置，縱向用∠50×50×5角鋼對槽鋼有效焊接，角鋼間距0.75 m。

②邊墻牽釘(φ22鋼筋)鉆孔，牽釘間距0.75 m，梅花形布置；裂縫處鉆注漿孔。

③邊墻破損部分清除，既有圬工表面鑿毛、洗凈并涂刷界面劑。

④打入牽釘，牽釘插入長為0.35 m，全部采用錨固包錨固。

⑤綁扎邊墻鋼筋(φ16鋼筋)，鋼筋間距采用0.15 m，雙層布置。

⑥預埋注漿管，立模并澆筑邊墻C35混凝土。

壓漿結束后，用摻入水泥的灌漿液，把灌漿嘴處抹平，進行封口。

(2)本方案特點簡述

本方案可達到拱橋加固處理的整治要求，通過夾板對拉方案對既有結構捆綁，再輔以裂縫注漿，解決了拱橋邊墻外鼓、砌石松動及圬工裂縫的實際問題。

邊墻兩側采用槽鋼及角鋼對拉加固，再以鋼筋混凝土包打，既解決了結構面臨的種種問題，滿足了結構受力要求，也避免了鋼構件銹蝕情況的發(fā)生。

3方案確定

兩個方案均可徹底整治目前發(fā)生的石拱橋拱圈裂縫、砌石松動、邊墻外鼓等問題，均能滿足包打加固后的結構安全。

不同點在于解決問題的方式上，方案一通過設置墩臺立柱、對拉拉桿及包打混凝土解決；方案二通過夾板鋼構件對拉、包打混凝土解決。

方案一：墩臺立柱與既有拱橋連接穩(wěn)固，可與橋墩臺共同承力，整體性好。對穿拉桿數(shù)量少，對既有拱橋損傷較小，甚至無損傷。

方案二：為確保既有鐵路正常運營，對既有拱橋鉆孔需逐段施工，施工困難大、工期長；同時，對穿拉桿數(shù)量較多，對既有圬工結構破壞比較大。

綜上所述，方案一實施難度不大，對既有拱橋結構損傷小，而且可很好的解決拱橋發(fā)生的問題，使其成為真正的放心工程。方案二較方案一對既有拱橋損傷大，存在很多不確定因素，安全方面也不好掌控。

故將方案一作為推薦方案。

4主要施工注意事項

針對本加固工程的特點，設計中提出了如下施工注意事項指導施工，提高施工質量：

(1)拱橋包打加固施工順序先拱圈后邊墻，先拱腳后拱頂。拱圈采用微膨脹混凝土。

(2)由于既有橋基礎埋置較深，拱圈包打混凝土墩頂位置處尖滅，具體為：鑿除既有拱圈一側拱腳下部混凝土20 cm，綁扎鋼筋與拱圈一起澆筑。

(3)拱橋兩端的立柱用φ32精軋螺紋鋼對拉，立柱外邊墻頂采用φ25圓鋼對拉，安設完成后拉桿與PVC管之間的縫隙用水泥漿液灌注。

(4)牽釘鉆孔應洗凈，牽釘全部采用錨固包錨固，周圍用M20干硬水泥砂漿填塞嚴密。

(5)拱橋裂縫配合壓漿進行處理[12]，壓漿在包打混凝土凝固后通過預埋的壓漿管來進行。具體為：在既有拱橋裂縫處鉆孔，孔眼交錯配置，距離拱橋邊緣不小于0.4 m，各孔間的距離根據(jù)裂縫長度而定，一般為0.9～1.5 m，確保漿液能充分壓入所有裂縫及空隙內。孔眼直徑38～50 mm，要求能埋入壓漿咀。壓漿時，在立面上由最下層的注漿管開始逐孔向上進行。

參考文獻

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[12]文華鋒.某地區(qū)石拱橋病害分析及整治方法探討[J].黑龍江科技信息，2010(8)：229-230

中圖分類號：U24

文獻標識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)05-0050-03

作者簡介：李洲(1981—)，男，2006年畢業(yè)于蘭州交通大學土木工程專業(yè)，工學學士，工程師。

收稿日期：2015-06-18