重載鐵路橋梁支座頂升更換施工技術

鄭汝亮

(中國鐵路昆明局集團有限公司滇中鐵路建設指揮部,云南昆明 650011)

在2000 年前后施工的一些項目上,既有鐵路橋梁支座病害較為常見,受當時標準、施工技術、施工質量、地質條件、投資控制和維護管理等因素的影響,致使一些鐵路橋梁支座縱向位移超限。 為了確保運營的安全,需對橋梁進行限速和長期的監控量測,使得鐵路生產受到較大影響[12]。

王海龍等分析了鐵路橋梁支座病害產生的原因,對更換方案進行了研究[37];聶桂良等分別從支座更換過程中的梁體受力狀態、橋梁支座更換的方法、橋梁支座更換的施工和監控要點三方面進行了研究[810];劉寶軍等對同步頂升更換橋梁支座控制指標進行了研究[15]。 以往研究均取得了一定的成果,但對運營鐵路橋梁支座更換施工技術研究較少,以下對該項施工技術進行深入研究。

1 工程概況

1.1 既有橋梁概況

大麗鐵路全長161.006 km,鐵路等級為國鐵Ⅰ級,設計速度為120 km/h,單線電氣化鐵路。 2004 年12 月開工建設,2009 年9 月正式通車運營。 其中,下河村1 號特大橋(K12+560)全長523.44 m,孔跨布置為5×32 m+21×16 m 簡支梁,橋梁位于R=1 200 m的圓曲線上,線路縱坡為-3‰。

1.2 病害情況及結果

2013 年間,橋下堆載及重車通行造成下河村1 號特大橋的7 ～21 號橋墩沉降及傾斜,致使支座縱向位移超限。 其中,8 號、11 號、14 號、15 號墩縱向位移量超過設計規定值(30 mm),11 號橋墩支座位移達47 mm。 對超過設計位移量的4 個墩頂支座進行了更換;對沒有超過設計位移量的9 個墩頂支座進行了調整。

2013 年至2018 年6 月,該橋一直以80 km/h 的速度限速通行。 根據2015 年及2018 年的監測結果分析,支座縱向位移仍在繼續發展。

2 施工方案、工藝流程與施工準備

2.1 施工方案

(1)支座更換和調整主要針對活動支座;固定支座不進行更換和調整,僅進行松動除銹處理。

(2)支座更換頂升高度:受空間限制,需整體拆除及安裝支座,安裝高度為“上底板螺栓伸出長度+支座高度”,頂升高度為“上底板螺栓伸出長度”。

(3)調整支座頂升高度:調整高度為“下底板螺帽取出高度”,頂升高度為“下底板螺帽高度-上下螺帽之間的間隙”。

(4)支座類型為YZM180-Z8-0.2g(見圖1)。

圖1 支座半頂示意(單位:mm)

2.2 施工工藝流程

支座更換分為軌道和支座兩個部分進行施工,流程如圖2 所示。

2.3 軌道施工準備

(1)鋪設0 號橋臺至21 號墩范圍線路右側步行板并固定(厚20 mm 的木板)。 施工過程中,所有材料均不得擺放在步行板上。 對7 號墩至21 號墩的護欄安裝防護網,防止物體掉落。

(2)無縫線路長軌解體:①切縫距離既有軌縫不小于6.25 m;②軌縫不得與梁縫位置重合;③鋼軌切縫選擇在靠近需要更換支座的位置。

(3)鋼軌切割及鉆孔:將無縫線路解體成短軌,采用魚尾板與短軌連接,采用凍結螺栓(10.9 級)。

2.4 橋面系施工準備

(1)防落梁拆除:先拆除螺栓,再拆除防落梁木。

圖2 施工工藝流程

(2)電纜槽解體:拆除橋跨兩端梁縫處電纜槽螺栓,將電纜槽蓋板取下,確保電纜槽在梁體頂升過程中不受破壞。

(3)梁縫蓋板拆除:對橋跨兩端梁縫處進行清砟,拆除擋砟板,再拆除梁縫蓋板。

(4)橋面護欄解體:拆除梁縫兩端護欄螺栓,使護欄與相鄰橋跨間處于分離狀態。

3 施工技術參數

3.1 千斤頂選取

(1)在進行支座更換及復位施工時,采用千斤頂將一孔梁片整體頂起。

橋跨總重量:2 片T 梁2×70=140 t;

步行板3.8 t;道砟30 t;軌枕8.5 t。

鋼軌:16.5×2×0.06=1.98 t;

總重量:140+3.8+30+8.5+1.98=182.28 t;

