解析鐵路預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋病害整治及荷載試驗

張永宏

（中鐵十九局集團第五工程有限公司，遼寧大連 116000）

0 引言

在大量人力、物力和政策的支持下，鐵路設(shè)施建設(shè)空間得以有效優(yōu)化，鐵路預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋?qū)τ诮煌ɑA(chǔ)設(shè)施建設(shè)和交通系統(tǒng)完善具有重要意義，深入分析鐵路預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋的主要病害，并進行針對性治理，有助于優(yōu)化鐵路建設(shè)環(huán)境，保障鐵路工程施工質(zhì)量和運營穩(wěn)定性。

1 工程概況

鐵路西環(huán)東湖橋位于某市西環(huán)線東湖左側(cè)，橋梁全長150.1 m，為直線橋，設(shè)計速度為120 km/h，設(shè)計為4孔后張法預(yù)應(yīng)力C50混凝土連續(xù)箱型二次拋物線曲面梁，全橋共有3個橋墩、2個橋臺，墩基為Ф3.5 m獨樁基礎(chǔ)，墩身直徑2.5 m，樁柱分別長19 m、19 m和21 m，T形橋臺，群樁4根Ф1.25 m，長度10 m，預(yù)留鐵路西環(huán)東湖連續(xù)梁橋立面布置如圖1所示。工程分布于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛，四季分明，該地區(qū)平均氣溫、極端最高氣溫、極端最低氣溫分別為17 ℃、41.7 ℃和-18 ℃，年平均降水量、年最大降水量分別為1483 mm和2133.7 mm，降水集中在每年的4～6月，受臺風(fēng)影響，伴有暴雨。另外，該地區(qū)平均無霜期為200～243 d，東湖橋水流流向自西向東，源短流急，洪水漲落較快，持續(xù)時間較短，年內(nèi)水位變化大，屬山溪性河流區(qū)內(nèi)地下水類型，主要有第四系全新統(tǒng)砂礫石孔隙潛水及基巖裂隙潛水。

2 鐵路預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋主要病害

圖1 預(yù)留鐵路西環(huán)東湖連續(xù)梁橋立面布置

為保證鐵路西環(huán)東湖橋的運行穩(wěn)定性和工程質(zhì)量，在工程竣工后一段時間內(nèi)對工程進行質(zhì)量檢測，檢驗結(jié)果表明該連續(xù)梁橋存在梁橋支座傾斜、限位工字鋼與支座墊石抵死、橋臺抗擋塊開裂、梁體偏移等病害，其中，橋梁支座傾斜病害表現(xiàn)為橋臺盆式支座遠離欄桿側(cè)落空4～4.5 mm，靠近欄桿側(cè)支座有壓縮痕跡，支座變形1～2 mm，兩體傾斜現(xiàn)象導(dǎo)致橋梁支座傾斜，目前該橋梁存在單點支撐現(xiàn)象，支座落空和支座左側(cè)傾斜數(shù)量分別為1個和4個，傾斜角度（1～2）°。梁體傾斜導(dǎo)致的限位工字鋼與支座墊石抵死現(xiàn)象對限位工字鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性具有不良影響。為有效保證工程運營穩(wěn)定型，需對限位工字鋼的構(gòu)件穩(wěn)定性和螺栓嵌入性進行深度檢驗。橋臺抗震擋塊開裂病害來源于主梁與4#橋臺左側(cè)抗震擋塊抵死，目前開裂長度約為1.2 m，對鐵路西環(huán)東湖橋進行檢驗發(fā)現(xiàn)軌道中心與橋梁中心具有明顯的偏位現(xiàn)象：在實際質(zhì)量檢驗中分別對0#臺、4#臺和中間位置進行偏位檢測，檢測結(jié)果顯示0#臺處、中間位置和4#臺處的偏差分別為+1、+1和+4，軌道中心與橋梁中心偏位如圖2所示。

3 鐵路預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋病害整治措施

深入分析病害規(guī)律可知工程施工問題、養(yǎng)護問題、收縮徐變影響都是造成鐵路預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋病害的主要因素，為使鐵路西環(huán)東湖橋具有較高的運行穩(wěn)定性，需要按照質(zhì)量要求進行病害整治，整治措施如下：

