滁河特大桥桥墩加固实践

2012-05-15朱国靖

铁道勘察 2012年1期

朱国靖

(上海铁路局南京桥工段，江苏南京 210000)

1 概述

京沪下行线K1123+315滁河特大桥跨越滁河及两侧的软土地基。该桥于1993年建成,全长2 858.8 m,含162孔16 m先张预应力钢筋混凝土低高度T形梁,5孔32 m后张法预应力钢筋混凝土T形梁。16 m梁采用就地灌注双柱式轻型桥墩。在铁路大提速前,上海铁路局桥梁技术检定所对该桥16 m梁进行了测试,发现16 m梁梁端横向振幅接近甚至超过跨中振幅。加固前该桥的客运列车限速140 km/h、货运列车70 km/h。为满足进一步提速要求,急需进行加固处理。

2 历年加固情况

1997年4月1日,中国铁路实施第一次大面积提速。同年9月，上海铁路局对滁河两岸的双柱式轻型桥墩进行了振动测试,实测该类型桥墩的横向振幅大幅度超过《铁路桥梁检定规范》(铁运函[2004]120号)限值。为此，原南京工务段于1999年、2003年分两次对该桥双柱式桥墩进行了加固,在两柱之间增设横向联结板。

分析双柱式桥墩主筋外露、箍筋锈断、梁体露筋出现的原因,与双柱式桥墩刚度不足,摇晃加剧有必然的联系。2003年10月，采用HD-50砂浆整治28个墩,采用 “ADEX混凝土结构修补防护体系”整治132个墩及梁体。

2003年11月，对33号～38号桥墩(32 m梁),采用钢筋混凝土包裹的方法将原有桥墩加固成圆端形,以增加横向刚度。

2004年9月～2005年4月，针对新生露筋层出不穷(每孔梁多达78处,尤其是梁底纵向主筋并列外露长达0.5～1.2 m),使用UP2000修补梁体掉块和缺陷,梁体锈迹及封端开裂处涂刷MCI阻锈剂,梁体外露表面全部涂装ADEX-N型底料,最外层涂装Log混凝土保护材料,共修补89孔16 m梁。

2007年对病害比较突出的24号～26号墩顶安装了新型横向限位装置,实测结果横向振幅仍然严重超标。

实践表明,双柱式桥墩本身横向刚度较弱,不能满足进一步提速要求。

3 横向刚度不足的原因分析

桥梁的振动是由桥上运行列车引起的外激振动,其振动响应的大小与外界激励的大小和桥梁本身抵抗变形的能力即桥梁的刚度有关。

(1)并置梁未加横向联结：滁河桥16 m先张预应力钢筋混凝土低高度T形梁,并置时未加横向联结,直接导致桥梁横向刚度不足。

(2)桥墩横向刚度不足：从桥墩本身看,双柱式桥墩属轻型桥墩,其本身横向刚度较弱,桥墩横向刚度不足会使桥墩顶部产生较大的横向位移,墩顶较大的横向位移会加剧桥梁的横向振动。

(3)桥墩基础不稳定：桥墩基础存在缺陷或不足,也会使墩顶部产生较大位移。

(4)桥梁支座横向位移过大：滁河桥桥梁支座采用的是板式橡胶支座,未增设横向限位装置,支座的横向位移将加大桥梁整体的不稳定性。

(5)桥梁的抗扭刚度不足：桥梁的抗扭刚度不足会导致桥梁产生扭转变形,扭转变形对桥梁的横向振幅有放大作用。

(6)桥上线路病害和不平顺：尤其是线路横向不平顺,直接加剧列车的横向振动,列车的横向振动与桥梁结构的耦合作用,加大了横向振幅。

(7)桥上线路曲线中心与桥梁中心偏差：132号墩中心里程至浦口台台尾为R=1 200 m曲线。有偏差时,在列车动载作用下,会使桥墩产生扭转。

(8)桥头线路不平顺：桥头线路不平顺将使列车产生横向和侧滚振动,列车在这种状态下上桥必将加大桥梁的横向振动。

(9)车辆的蛇行运动：列车的运行速度接近车辆蛇行运动的临界状态,车辆产生剧烈的横向蛇行运动,引起大幅度的车桥耦合作用。

(10)设计未考虑的因素：设计规范主要考虑桥墩的竖向受力,随着铁路发展及重载提速要求,横向刚度日益重要。

4 系统加固方案

根据上述分析,可以看出桥梁的本身刚度至关重要,因此需要对滁河桥进行系统的全面加固,先对病害突出的连续3孔梁跨(第24孔～26孔桥梁)采用科研、设计、检测和施工相结合的方式进行加固。根据实测结果,对加固设计进行验证、优化,进而推广运用至全桥。分4个加固步骤进行：预应力混凝土梁的横向联结、加固桥墩基础、加固桥墩墩身、墩顶上安装梁的横向限位装置。

4.1 预应力混凝土梁的横向联结

对跨度为16 m先张法预应力混凝土梁,采取两片T梁间增设横向联结结构对梁部进行加固,即在每孔梁的跨中及两端设置预应力混凝土横隔板。每孔梁增设3档横向联结,每档设置4束φj15.24 mm预应力钢绞线(原设计为φ25 mm精轧螺纹预应力钢筋),钢绞线按2×2排列,见图1。

图1 梁体加固横截面(单位:cm)

在增设联接板处,必须用钢筋位置探测仪探测主梁腹板内钢筋的实际分布状况,再确定横向预应力钢绞线穿越腹板的位置，以免钻伤梁内主筋。如孔位遇到钢筋或其他障碍物时,可适当移动钻孔位置,但移动距离不宜大于5 cm。

