合九線雙柱式橋墩橫向振幅超限原因分析及整治

朱 兵 上海鐵路局合肥工務段

隨著合九線運行速度的提升，重載貨物列車的開行，且行車密度逐年增大，雙柱式橋墩出現不同程度的振幅超限，嚴重區段只有采取限速運行措施來確保安全。限速運行嚴重制約了運輸效率的提高，橋墩橫向振幅超限長期存在，嚴重影響橋梁結構安全和使用壽命，必須加固整治。

1 病害概況

合九線共有橋梁119座，其中豐樂河特大橋、梅林中橋、井屋大橋、戰崗大橋等10座橋共有雙柱式橋墩392個，橋跨式樣為8 m低高度鋼筋混凝土梁和16 m先張預應力混凝土梁兩種。2007年10月工務段檢測發現，位于豐樂至舒城間4座橋的橫向振幅超限，尤其是豐樂河特大橋第155#～167#墩（8 m低高度鋼筋混凝土梁跨度）有明顯晃車現象。路局橋檢隊對該4座橋部分橋墩進行橫向振幅測試，實測各墩橫向振幅均不能滿足《鐵路橋梁檢定規范》的要求。為確保行車安全，該區段客車限速100 km/h、貨車限速50 km/h運行。

2 原因分析

橋梁的振動是由橋上運行列車引起的外激振動，其振動響應的大小與外界激勵的大小和橋梁本身抵抗變形的能力即橋梁的剛度有關。

2.1 外界激勵因素

主要是列車車輛轉向架在較高速度運行時出現周期性橫向持續擺振以及輪軌間的蛇形運動。速度越高，列車車輛轉向架的周期性橫向持續擺振越大，外界激勵的影響也就越大，而它是客觀存在的。

2.2 橋梁結構因素

2.2.1 橋墩橫向剛度不足

雙園柱橋墩，兩園柱頂部靠蓋梁連接，底部與承臺固結，中間部位不作任何連接，因此其橫向剛度較園端形橋墩要弱得多，列車過橋時會使橋墩頂部產生較大的橫向位移，而墩頂的橫向位移會加劇橋梁的橫向振動。

2.2.2 同跨的兩片梁未形成整體受力結構

8 m低高度鋼筋混凝土梁未設橫膈板，16 m先張預應力混凝土梁雖設有普通橫膈板，但部分橫膈板的鋼板焊接處有不同程度的裂縫，造成同跨的兩片梁未形成真正的整體受力結構，每片梁受力的大小不同，產生的橫向位移值也不同。

2.2.3 橡膠支座存在病害

檢查發現，8 m跨度的每片梁下設計為2塊小橡膠支座（專橋（88）1024），16 m跨度的每片梁下設計為1塊大橡膠支座（叁標橋 2017），部分橡膠支座有變形、開裂和吊空、串動等病害。在列車過橋時，同一跨的兩片梁以及相臨跨的兩片梁由于支座病害的存在，會產生不同的位移值，造成不同梁跨的橫向振幅值也不同。

2.2.4 橫向限位裝置缺少和部分失效

8 m跨度的梁體在墩頂上均未設置橫向限位裝置，梁體的橫向位移沒有任何約束；16 m跨度的梁體雖然在梁端處設置了"L"型鋼質橫向限位裝置，但部分限位裝置與梁體之間存在間隙，間隙呈上大下小形狀，填塞的膠墊片或木片無法長久保持，對梁體的橫向約束作用極易失效。

2.3 橋上線路不平順

該區段的橋上枕底道床平均只有14 cm左右，厚度明顯不足，加之多年落后的人工搗鎬作業手段，枕底道碴呈現碎末狀，形成板結，道床缺乏彈性，極易產生空吊、軌道不平順等病害。列車過橋時對梁體的沖擊力增大，加劇橋梁的橫向振動。

3 加固整治

3.1 確定整治方案

2008年先對豐樂河特大橋158＃～167＃墩10個雙圓柱形橋墩墩身及其上11孔8 m并置梁進行實驗性加固，加固后的橋墩在客車通過時的橫向最大振幅均未超過《檢規》規定的通常值，個別橋墩在貨車通過時的橫向最大振幅略超過《檢規》規定的通常值；各墩橫向自振頻率較加固前約提高30%，已接近《檢規》規定的最低限值。加固后的橋墩剛度雖然有明顯提高，但仍不能滿足常速運行條件下的安全要求。

2009年又對該橋155#～157#墩基礎、墩身以及并置梁進行同步實驗性加固，對158#～160#墩基礎再次加固，同時采取了增設橫向限位裝置、支座吊空處理等輔助措施。2010年4月的振動測試結果顯示：155#～160#墩橫向最大振幅和橫向自振頻率均滿足《檢規》規定的通常值。

