滁河特大橋橋墩加固實踐

朱國靖

(上海鐵路局南京橋工段，江蘇南京 210000)

1 概述

京滬下行線K1123+315滁河特大橋跨越滁河及兩側的軟土地基。該橋于1993年建成,全長2 858.8 m,含162孔16 m先張預應力鋼筋混凝土低高度T形梁,5孔32 m后張法預應力鋼筋混凝土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檢定所對該橋16 m梁進行了測試,發現16 m梁梁端橫向振幅接近甚至超過跨中振幅。加固前該橋的客運列車限速140 km/h、貨運列車70 km/h。為滿足進一步提速要求,急需進行加固處理。

2 歷年加固情況

1997年4月1日,中國鐵路實施第一次大面積提速。同年9月，上海鐵路局對滁河兩岸的雙柱式輕型橋墩進行了振動測試,實測該類型橋墩的橫向振幅大幅度超過《鐵路橋梁檢定規范》(鐵運函[2004]120號)限值。為此，原南京工務段于1999年、2003年分兩次對該橋雙柱式橋墩進行了加固,在兩柱之間增設橫向聯結板。

分析雙柱式橋墩主筋外露、箍筋銹斷、梁體露筋出現的原因,與雙柱式橋墩剛度不足,搖晃加劇有必然的聯系。2003年10月，采用HD-50砂漿整治28個墩,采用 “ADEX混凝土結構修補防護體系”整治132個墩及梁體。

2003年11月，對33號～38號橋墩(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，針對新生露筋層出不窮(每孔梁多達78處,尤其是梁底縱向主筋并列外露長達0.5～1.2 m),使用UP2000修補梁體掉塊和缺陷,梁體銹跡及封端開裂處涂刷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混凝土保護材料,共修補89孔16 m梁。

2007年對病害比較突出的24號～26號墩頂安裝了新型橫向限位裝置,實測結果橫向振幅仍然嚴重超標。

實踐表明,雙柱式橋墩本身橫向剛度較弱,不能滿足進一步提速要求。

3 橫向剛度不足的原因分析

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。

(1)并置梁未加橫向聯結：滁河橋16 m先張預應力鋼筋混凝土低高度T形梁,并置時未加橫向聯結,直接導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使橋墩頂部產生較大的橫向位移,墩頂較大的橫向位移會加劇橋梁的橫向振動。

(3)橋墩基礎不穩定：橋墩基礎存在缺陷或不足,也會使墩頂部產生較大位移。

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

(5)橋梁的抗扭剛度不足：橋梁的抗扭剛度不足會導致橋梁產生扭轉變形,扭轉變形對橋梁的橫向振幅有放大作用。

(6)橋上線路病害和不平順：尤其是線路橫向不平順,直接加劇列車的橫向振動,列車的橫向振動與橋梁結構的耦合作用,加大了橫向振幅。

(7)橋上線路曲線中心與橋梁中心偏差：132號墩中心里程至浦口臺臺尾為R=1 200 m曲線。有偏差時,在列車動載作用下,會使橋墩產生扭轉。

(8)橋頭線路不平順：橋頭線路不平順將使列車產生橫向和側滾振動,列車在這種狀態下上橋必將加大橋梁的橫向振動。

(9)車輛的蛇行運動：列車的運行速度接近車輛蛇行運動的臨界狀態,車輛產生劇烈的橫向蛇行運動,引起大幅度的車橋耦合作用。

(10)設計未考慮的因素：設計規范主要考慮橋墩的豎向受力,隨著鐵路發展及重載提速要求,橫向剛度日益重要。

4 系統加固方案

根據上述分析,可以看出橋梁的本身剛度至關重要,因此需要對滁河橋進行系統的全面加固,先對病害突出的連續3孔梁跨(第24孔～26孔橋梁)采用科研、設計、檢測和施工相結合的方式進行加固。根據實測結果,對加固設計進行驗證、優化,進而推廣運用至全橋。分4個加固步驟進行：預應力混凝土梁的橫向聯結、加固橋墩基礎、加固橋墩墩身、墩頂上安裝梁的橫向限位裝置。

4.1 預應力混凝土梁的橫向聯結

對跨度為16 m先張法預應力混凝土梁,采取兩片T梁間增設橫向聯結結構對梁部進行加固,即在每孔梁的跨中及兩端設置預應力混凝土橫隔板。每孔梁增設3檔橫向聯結,每檔設置4束φj15.24 mm預應力鋼絞線(原設計為φ25 mm精軋螺紋預應力鋼筋),鋼絞線按2×2排列,見圖1。

圖1 梁體加固橫截面(單位:cm)

在增設聯接板處,必須用鋼筋位置探測儀探測主梁腹板內鋼筋的實際分布狀況,再確定橫向預應力鋼絞線穿越腹板的位置，以免鉆傷梁內主筋。如孔位遇到鋼筋或其他障礙物時,可適當移動鉆孔位置,但移動距離不宜大于5 cm。