根據(jù)鐵路西環(huán)東湖橋的主要病害情況及病害程度增加隔梁及橫向聯(lián)系，可在西環(huán)線及西環(huán)二線之間加設(shè)鋼結(jié)構(gòu)橫隔梁，鋼結(jié)構(gòu)橫隔梁能夠通過連接西環(huán)線與西環(huán)二線使二者具有較高的整體性，加設(shè)8道鋼結(jié)構(gòu)橫隔梁，能夠有效降低鐵路西環(huán)東湖橋橋面的應(yīng)力，進而平衡橋梁支座的應(yīng)力分布，避免出現(xiàn)橋梁支座傾斜現(xiàn)象。針對鐵路西環(huán)東湖橋現(xiàn)已出現(xiàn)的橋梁支座傾斜問題，可在西環(huán)線與西環(huán)二線橋橋面擋渣墻處每隔2 m增設(shè)2根橫向鋼筋，鋼筋間距和直徑分別為200 mm和28 mm，提高橋梁整體的抗傾覆能力。另外，采取橫向限位措施避免橋梁支座傾斜和橋梁梁體傾斜，可通過加設(shè)鋼墊板，以在鋼墊板上鋪設(shè)橡膠墊的方式隔離墻臺和擋塊，橡膠支座可以減緩行車荷載對橋梁支座的沖擊，避免限位工字鋼與支座墊石抵死以及限位工字鋼構(gòu)件斷裂、固定螺栓被拔出。

圖2 軌道中心與橋梁中心偏位

4 鐵路預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋荷載試驗

4.1 機型參數(shù)及加載工況分析

針對鐵路西環(huán)東湖橋進行的荷載實驗主要為靜載實驗，可根據(jù)連續(xù)梁橋的力學(xué)特點進一步檢驗病害治理后工程的運行穩(wěn)定性和工程的受力狀態(tài)，對機型參數(shù)和加載工況進行如下分析：

鐵路西環(huán)東湖橋梁靜載實驗主要采用Df4型機車作為實驗對象，Df4型機車在鐵路中的應(yīng)用范圍較廣，主要參數(shù)包括裝機功率、標稱功率，分別為3300馬力/2430 kW、2160馬力/1920 kW，傳動方式為交直傳動，軸式為CO-CO，軸距和中心距分別為2×1800 mm和12 000 mm，整備質(zhì)量、軸質(zhì)量分別為128 t和23 t，該機車的轉(zhuǎn)軸效率為32.7%，最高速度、持續(xù)速度分別為100 km/h和21.9 km/h，啟動牽引力、持續(xù)牽引力分別為413.9 kN和302 kN。加載工況主要體現(xiàn)在4#臺支座、3#墩支座、2#墩支座、1#墩支座、0#臺支座最大支反力加載以及第4跨（邊跨）、第3跨（中跨）、第2跨（中跨）、第1跨（中跨）的最大正彎距加載，加載特征分別為后車前輪組越過伸縮縫、兩車對稱加載到3#墩、兩車對稱加載到2#墩、兩車對稱加載到1#墩以及前后車輪組停在伸縮縫內(nèi)側(cè)、后車前輪組越過伸縮縫，兩車對稱加載到第3跨跨中加載、兩車對稱加載到第2跨跨中加載、前后車輪組停在伸縮縫內(nèi)側(cè)，以機型參數(shù)和加載工況為基礎(chǔ)，在鐵路預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋荷載實驗中可完成支反力彎矩理論值及加載效率分析，支反力測試結(jié)果及截面撓度分析以及界面控制應(yīng)力分析。