182.28×1.3=236 t=2 360 kN。

頂梁時,在梁體活動端設置2 個千斤頂;固定端直接承放在墩頂支座上。 則每端梁端的受力為N =2 360/2= 1 180 kN,則每個千斤頂的受力為N =1 180/2=590 kN。

(2)經現場實測,梁底與橋墩頂面高差最小為385 mm,支座上底板螺栓長度最大為92 mm;支撐面最窄處寬350 mm。 墩頂尺寸如圖3 所示。

圖3 橋墩頂面尺寸(單位:cm)

(3)千斤頂選取:參照頂力及墩頂頂面尺寸,宜采用DYG200 型號的千斤頂兩臺。 單臺頂力為2 000 kN,千斤頂本高為360 mm,最大行程為200 mm,油缸外徑為245 mm,油缸內徑為200 mm。

3.2 橋墩頂帽局部承壓檢算

(1)相關應力參數

每個千斤頂的受力為N1=590 kN。

既有橋墩頂帽為C25 混凝土,[σc]=6.8 MPa[2]。

千斤頂外徑為245 mm 的圓形,緊靠墊石布設,則底面半徑為350-245/2=227.5 mm。

參照《混凝土結構設計規范》[1](GB50010—2010) 及《鐵路橋涵混凝土結構設計規范》[2](TB10092—2017)計算面積,有

局部承壓計算底面積Ac=3.14×(0.35-0.245÷2)2=0.162 5 m2

(2)局部承壓應力檢算混凝土局部承壓提高系數

局部承受壓應力

代入數據,有

滿足設計要求。

(3)局部承壓力檢算[2]

fc為混凝土軸心抗壓強度設計值, 取11.9 N/mm2;

滿足設計要求。

3.3 梁縫縮小值檢算

梁體一端頂升發生位移,則梁體另一端垂直度發生變化,導致梁縫寬度縮小。 對支座梁縫進行現場實測,頂升高度按式(4)計算,T 梁高度為2.33 m,長度為16.5 m,得出梁縫縮小值(見表1),滿足設計要求。

表1 梁縫縮小值 mm

4 支座更換施工技術

4.1 支座及工料具準備

(1)支座施工前,先進行橋下排水、清淤、回填,再將新支座及千斤頂等材料設備運至橋墩下。

(2)在墩頂橫橋向側面安裝一臺1 t 卷揚機,使用卷揚機緩慢地將支座及千斤頂運至墩頂待用。

(3)墩臺頂帽清理:清理墩臺頂帽上的土石塊及松散物質,用鋼絲刷對頂帽支座墊石表面的沉積物、雜物進行清掃;對兩跨相鄰梁體之間的石渣進行清理,為T 梁頂升時縮小梁縫預留空隙。

(4)千斤頂并聯:對兩臺千斤頂進行并聯,使兩臺千斤頂均產生相同的油壓力。 每臺千斤頂分別設置控制閥,確保頂升過程中頂升高度一致。

(5)墊板準備:為了增大千斤頂接觸面積,避免T梁梁肋產生過大的局部受力。 千斤頂下方采用300 mm×300 mm×20 mm(長×寬×高)的正方形鋼墊板,上部采用800 mm×300 mm×20 mm(長×寬×高)的鋼墊板,以擴大承壓面積。

(6)臨時支撐:兩端空隙采用四個臨時支撐(見圖3)共同受力。

(7)試頂:

①試頂前對所使用的千斤頂進行校驗,檢查其起頂能力;檢查千斤頂安裝是否垂直牢固。

②檢查防落梁、電纜槽、梁縫蓋板、橋面護欄的狀態,確保頂升過程不受外力牽扯。

③在頂升前,應檢查各個位置儀表、設備、梁體的情況,發現異常時,應停止頂升并分析原因,排除問題后方能繼續頂升。

4.2 切除墊石螺栓

(1)利用既有的橋墩側面掛籃作為施工作業平臺,在墩頂側面安裝水鉆支架。

(2)采用直徑60 mm 的水鉆,由上至下進行墊石砼鉆孔切割,至距螺栓20 mm 處停止,最終在1 個支座墊石上形成2 個80 mm(寬)×570 mm(長)×350 mm(高)的U 形槽。

