官嶺山中橋墩臺病害加固設計方案探討

李 楊

(中鐵二院工程集團有限責任公司,四川成都 610031)

1 工程概述及墩臺病害原因分析

金溫線官嶺山中橋位于江南與雙嶼區間,跨越公路,中心里程 K 219+844,橋全長 40.30m,橋上線路為曲線下坡(溫州方向)3‰。該橋由2孔 12m低高度普通鋼筋混凝土板梁組成,兩橋臺均為T型橋臺,1#墩為圓端形橋墩。兩橋臺基礎均為直徑 1.25m的鉆孔樁基礎,1#墩基礎為直徑 1.25m的鉆孔樁基礎。建成運營后即發現橋臺發生位移并呈發展趨勢,已嚴重威脅到鐵路的安全運營及線下的公路交通安全。

官嶺山中橋的地基土是淤泥質土,樁基礎的自由樁長較長,且橋臺存在較大的主動土壓力,導致橋梁墩臺發生位移[2],其病害屬于墩臺滑移傾斜,橋梁急需加固。

2 加固原則

結合本橋的具體情況,制定以下加固原則:(1)安全、經濟、有效;(2)盡量不中斷鐵路運營;(3)保證橋下公路凈空要求,盡量不壓縮既有路幅。

3 加固方案比選

針對橋梁的主要病害是橋臺滑移,且目前位移仍在不斷擴大。結合目前國內外加固手段以及橋位處地質條件,可以采用如下加固方案。

3.1 補樁加固方案

在原有樁基周圍補加鉆孔樁,并擴大原承臺,以此提高基礎的承載力,增加基礎的穩定性,減少不均勻沉降對墩臺變位的影響(圖 1)。

其主要優點是:加固完后對橋下公路交通無影響,且加固效果顯著,在國內有較多的成功加固范例。

缺點:施工時需封閉半幅公路,采用倒邊施工順序,影響橋下公路運營。

3.2 加撐加固方案

為防止橋臺滑移,在兩臺與墩之間加建兩道水平支撐,水平支撐設于墩臺頂帽及托盤處,采用鋼筋混凝土支撐梁進行加固(圖 2)。

其主要優點是:直接限制墩臺傾斜位移。

主要缺點是:由于橋下凈空要保證大于或等于 4.8m,加設支撐后,則橋下公路凈空不夠,需將跨下現有路面下挖以滿足凈空要求,從而增加路面強制排水設施,造成公路養護、運營費用增加;其次,由于兩橋臺高度不一致,兩道水平支撐存在受力不均的情況,可能造成墩的傾斜等新的病害。

圖1 補樁加固方案示意圖

圖2 加撐加固方案示意圖

3.3 減輕荷載方案

筑于軟土地基上的橋臺,由于填土較高,而受到較大側向土壓力作用,從而使橋臺產生前移,以致發生傾斜[2]。可考慮更換臺背填土,減小土壓力,即采用減輕橋臺基礎所受荷載的方法加固(圖 3)。本方案僅作為其它方案的配套方案。

圖3 減輕荷載方案示意圖

其主要優點是:造價低,加固效果便于觀察。

主要缺點是:施工時需采用吊扣軌及其它支護措施,對鐵路運營有影響,并且加固效果不明確。

3.4 注漿加固方案

在墩臺基礎之下,在墩臺中心直向或斜向鉆孔或打入管樁,通過漿液凝固,把原來松散的土固結為有一定強度和防滲性能的整體,從而加固地基,提高地基承載力。本方案僅作為其它方案的配套方案。

其主要優點是:對鐵路及橋下公路運營影響較小;施工簡便易行,可以根據不同地質情況采用相應的注漿材料和方法,可以與其它加固方案復合使用,費用較低。

主要缺點是:單獨采用本方案,其加固效果有待觀察。

3.5 增建輔助擋墻方案

對于橋臺臺背水平土壓力太大引起的橋臺傾斜,應設法減少橋臺后壁的土壤壓力,可考慮在臺背加建一擋土墻,以增強擋土能力。

其主要優點是:橋臺輔助擋墻承擔臺背主動主壓力,受力明確。

主要缺點是:臺后擋墻施工工期較長,對運營影響較大。

3.6 新建框架橋方案

采用倒邊施工,先封閉半幅公路,路面下挖 1.6m,對地基采用 CFG樁加固后修一孔 10m框架橋,待兩孔 10m框架橋修好后吊走原鐵路橋梁,并鑿除既有橋臺胸墻,鋪設框架橋道碴橋面。

其主要優點是:廢除既有病害橋,新建框架橋,可以從根本上解決病害問題。

主要缺點是:本方案造價高,且對既有公路路幅有所壓縮,降低了公路路面標高后需增設強排措施以解決排水問題。

4 各方案主要技術經濟比較

對官嶺山中橋進行詳細的方案研究對比和技術經濟比較,其結果詳見表1。

5 方案研究結論

結合官嶺山中橋的病害情況,推薦采用補樁方案。本方案雖然加固費用較高,但施工期間不影響鐵路運營,僅施工時需臨時封閉橋下半幅公路,施工完恢復路面即可,且加固效果顯著,有較多的成功加固范例,因此推薦采用補樁方案。

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[3]李亞東.既有橋梁評估方法研究[J].鐵道學報,1997,19(3)

[4]李有豐.橋梁檢測評估與補強[M].機械工業出版社,2003