橫隔板采用C50混凝土進行澆筑,坍落度5～7 cm為宜,采用養生劑進行養生。

初張拉時，千斤頂、油表、油泵在使用前須進行配套標定,配套標定的有效期為一個月,或不得超過200次張拉作業。初張拉時每根預應力鋼絞線的拉力為50 kN。張拉分兩次進行,每次對稱張拉兩根，在混凝土強度達到設計強度80%時,便可進行終張拉。以先中間后旁邊的原則,每孔梁三段聯接板張拉順序是：先拉跨中一段,再張拉梁端的兩段。每段四束預應力鋼絞線的張拉順序為：按對角的順序分別張拉四束預應力鋼絞線,每束鋼絞線張拉到終張拉值后,鎖緊錨固螺母.然后檢查先張拉的兩根,如實存張拉力下降,則須補足。

4.2 加固橋墩基礎

(1)16 m梁橋墩基礎(原設計為樁基)的加固

在既有承臺外增加4根φ1.0 m鉆孔樁,增設新承臺將老承臺包裹,新老承臺橫向用牽釘聯結。

16 m梁橋墩基礎原設計為4根φ0.8 m鉆孔樁的基礎加固見圖2。

圖2 4根φ0.8 m鉆孔樁的基礎加固平面(單位:cm)

16 m梁橋墩基礎原設計為8根φ0.55 m打入樁的基礎加固方案見圖3。

圖3 8根φ0.55 m打入樁的基礎加固平面(單位:cm)

16 m梁橋墩基礎原設計為6根φ0.55 m打入樁的基礎加固方案見圖4。

圖4 6根φ0.55 m打入樁的基礎加固平面(單位:cm)

根據專家評審意見,進場后先對病害突出的連續三孔(第24孔、25孔、26孔)基礎進行施工,待加固完成通過列車驗證其效果后,再進行其他橋墩的加固。

橋墩加固時應采取隔墩順序施工,避免相鄰橋墩同時施工。

(2)16 m梁橋墩基礎(原設計為擴大基礎)的加固

1號～5號墩、166號墩基礎采用D60 cm高壓旋噴樁進行加固,增加其橫向剛度,每個擴大基礎用148根D60 cm高壓旋噴樁進行加固,形成長10.6 m、寬9.1 m、平均深11 m的圍幕,施工時高壓旋噴樁對稱施工加固,防止在列車動載下基礎不均勻受力,相鄰兩樁旋噴間隔時間應不小于48 h,間距不小于1～2 m,見圖5。

圖5 擴大基礎加固平面圖(單位:cm)

(3)16 m梁橋墩受地形限制時的加固方案

163號、165號墩基礎在四周設置四排D30 cm微型鉆孔樁,樁底深入砂巖極嚴重風化層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，見圖6。

圖6 墩身加固(單位:cm)

墩身加固植入橋墩牽釘時,植牽釘采用梅花形布置,植入既有橋墩臺內深度應滿足強度要求,并用FH-E131化學錨固劑錨固。

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軌焊成的三角架進行支撐。錨栓打孔時不得鉆斷墩內受力鋼筋,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粘著膨脹螺栓,施工時不得破壞原有墩頂限位裝置，見圖7。

圖7 墩身加固(單位:mm)

5 工藝改進

(1)樁基礎鉆孔樁施工：由于樁基礎位于橋人行走道下方,凈空大部分不足9 m,普通的正﹑反循環鉆孔機無法滿足要求。將鉆孔機豎架重新加工縮短以滿足凈空,同時鉆孔位置適當降低,鉆孔機動力要適度增大。

(2)微型樁加固：163號、165號墩由于地形限制(位于河堤),不能使用鉆孔樁和高壓旋噴樁。在基礎四周設置四排D30 cm微型鉆孔樁,采用經改造的地質鉆機成孔,樁孔距建筑物墻(柱)最近為350 mm,鉆孔內放鋼筋籠和注漿管,孔內填灌碎石量不少于計算體積的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裂紋,首先對該處施工鋼模板進行改造。垂直線路方向,順著帽石角度提高20 cm，各留2個振搗孔,保證混凝土澆筑到位,加強振搗；其次,每個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。

(4)新老混凝土結合處理：針對原設計中牽釘過于稀少的缺陷,進行設計變更,增加了牽釘的數量,對墩身既有保護層鑿除清洗后,在露出鋼筋的表面涂刷阻銹劑,墩身洗凈后刷混凝土復合界面劑；樁基礎上端鋼筋插入新澆筑基礎中至少1 m,新老基礎采用壓注植筋膠法植筋。

(5)鋼絞線等強代換精軋螺紋鋼筋：鋼絞線和精軋螺紋鋼筋都可以用于豎向預應力體系,對于高度較大和拉應力較大的腹板,精軋螺紋鋼筋在二次張拉后可能出現斷裂現象,故優先使用預應力鋼絞線。

6 加固后效果

加固前試驗荷載利用過路客貨列車,實測各墩和梁最大橫向振幅及自振頻率,病害突出的24號～26號墩及跨中數據見表1。全橋自振頻率滿足規范,橫向振幅除33號～38號橋墩(32 m梁)外,均超檢規規定值。

表1 墩和梁最大橫向振幅及自振頻率

加固后,對滁河橋全橋橫向振幅進行了實測,所有墩頂橫向振幅均滿足要求,橋墩加固達到預期效果,24～26號墩及跨中橫向振幅數據見表2。

表2 墩和梁最大橫向振幅

從表2中可以看出,重載貨物列車對墩的橫向振幅影響較大。

參考文獻

[1] TG/GW103—2010 鐵路橋隧建筑物維修規則[S]

[2] TB10002.1—2005 鐵路橋涵設計基本規范[S]