(3)對墊石切割形成的U 形槽面進行鑿毛處理,為灌漿前放入小型條形鋼筋籠做好準備。

4.3 頂梁

(1)根據最長螺栓長度及作業空間確定頂梁高度(見表2)。

(2)頂升前,先在墩頂和墊石上畫出既有梁體腹板外側的投影邊線,采用標尺測量兩片梁體的頂升高度及橫向位移,產生偏差時及時調整。

(3)頂升前,根據既有支座位置在墊石上標出支座十字交又中心線,保證落梁過程中支座的中心線與既有中心線重合。

(4)頂升過程中,應嚴格控制兩臺千斤頂的行程同步,全程采用位移傳感器監測梁體頂升位移情況。若兩個千斤頂的高差超過0.5 mm,必須停止頂升,并調整其高差,使兩臺千斤頂的行程同步。 千斤頂安放于梁體重心線位置,每臺千斤頂兩側各設置2 個臨時支撐(見圖3)。

表2 各橋墩頂升高度 mm

(5)頂升高度為20 mm 時,設置2 個頂升行程,每一頂升行程為10 mm;頂升高度為90 mm,設置3 個頂升行程,每一頂升行程為30 mm。 頂升速度按3 mm/min 控制。 頂升過程按下列程序進行:①按預設荷載進行加載頂升;②觀察儀表、設備、梁體的情況,認真做好測量工作并及時匯報測量數據;③頂升過程中發現異常情況,立即停止頂升并分析原因,排除問題后方能繼續頂升;每一個頂升行程結束后,進行測量數據與理論數據的對比分析。

(6)在頂升過程中,梁體頂升到一定高度時,采用預先加工好的鋼板加墊在臨時支撐上,臨時支撐高度為385 mm(見圖3);按頂升高度加3 mm,以確保臨時支撐墊片可以加入,并核查4 個臨時支撐高度在同一水平面上。

(7)按3 mm/min 的速度回收千斤頂,使梁體壓力轉換到臨時支撐上并拆除千斤頂。

4.4 支座更換與調整

(1)支座更換:切除墊石中預埋的地腳螺栓,頂升梁體88 ～92 mm(實測梁底上底板螺栓的伸出長度),拆除既有支座(順梁體預埋螺栓下移滑出)并安放新支座(順梁體預埋螺栓上移滑入)。

(2)支座調整:切除墊石中預埋的地腳螺栓,頂升梁體高度20 mm,調整既有支座下底板,切割U 形槽,安裝新的地腳螺栓,緊固下底板螺帽。

(3)支座更換后,對新支座進行檢查,確保各項指標滿足規范要求。

4.5 落梁

(1)在防落梁與梁體間加塞硬木,防止梁體發生橫向位移;在梁縫處加塞硬木,防止落梁時梁體發生縱向位移。

(2)落梁過程中,為確保支座位置正確,應手動打開高壓油泵的回油閥,在梁體及附屬重力作用下,回路及千斤頂中的液壓油反向流回油箱,使梁體緩慢下落就位。

(3)落梁時,測量落梁過程中梁體的高度及橫向偏差,若梁體產生橫向位移,可采用10 t 千斤頂(利用防落梁)進行糾偏。

(4)梁體就位后,對支座上鋼板與梁底的密貼情況、支座下鋼板與墊石的密貼情況進行檢查,確保支座與梁底、墊石密貼。

(5)支座各項指標檢查合格后,拆除千斤頂及臨時支撐等頂升設備并清理、收集相關工具。

4.6 模板封口、灌漿

(1)采用90 mm×350 mm 模板對U 形槽進行封口。

(2)灌漿

①采用CGM-320A 支座灌漿料。

②灌漿料的攪拌:按水料比1 ∶0.16(重量比)配制灌漿料,采用攪拌槍攪拌,邊攪拌邊逐步投料,持續攪拌2 ～3 min。 攪拌好的漿料應在25 min 內灌注完畢。

③灌漿要求:從墊石側面灌入漿料,直至漿液溢出時停止灌漿,使漿液充滿已切開的支座槽;在漿液結硬過程中應避免碰撞模板;在天窗施工時間內,應確保漿液結硬,以避免列車通行振動引起未結硬的漿液損壞。

4.7 線路、橋面系恢復,更換長鋼軌、應力鎖定

每處支座更換、調整施工完畢后,需對線路、橋面系及時進行恢復,檢查復核相關參數是否達到驗收標準。 梁縫蓋板恢復后,應確保不漏砟;對施工中損壞的步行板和擋砟塊進行更換。

待支座調整、復位全部結束后,需更換長鋼軌,對線路進行應力放散與鎖定,并恢復無縫線路軌道。

5 整治效果

該橋支座經過病害整治后,由長期限速(80 km/h)恢復到設計速度(120 km/h);經過近3 個月的運營實踐,線路條件安全可控,達到了預期的效果。