既有寧啟線35號橋病害分析與整治

蘇欣羽

(中鐵上海設(shè)計院集團有限公司，上海 200070)

1 橋梁設(shè)計概況

既有35號橋位于余家營—儀征區(qū)間內(nèi)，跨越后胥河，橋梁全長62.42 m。橋墩為圓柱形橋墩，橋臺為T形橋臺，墩臺基礎(chǔ)均采用φ0.8 m鉆孔樁。新建后胥河中橋與既有35號橋延河道方向?qū)撞贾茫瑯蛄喝L61.47 m。橋墩為圓柱形橋墩，橋臺為矩形空心橋臺，墩臺基礎(chǔ)均采用φ1.0 m鉆孔樁。既有35號橋與新建后胥河中橋的平面關(guān)系見圖1。

橋址處30 m厚度內(nèi)為第四系全新統(tǒng)沖積黏性土、第三系上新統(tǒng)圓礫土以及白堊系泥質(zhì)砂巖，地基土的基本設(shè)計參數(shù)見表1。

圖1 既有35號橋與新建后胥河中橋橋址平面

2 橋梁病害情況

在寧啟復線修建過程中，既有線路基段軌道幾何結(jié)構(gòu)持續(xù)發(fā)生變化，既有橋0號橋臺梁縫持續(xù)縮小直至梁端頂緊，全橋各孔間梁縫與竣工圖相比均明顯縮小;第一孔梁固定支座下板螺栓剪斷，下板松動，支座吊空，局部有平面內(nèi)扭轉(zhuǎn);橋梁兩端路基沉降明顯，錐體護坡頂部破裂，與臺后路基已形成明顯臺階。根據(jù)上海鐵路局工務檢測所的檢查，既有35號橋現(xiàn)場病害實測數(shù)據(jù)如表2所示。

表1 地質(zhì)資料參數(shù)

表2 病害情況實測數(shù)據(jù)匯總

3 病害原因分析

3.1 既有橋設(shè)計情況

既有35號橋的橋梁墩、臺設(shè)計基本參數(shù)及計算結(jié)果見表3。

表3 橋梁設(shè)計基本參數(shù)

根據(jù)計算結(jié)果，既有35號橋的墩臺剛度均滿足規(guī)范要求(即橋墩剛度＞100 kN/cm，橋臺剛度＞1 500 kN/cm)。

3.2 病害模擬計算情況

(1)考慮臺后土體加固

根據(jù)竣工圖，既有橋臺后范圍內(nèi)采用粉噴樁加固，按照《鐵路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，地基比例系數(shù)m按5 000 kPa/m2取值。不考慮附加水平力作用，采用m法計算荷載作用下樁基礎(chǔ)變形情況，結(jié)果見表4。

表4 m=5 000 kPa/m2時荷載作用下樁基礎(chǔ)變形情況

根據(jù)計算結(jié)果，推算橋臺頂水平位移為0.3～0.4 cm，僅為實際發(fā)生位移值的4%。

(2)不考慮臺后土體加固

按照《鐵路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，淤泥質(zhì)黏土的地基比例系數(shù)m按1 000 kPa/m2取值。不考慮附加水平力作用，采用m法計算荷載作用下樁基礎(chǔ)變形情況，結(jié)果見表5。

表5 m=1 000 kPa/m2時荷載作用下樁基礎(chǔ)變形情況

根據(jù)計算結(jié)果，推算橋臺頂水平位移為0.6～0.7 cm，為實際發(fā)生位移值的10%。

(3)考慮臺后附加水平力

荷載計算時，增加軟土地區(qū)臺后路基填土對基礎(chǔ)產(chǎn)生附加水平力，采用側(cè)壓力系數(shù)法對附加水平力進行計算。側(cè)壓力系數(shù)法是按彈性半無限空間理論計算橋頭路基填土自重對地基產(chǎn)生的附加豎向壓力，然后乘以側(cè)壓力系數(shù)，求得地基基礎(chǔ)上的附加水平側(cè)壓力。計算結(jié)果見表6。

根據(jù)計算結(jié)果，考慮臺后附加水平力后，臺頂位移增加至1.2～1.3 cm，約為實際發(fā)生位移值的20%。

(4)考慮沖刷產(chǎn)生的自由樁長

根據(jù)實際位移情況，假設(shè)了由于河道泄洪可能導致出現(xiàn)的自由樁長，地基比例系數(shù)m按1 000 kPa/m2取值，不考慮附加水平力作用，采用m法計算荷載作用下樁基礎(chǔ)變形情況，結(jié)果見表7。

表6 考慮臺后水平力時的變形情況

表7 假定自由樁長后橋梁荷載作用下樁基礎(chǔ)變形情況

經(jīng)試算，當自由樁長L0=7.5時，臺頂水平位移值與實際發(fā)生值基本接近，此時計算模型的受力情況基本接近于實際的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。在此狀態(tài)下，樁身混凝土最大應力為8.78 MPa，鋼筋最大應力為148.73 MPa，均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，據(jù)此可以推斷樁基礎(chǔ)尚未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞性變形。

3.3 病害原因分析

根據(jù)上述計算分析結(jié)果與實際病害測量值的對照，可以初步判斷本橋病害原因是由于橋址處地質(zhì)情況較差，流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層厚較深，整體河道及岸坡穩(wěn)定性較差。既有橋臺后荷載不均衡，河岸兩側(cè)土體受后胥河河道泄洪沖刷影響向河中心處滑移，推動橋臺及橋墩位移所導致。同時，在新建橋施工過程中擾動了橋址周圍的土體，加劇了河道的滑移趨勢。因線路與河流斜交，故墩、臺會同時發(fā)生縱向及橫向位移。

4 病害整治辦法

病害整治的主要原則是:在橋墩基礎(chǔ)處采用“縱向頂撐，橫向限位”的方法，固定墩臺防止繼續(xù)滑移。同時采用頂推等方法，將已經(jīng)產(chǎn)生滑移的墩臺盡量恢復原位，必要時采用鏈鋸鋸除橋臺部分胸墻，保證正常運營時的梁縫。根據(jù)此原則，采取了以下措施進行病害整治:

①在臺尾架設(shè)便梁，挖除臺后路基土，對臺后土壓力進行卸載。用高壓旋噴樁機具施工臺后應力釋放孔，進行應力釋放。在對臺后土體卸載的同時，在3號橋臺外側(cè)施工橫向限位承臺下鉆孔樁基礎(chǔ)。

②施工橋墩基礎(chǔ)承臺間連地梁和系梁，在系梁上設(shè)置連桿，安裝千斤頂，對橋墩承臺施加頂力，進行糾偏復位。

③施工橋臺與橋墩之間連地梁下鉆孔灌注樁，然后澆筑承臺間連地梁和系梁，在靠近橋臺側(cè)系梁上位置設(shè)置連桿，安裝千斤頂，同時對兩側(cè)橋臺承臺施加頂力，進行糾偏復位。

④在既有35號橋3號臺外側(cè)，澆筑橫向限位承臺。

⑤采用輕質(zhì)混凝土對應力釋放孔進行填充，對臺后土體進行加固。

⑥既有橋橋墩植筋后采用鋼筋混凝土包箍，將橋墩直徑加大至2.5 m，以增加橋墩剛度。

⑦采用鏈鋸鋸除橋臺部分胸墻，對梁體進行糾偏復位，對支座進行整修更換，恢復1號、2號墩上梁縫，0號、3號臺上梁縫。

⑧在橋址及上、下游25 m范圍內(nèi)，進行河床鋪砌，防止河道水流沖刷。

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