关键词:铁路桥梁;病害;桥墩位移;施工
火宣复线是铁道部1999年开工建设的重点工程项目,全线于2001年10月28日建成并开通运营。2002年秋检时发现跨越麻风圩的竹丝港特大桥的16号桥墩上梁端出现抵死。后经过详细检查发现17、18号桥墩上梁端缝增大,15、19号桥墩以及两端其他桥墩上梁端缝正常,所有支座除了16、17号桥墩上的活动支座位移过大外(位移方向相反),支座锚栓均正常,没有任何剪切破坏的迹象。于是推断17号桥墩出现了向16号桥墩方向的纵向位移,后采用全站仪测量确认该桥16、17号桥墩均出现了不同程度的纵向位移。
1 病害成因分析
(1)竹丝港特大桥于2001年10月建成通车,该桥16、17、18号桥墩分别于2001年7、8月份施工完毕,桥墩基础均为钻孔桩基础,桩长32．0ｍ。该桥的18～21号桥墩间为跨越主河道梁跨,18号桥墩正好在麻风圩大堤上。麻风圩堤防建设工程于1998年底开工建设,而堤防工程在18号桥墩处的加固施工是在桥墩建成后才进行的,大堤加固前后的桥下纵断面变化如图1所示。 TRANBBS.Com
(2)由于子堤部位土方加高,一方面增加部分的土体自重引起17～18号桥墩间原有地面土体承重加大,土体密度增大;另一方面新增土体又经过推土机、压路机反复碾压,同时在整个大堤加固过程中,大量的重载汽车从桥下经过对桥下的土体也进行了碾压挤密。再者加上该桥墩处土质为淤泥质砂黏土(灰色、流塑、局部夹少量粉细砂),侧向膨胀系数大,又从来未经过碾压夯实,土体密实度低。经过上述反复碾压,土体密度大大增加并不断向侧向膨胀,带动17、16号桥墩处路基土体向大堤两侧移动。另外,主堤位置由于原有土柱较高,土体自重大,加之原有主堤上通行汽车,土体密实度大,主堤部位受新修子堤部位土体膨胀的影响较小,因而起到后背作用使得16、17号桥墩下路基土体向大堤外侧位移量增大,致使桥墩出现了明显向15号
桥墩方向的纵向位移。列车通过引起桥墩基础的振动,扰动桩基周围的土体,使得桩基周围土体连带桩基一起向大堤外侧移动。
2 病害整治方案
(1)在16、17号墩加设钻孔桩,扩大承台,扩大桥墩墩身直径,通过加固,增大了墩身的承载力,也扩大了墩身的核心范围。(2)对第17孔梁体进行纵向复位。这样,解决了16号桥墩梁端抵死的问题,也纠正了16号桥墩上活动支座偏移过大的问题;同时,对17号桥墩上的固定支座向宣城方向偏移,减少了17号桥墩上梁缝,也减少了该桥墩偏心受力的力矩,缓解了桥墩偏心受力的矛盾。
3 梁体纵向复位方案的确定
桥梁架设主要有吊装法架设、拖拉法架设、顶推法架设。此次梁体纵移复位施工,因梁体纵移量小,仅有60ｍｍ,因而采用顶推法进行纵移复位为宜。因梁体前后均为梁跨,无法重新制作后背,初步确定以16号桥墩作为后背。下面对该桥墩在顶推过程中的受力进行分析,如图2所示。
(1)竖向力Ｇ为两孔梁上净荷载的一半和两孔梁本身自重的一半,即Ｇ=(2227．4+10×32．6)×2÷2=2553．4ｋＮ(2)顶推力Ｆ1(梁体在辊轴上移动的滚动摩擦力)为一孔梁上的净载和梁本身的自重乘以辊轴与钢板及支座底板的摩擦因数μ(取0．05),即Ｆ1=(2227．4+10×32．6)×0．05=127．67ｋＮ(3)在利用16号桥墩作为后背进行第17孔梁体纵向顶推时,势必引起16号墩顶向15号桥墩的位移,因而在15号桥墩的活动支座上产生摩擦力,该摩擦力通过16号桥墩上的固定支座反作用于16号墩顶Ｆ2,该力为第16孔梁上净载及梁体自重的一半乘以盆式橡胶支座活动支座的摩擦因数μ(取0．05),即Ｆ2=(2227．4+10×32．6)÷2×0．05=63．835ｋＮ(4)检算内容主要包括:16号桥墩上的固定支座所能承受的水平剪力的检算,16号桥墩墩身水平剪应力的检算,16号桥墩墩身底面弯曲拉应力检算。通过检算,以上3项应力均小于设计承载力或混凝土的容许应力,证明该跨梁体的纵移施工可以通过16号桥墩作为顶推后背进行施工。
4 主要施工步骤
(1)制作钢结构夹具,沿梁体横断面将梁体夹住(与梁体形成一个整体),并在梁体底部向下悬出,作为顶推前端的受力点。(2)在16号桥墩墩顶的支承垫石间埋设锚栓,绑扎钢筋网,浇筑Ｃ20混凝土,与支承垫石形成整体作为顶推的后背。(3)凿除17号桥墩上固定支座锚栓周围混凝土,使之活动,并保证锚栓能向18号墩方向移动60ｍｍ。(4)利用封锁点,拆除第17孔梁上轨道、梁两端的挡碴板,安装梁体钢结构夹具。(5)安装竖向千斤顶将梁体顶起,在支座底部和支承垫石面的钢板间插入辊轴后落梁。(6)安装纵移的水平千斤顶,顶推梁体纵移到达设计位置后再安装竖向千斤顶落梁就位。(7)拌制环氧树脂砂胶,埋设17号墩上的固定支座锚栓。(8)拆除梁体钢结构夹具,恢复线路。
5 顶推施工注意事项
(1)梁体钢结构夹具安装应尽量靠近梁体横隔板,安装必须牢固,在混凝土面上采用杂木板支垫保护混凝土梁体,避免损伤梁体混凝土。(2)辊轴材料必须采用45号锻钢,其制作精度要求高,每根辊轴直径必须一致,表面光洁度要好。(3)千斤顶在起顶和落顶时步调必须一致,避免左右两片梁体受力不均引起梁体横隔板损伤或是对16号墩身水平顶力不同引起水平扭矩造成对墩身的扭伤。(4)采用经纬仪对16号墩的墩顶位移进行观测,避免出现过大的水平位移。(5)在穿入辊轴时必须保证梁体两端高度一致,避免出现水平分力来影响顶推力,避免梁体自由纵移影响安全。(6)在顶推移梁时,必须在17号墩的梁缝中放入相应厚度的杂木板进行梁缝保护。
6 结语
(1)铁路桥梁是铁路线路设施中的重要设备,它势必跨越河道、圩区或是城市交通要道。它在建成前后必将影响地方水利、公路、城市建设的发展,同时地方的建设与发展也对铁路设备造成重大的影响,因此,无论是铁路或者地方设施的新建项目必须进行深入细致的调查和了解,相互沟通,在相互干扰的处所进行相互协调,趋利避害以达到双赢的目的。(2)本次移梁施工通过各项检算,巧妙地利用既有桥墩作为顶推的后背,成功地实现了32．0ｍ梁体的纵向复位,及时地恢复了火宣复线的正常行车,确保了华东二通道运输的正常进行。