横隔板采用C50混凝土进行浇筑,坍落度5～7 cm为宜,采用养生剂进行养生。

初张拉时，千斤顶、油表、油泵在使用前须进行配套标定,配套标定的有效期为一个月,或不得超过200次张拉作业。初张拉时每根预应力钢绞线的拉力为50 kN。张拉分两次进行,每次对称张拉两根，在混凝土强度达到设计强度80%时,便可进行终张拉。以先中间后旁边的原则,每孔梁三段联接板张拉顺序是：先拉跨中一段,再张拉梁端的两段。每段四束预应力钢绞线的张拉顺序为：按对角的顺序分别张拉四束预应力钢绞线,每束钢绞线张拉到终张拉值后,锁紧锚固螺母.然后检查先张拉的两根,如实存张拉力下降,则须补足。

4.2 加固桥墩基础

(1)16 m梁桥墩基础(原设计为桩基)的加固

在既有承台外增加4根φ1.0 m钻孔桩,增设新承台将老承台包裹,新老承台横向用牵钉联结。

16 m梁桥墩基础原设计为4根φ0.8 m钻孔桩的基础加固见图2。

图2 4根φ0.8 m钻孔桩的基础加固平面(单位:cm)

16 m梁桥墩基础原设计为8根φ0.55 m打入桩的基础加固方案见图3。

图3 8根φ0.55 m打入桩的基础加固平面(单位:cm)

16 m梁桥墩基础原设计为6根φ0.55 m打入桩的基础加固方案见图4。

图4 6根φ0.55 m打入桩的基础加固平面(单位:cm)

根据专家评审意见,进场后先对病害突出的连续三孔(第24孔、25孔、26孔)基础进行施工,待加固完成通过列车验证其效果后,再进行其他桥墩的加固。

桥墩加固时应采取隔墩顺序施工,避免相邻桥墩同时施工。

(2)16 m梁桥墩基础(原设计为扩大基础)的加固

1号～5号墩、166号墩基础采用D60 cm高压旋喷桩进行加固,增加其横向刚度,每个扩大基础用148根D60 cm高压旋喷桩进行加固,形成长10.6 m、宽9.1 m、平均深11 m的围幕,施工时高压旋喷桩对称施工加固,防止在列车动载下基础不均匀受力,相邻两桩旋喷间隔时间应不小于48 h,间距不小于1～2 m,见图5。

图5 扩大基础加固平面图(单位:cm)

(3)16 m梁桥墩受地形限制时的加固方案

163号、165号墩基础在四周设置四排D30 cm微型钻孔桩,桩底深入砂岩极严重风化层1.0～2.0 m。

4.3 加固桥墩墩身

全桥16 m梁桥墩(双柱式桥墩)墩身加固全部采用C30钢筋混凝土外包既有双柱式桥墩,形成矩形直坡实体桥墩,平面尺寸为纵向190 cm,横向400 cm。

具体施工方法：先将既有桥墩表面清洗干净,凿毛,打锚钉；而后绑扎钢筋,浇筑混凝土，见图6。

图6 墩身加固(单位:cm)

墩身加固植入桥墩牵钉时,植牵钉采用梅花形布置,植入既有桥墩台内深度应满足强度要求,并用FH-E131化学锚固剂锚固。

4.4 墩顶上安装梁的横向限位装置

横向限位装置在墩帽上安装,用50轨焊成的三角架进行支撑。锚栓打孔时不得钻断墩内受力钢筋,需要先探明钢筋位置,然后钻孔。

支架底板与桥墩连接均采用化学粘着膨胀螺栓,施工时不得破坏原有墩顶限位装置，见图7。

图7 墩身加固(单位:mm)

5 工艺改进

(1)桩基础钻孔桩施工：由于桩基础位于桥人行走道下方,净空大部分不足9 m,普通的正﹑反循环钻孔机无法满足要求。将钻孔机竖架重新加工缩短以满足净空,同时钻孔位置适当降低,钻孔机动力要适度增大。

(2)微型桩加固：163号、165号墩由于地形限制(位于河堤),不能使用钻孔桩和高压旋喷桩。在基础四周设置四排D30 cm微型钻孔桩,采用经改造的地质钻机成孔,桩孔距建筑物墙(柱)最近为350 mm,钻孔内放钢筋笼和注浆管,孔内填灌碎石量不少于计算体积的0.8～0.9倍,注浆泵工作压力不大于1.5 MPa。

(3)帽石底部与墩身处接缝处理：帽石底部新老混凝土易出现裂纹,首先对该处施工钢模板进行改造。垂直线路方向,顺着帽石角度提高20 cm，各留2个振捣孔,保证混凝土浇筑到位,加强振捣；其次,每个桥墩新浇筑混凝土顶部10～20 cm采用微膨胀混凝土浇筑,从而保证了新老混凝土交界处的密实。

(4)新老混凝土结合处理：针对原设计中牵钉过于稀少的缺陷,进行设计变更,增加了牵钉的数量,对墩身既有保护层凿除清洗后,在露出钢筋的表面涂刷阻锈剂,墩身洗净后刷混凝土复合界面剂；桩基础上端钢筋插入新浇筑基础中至少1 m,新老基础采用压注植筋胶法植筋。

(5)钢绞线等强代换精轧螺纹钢筋：钢绞线和精轧螺纹钢筋都可以用于竖向预应力体系,对于高度较大和拉应力较大的腹板,精轧螺纹钢筋在二次张拉后可能出现断裂现象,故优先使用预应力钢绞线。