鐵路橋梁支座病害整治設計及施工技術(shù)

于 強 中國鐵路上海局集團有限公司南京橋工段

1 項目概況

某Ⅰ級線路鐵路大橋于2000 年9 月竣工通車，設計荷載為中—活載。大橋南岸引橋共計161跨，總長為6 098.816 m。跨度布置從正橋起為：3 孔 40 m 箱梁+（48+68+48）m 連續(xù)箱梁+77 孔 40 m 箱梁+3 孔 32 mT 梁+2 孔 40 m 箱梁+2×80 m 連續(xù)鋼桁梁+1 孔 40 m 箱梁+70 孔 32 mT 梁。其中，2×80 m（088#-090#墩）連續(xù)鋼桁梁跨越裕溪河，088#-087#墩跨越沿河大堤。在運營過程中發(fā)現(xiàn)，085#及088#墩頂梁端間隙基本保持不變；086#墩頂梁端間隙不斷縮小，087#橋墩梁端間隙不斷擴大。雖然在087#墩增加了樁基加固，但是病害依然存在，且不斷發(fā)展。

086#-088#墩間橋跨及沿河大堤布置如圖1 所示。上部結(jié)構(gòu)為跨度40 m 的簡支箱梁，分兩幅分離設置。梁高3.31 m，梁寬3.95 m。下部結(jié)構(gòu)為框架式橋臺。橋梁橫斷面布置如圖2所示。

圖1 橋跨及沿河大堤布置/cm

086#-087#墩間跨橋梁支座布置如圖3 所示。其中固定支座型號為JHPZ3000GD，支座高度140 mm，支座平面尺寸為610 mm（橫橋向）×600 mm（縱橋向），支座允許位移量為±30 mm。支座上、下鋼盆分別利用4個M30錨栓固定于梁體及支座墊石上。

圖2 橋梁（086#-088#墩間跨）橫斷面布置/cm

圖3 橋梁支座平面布置/cm

2 支座病害及發(fā)展情況

圖4 087#橋墩增設樁基加固/cm

沿河大堤為后期建設，高度約6 m。大堤與87#橋墩間中心距離約10 m。在使用中大堤常年通行重型運輸車輛。根據(jù) 2012 年 9 月至 2018 年 5 月檢測、監(jiān)測結(jié)果，087#橋墩存在傾斜且持續(xù)發(fā)展。

2013年，086#墩頂處40 m 跨徑小箱梁梁端與32 mT 梁支承墊石間已經(jīng)接近抵死狀態(tài)。為了保證主梁正常工作，橋梁養(yǎng)護單位鑿除32 mT 梁支承墊石約10 cm 寬度以保證主梁正常受力。

2017 年12 月，對087#橋墩進行了增加樁基加固處理。主要的加固措施包括：在橋墩兩側(cè)分別增加1排加固樁，每排3 根，樁徑1.2 m，樁長48 m。并在大堤邊坡位置增設一排抗滑樁。主要的加固構(gòu)造如圖4所示。

加固后，對梁端縫隙保持監(jiān)測可以看出，086#、087#墩頂梁端縫隙在加固后未遏制病害發(fā)展，依然維持加固前發(fā)展趨勢。

截至2019 年9 月，梁端縫隙（即，087#墩傾斜）變化約80mm。橋梁支座存在著錨固螺栓剪斷、支座上下班錯位超限等病害，如圖5 所示。支座病害已經(jīng)嚴重影響了鐵路運營安全，必須加以處理。

圖5 支座病害現(xiàn)場照片

3 病害處治方案

橋梁及支座病害主要是由于沿河大堤土壓力及大堤上重載交通附加土壓力的作用，導致087#橋墩甚至樁基存在傾斜。該類病害的根治方案通常為拆除大堤卸載土壓力或?qū)蚨者M行提高縱向抗推剛度的加固。綜合考慮鐵路橋梁運營、社會影響、投資等，均不能實現(xiàn)。基于此，采用固定支座和活動支座互換位置的處治方案，后期繼續(xù)加強監(jiān)測。即，086#-087#墩間跨的固定支座由086#橋墩調(diào)整到087#橋墩；活動支座由087#橋墩調(diào)整至086#橋墩。

調(diào)整后，086#墩頂均設置為固定支座，梁端縫隙維持不變。由于087#橋墩處均設置為活動支座，墩柱傾斜對梁端間隙幾乎無影響。但是086#橋墩承受的制動力、地震力顯著增加必須進行檢算。綜合考慮橋梁受力特點，僅對橋梁在制動力和地震力不利組合下受力情況進行檢算。原設計橋梁抗震設防烈度為6度，橋址為Ⅳ類場地，地震動峰值加速度0.05 g。橋梁制動力采用豎向靜活載10%，單線加載。

在制動力作用下，橋墩墩頂最大縱向位移7 mm，小于容許值5L0.5=28.3 mm，滿足鐵路相關規(guī)范要求。

在荷載組合作用下，墩身最大壓應力4.6 MPa，小于容許壓應力8.5 MPa；墩身最大拉應力1.25 MPa，小于容許主拉應力1.8 MPa。墩身最大剪應力0.2 MPa，小于剪切容許應力1 MPa。均滿足規(guī)范要求。在地震組合荷載作用下，最大軸力3836.8 kN，小于樁基豎向承載能力5 092 kN。

綜合計算及設計理念，本支座病害處治方案可行。

4 主要施工技術(shù)

鐵路橋梁應格外重視施工對鐵路運營安全的影響，科學組織、精細施工，總體施工流程如圖6所示。

圖6 總體施工流程

支座更換后依然采用盆式橡膠支座，活動支座支座型號為TPZ 3000 ZX-e100/0-0.1P-i0-C，固定支座型號為TPZ 3000 GD-e0/0-0.1P-i0-C。新支座高度及錨固螺栓孔布置與原支座相同。

主梁頂升采用200 t同步頂升千斤頂，均布置于小箱梁腹板下方。頂升高度按照15 mm控制，頂升速度約1 mm/3 min。橫橋向頂升量偏差不超過0.5 mm。

支座更換施工均需要在鐵路天窗（180 min）內(nèi)完成，且需要保證支座牢固可靠，因此對支座支承墊石及錨固材料的強度、固化時間要求較苛刻。基于此，上述材料均采用強度足夠的粘鋼膠，且在進行固化試驗的前提下使用。

5 結(jié)束語

改造后大橋運營約1 年余。根據(jù)梁端縫隙監(jiān)測結(jié)果，病害處治效果良好。保證了鐵路橋梁運營安全。項目施工流程科學合理，具有較強的指導性，有效縮短了施工時間。

該方案僅從保護主梁的角度出發(fā)對病害進行了處治，沿河大堤及重載交通對087#橋墩的受力影響依然未消除，后期需要對墩柱傾斜保持監(jiān)測并評估087#橋墩及基礎的運營工作狀態(tài)。