因此，確定采用基礎、墩身和并置梁同步加固方案，同時采取整修支座吊空病害、增設橫向限位裝置等輔助措施，整治同類橋墩病害。

3.2 基礎加固

在原承臺兩側各加1根直徑1 m的鉆孔樁后，將原正方形（380 cm×380 cm）承臺改成長方形承臺（長880 cm、寬380 cm）。通過施加4根垂直于橋梁方向的φ28預應力鋼筋，使之形成一個整體。

施工流程：清洗、鑿毛原承臺側面砼-錨固牽釘（采用FH～E131化學植筋膠）-鉆孔-綁扎新增承臺鋼筋、穿波紋管-涂刷砼界面劑-立模澆灌承臺砼-養護-拆模-張拉（每根張拉力為300 kN）-壓漿。

3.3 墩身加固

采用在橋墩兩圓柱之間先增設鋼筋混凝土板，再整體包箍成矩形斷面橋墩。施工流程：鑿毛橋墩（露出主筋）-錨固牽釘（采用FH～E131化學植筋膠）-綁扎中間聯結鋼筋-涂刷砼界面劑-立模-澆灌無收縮微膨脹HY～J45型砼-拆模-綁扎外層鋼筋-澆筑C30包箍砼-養護-拆模。

3.4 并置梁加固

參照鐵道部科學研究院建筑研究所HJ01圖，8 m低高度鋼筋混凝土梁，每孔增設2檔橫隔板，板內設4根預應力鋼絞線，每束張拉力為110 kN；16m預應力T梁，每孔增設3檔橫隔板，板內設4根預應力鋼絞線，每束張拉力為180 kN。

施工流程：梁體布置孔眼（探測器探明梁體主筋位置，防止鉆斷鋼筋）-空心鉆鉆孔-梁間綁扎鋼筋-埋設波紋管-立模-澆筑砼-穿鋼絞線-預應力張拉、壓漿-混凝土封端。

3.5 支座病害處理

并置梁加固結束后，仔細檢查每個支座，采取搗墊半干性砂漿進行整平，消滅支座吊空和串動病害，更換變形嚴重、開裂的橡膠支座，確保支座與支撐墊石和梁底密貼，均衡受力。

3.6 增設橫向限位裝置

在墩頂上距梁體外側適當位置處鉆孔，埋設槽鋼框架橫向限位裝置。框架與梁端外側腹板之間用整塊短木板塞緊，有效約束梁體橫向位移。

3.7 橋上道床清篩及抬道

對橋上道床進行全斷面清篩，同時按照道床厚度不低于20 cm標準抬道，徹底改善道床彈性。加強線路的日常養護，有效控制橋上線路空吊、軌道的不平順等病害，確保軌道平順，減輕列車過橋時對梁體的沖擊力。

4 施工要點

（1）基礎、橋墩和并置梁加固應在限速45 km/h及以下條件下進行。

（2）鑿埋牽釘時，應做到成孔1個，立即埋設1個，減少對橋墩斷面的削弱。加固鋼筋與原橋墩鋼筋、牽釘綁扎牢固，以形成整體骨架。

（3）混凝土灌注宜利用較長的列車間隔時段進行，并添加早強劑，防止混凝土產生離析。

（4）橋墩、承臺加固范圍內舊砼面應鑿毛洗凈，均勻涂刷界面劑，以保證新舊砼結合良好。

5 加固后振動測試效果

每次加固結束后，路局橋檢隊都對部分橋墩進行了振動測試，以檢驗其加固效果。檢測數值詳見表1。

分析表1檢測的數據，加固效果明顯。

（1）未加固的 153#、154#墩：實測橫向最大振幅均大于《橋檢規》墩頂橫向振幅通常值，墩頂橫向自振頻率均遠小于《橋檢規》橫向自振頻率通常值，表明該兩橋墩橫向剛度不足。

表1 檢測數值

（2）155#～157#墩基礎、墩身以及并置梁加固后：實測墩頂橫向最大振幅均小于《橋檢規》墩頂橫向振幅通常值，較加固前大幅降低；墩頂橫向自振頻率較加固前均有所提高，表明采用基礎、墩身以及并置梁同步加固，有效提高了橋墩的整體橫向剛度。

（3）158#、159# 墩樁基加固后：實測墩頂橫向最大振幅較僅對墩身加固實測值大幅減小，墩頂橫向自振頻率較僅對墩身加固有所提高，表明在墩身加固的同時進行基礎加固，更加有效地提高橋墩整體橫向剛度。

6 結論

（1）采用基礎加樁、墩身整體包箍以及梁體增設預應力橫膈板加固的方案，同時采取增設橫向限位裝置、處理支座吊空、橋上線路整治等輔助措施，能有效解決雙柱式橋墩橫向振幅超限問題。

（2）該加固方法具有施工技術簡便、工程造價低、運輸干擾小等優點，對整治同類型橋梁橫向振幅超限具有一定的借鑒作用。