4.2 支反力、彎距理論值及加載效率分析

以4#臺支座、3#、2#、2#墩支座和0#臺支座為基礎(chǔ)，試驗荷載支反力分別為1035.4 kN、2760 kN、2760 kN、2760 kN和1035.4 kN，設(shè)計支反力分別為1233.4 kN、3113.5 kN、3251.2 kN、3113.5 kN和1233.4 kN，由此可知，加載效率分別為0.84、0.89、0.85、0.89和0.84，彎矩理論值及加載效率試驗結(jié)果主要以第4跨距梁端12 m、第3跨跨中、第2跨跨中、第1跨距梁端12 m為控制斷面，試驗荷載彎矩分別為4386.0 kN·m、6579.4 kN·m、6579.4 kN·m、4386.0 kN·m，設(shè)計彎矩分別為6516.8 kN·m、6919.3 kN·m、6919.3 kN·m、6516.8 kN·m，由此可知，第4跨距梁端12 m、第3跨跨中、第2跨跨中、第1跨距梁端12 m的加載效率分別為0.67、0.95、0.95和0.67，針對鐵路西線東湖橋采用的相關(guān)病害治理措施具有良好的治理效果，試驗結(jié)果中的支反力、彎矩理論值及加載效率可滿足質(zhì)量要求[1]。

4.3 支反力測試結(jié)果及截面撓度分析

在靜載實驗中針對4#臺支座、3#、2#、1#墩支座和0#臺支座進行了支反力測試，測試結(jié)果表明墩臺支座左側(cè)加載沉降量分別為0.03 mm、0.23 mm、0.08 mm、0.29 mm和0.25 mm，墩臺右側(cè)加載沉降量為0.08 mm、0.31 mm、0.27 mm、0.15 mm和0.24 mm，試驗效率分別為0.84、0.89、0.85、0.89和0.84，根據(jù)支反力測試結(jié)果可知各支座沉降量相對較小，所有偏差控制在（0.01～0.19）mm，表明支座與主梁的連接性較好，病害治理措施具有明顯治理成效。為進一步校驗連續(xù)梁橋的穩(wěn)定性，在荷載實驗中開展了截面撓度分析工作，在橋梁表面布設(shè)8個、4組測點，各組測點的撓度實測值分別為2.08 mm、2.14 mm、10.13 mm、10.51 mm、9.88 mm、10.87 mm、2.09 mm、2.3 mm，理論值分別為3.02 mm、3.02 mm、17.6 mm、17.60 mm、17.60 mm、17.60 mm、3.02 mm、3.02 mm，校驗系數(shù)分別為0.69、0.70、0.58、0.60、0.56、0.62、0.69、0.67。由此可知，校驗系數(shù)為0.56～0.17，各工況卸載歸零情況良好，表明在實驗荷載情況下，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，結(jié)構(gòu)剛度能夠滿足該工程的建設(shè)要求和質(zhì)量要求[2]。

4.4 截面控制應(yīng)力分析

為保證工程病害治理效果，針對鐵路西環(huán)東湖橋進行了控制截面應(yīng)力實測值和計算值比較，以鐵路西環(huán)東湖橋為基礎(chǔ)，設(shè)定4組、8個控制截面應(yīng)力測點，每組分別為底左側(cè)點和底右側(cè)點，實測應(yīng)變值分別為21.1 με、18.7 με、66.9 με、65.4 με、92.1 με、90.5 με、59.0 με、61.3 με，理論值分別為72 με、72 με、145 με、145 με、145 με、145 με、72 με、72 με，校驗系數(shù)分別為0.29、0.26、0.46、0.45、0.62、0.82、0.82和0.85，由此可知，各測試截面均具有較高的應(yīng)力抵抗能力，鐵路西環(huán)東湖橋在病害治理后的荷載作用下具有優(yōu)良的彈性工作狀態(tài)，能夠滿足長期運行需求[3]。

5 結(jié)束語

當(dāng)前鐵路預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋的合理施工和高質(zhì)量建設(shè)能夠有效滿足應(yīng)用需求，在鐵路工程設(shè)計施工中設(shè)計和施工人員應(yīng)根據(jù)工程的地質(zhì)情況、水文情況和施工環(huán)境、應(yīng)力要求，合理優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，降低鐵路預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋病害的發(fā)生概率，保證工程的運營穩(wěn)定性和使用安全。