朔黄铁路西留肖中桥病害整治方案研究及施工技术探讨

徐新利

(朔黄铁路发展有限责任公司，河北沧州062350)

朔黄铁路西留肖中桥病害整治方案研究及施工技术探讨

徐新利

(朔黄铁路发展有限责任公司，河北沧州062350)

现场调研及试验研究表明，朔黄铁路西留肖中桥梁体存在大量裂缝，梁跨中竖向挠度超过《铁路桥梁检定规范》规定的挠跨比通常值，梁体竖向刚度不足，难以满足大轴重重载运输要求。对比分析了换梁与改建方案，推荐采用顶进框构桥的方案对该桥进行改建。论述了桥梁改建的总体施工方案及施工控制措施，改建后的桥梁满足大轴重重载运输要求。

西留肖中桥 病害整治 改建 框构 施工技术

1 工程概况

该桥在运营过程中存在的病害主要表现为梁体多处出现竖向及贯通裂纹、部分支座剪切变形等。上行限速70 km/h，下行限速65 km/h。鉴于该桥梁体裂纹病害比较严重，2006年7月设备运营单位委托有关单位对该桥梁体采用碳纤维布进行了封闭处理。2010年10月对该桥进行了运营性能试验，检测位置位于该桥的下行第1孔、下行1#墩及上行第1孔、上行1#墩。主要测试内容包括:桥跨结构横向振幅、竖向振幅、横向加速度、自振频率，桥跨跨中动挠度、跨中动应变，桥墩墩顶横向振幅、桥墩横向自振频率，支座横向位移和振动特性等参数。检测结果:当运营列车以现行速度及65～80 km/h试验速度通过时，试验桥跨(第1孔上下行)自振频率和试验桥墩墩顶横向振幅、支座横向位移等主要测试参数基本满足《铁路桥梁检定规范》;下行列车以试验速度通过时，下行第1孔实测跨中横向振幅超过了《铁路桥梁检定规范》规定的通常值，但小于安全限值;下行列车以现行运营速度通过下行第1孔时，跨中横向振动加速度较大，超过了《铁路桥梁检定规范》的要求，但在65～80 km/h试验速度下，实测横向加速度均满足《铁路桥梁检定规范》的要求;上行列车以现行速度通过上行第1孔时，实测跨中动力系数(1.77)较大，远大于设计值(1.29);实测动挠度最大值为7.63 mm，估算桥跨竖向挠跨比1/1 820，大于《铁路桥梁检定规范》规定的通常值1/1 900。这说明桥跨竖向刚度较低，需重点对桥跨跨中动挠度进行跟踪观测。2012年6月对该桥上行第1和第2孔进行了运营性能试验，检测结果显示该桥主要问题仍为梁体竖向刚度较低，结构冲击效应较大。

2 整治方案研究

由于既有梁为低高度钢筋混凝土梁，仅对其进行加固已不能有效地提高梁体的竖向刚度。本次整治主要以有效提高梁部竖向刚度、适应30 t轴重列车、减小桥梁整治施工对既有线安全与运营影响为主要原则确定整治方案。结合既有桥现状、线路平纵断面及使用功能，本次共研究了以下3个方案。

方案1:梁部更换为适应30 t轴重列车钢箱梁。该方案保留既有桥墩台，但为满足开行30 t轴重列车的需要，既有桥墩台、基础均需加强，支座需更换，既有线纵断面需抬高40cm。该方案在实施时需要更换支座，梁部拆除及架设很难在1个天窗内完成。由于既有桥墩台及基础均需加强，影响列车安全运行的因素较多，慢行时间较长(约45 d)，且防护工程量较大。现浇混凝土桥面板对列车运营影响亦较大。该方案估算工程投资约为690万元。

方案2:梁部更换为适应30 t轴重列车低高度先张法预应力钢筋混凝土梁。该方案保留既有桥墩台，但既有桥墩台、基础均需加强，支座需更换，既有线纵断面需抬高30 cm。该方案实施时更换支座位置位于既有混凝土梁下方，施工较困难，时间长，梁部拆除及架设无法在1个天窗内完成。由于既有桥墩台及基础均需加强，影响列车安全运行的因素较多，慢行时间较长(约45 d)，且防护工程量较大。该方案估算工程投资约为600万元。

方案3:拆除既有桥，改建为钢筋混凝土框构桥。该方案需凿除既有桥桥墩及承台，拆除既有梁，原位改建为2×9.0 m钢筋混凝土框构桥，既有线路纵断面保持不变。施工时将既有桥台作为线路加固D型施工便梁的基础，采用空顶就位施工，对既有线运营影响较小，限速时间短(7 d左右)，施工条件较好，施工措施安全可靠。该方案估算工程投资约为640万元。

通过对以上3个方案的技术、经济比较分析，决定采用对既有线安全运营影响最小、既有设备改建最少、限速时间最短的钢筋混凝土框构桥方案(方案3)。框构平面及横断面如图1所示。

图1 框构平面及横断面示意(尺寸单位:cm;标高单位:m)

框构结构尺寸设计以满足桥下排水及交通、不凿除既有桥台台身并兼顾施工的便利及安全、满足开行30 t轴重列车为原则。具体尺寸为:平面角度80.5°，结构跨度9 m+9 m，框构主体宽度20.1 m，边墙及中墙厚0.7 m，顶板厚0.7 m，底板厚0.8 m，框构轴向主体长度为2×9.13 m(沿渠道中线)，结构净高5.5 m，结构全高7.0 m。施工时，既有梁拆除后，采用跨度24 m的D型施工便梁对线路进行架空加固。工点地质条件:0～2.9 m砂黏土，灰褐色，可塑，基本承载力140 kPa;2.9～8.3 m黏土，灰黑色，可塑，基本承载力130 kPa;稳定地下水位为2.8 m。

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3 施工方案

3.1 总体施工方案

根据选定的整治方案、工程特点及现场施工条件，按将施工对运输的影响降到最小的原则确定总体施工方案:①在线路两侧设计预定位置预制框构，施作后背梁、滑板、路基防护桩，并同时搭设D型施工便梁拼装平台，现场完成D型施工便梁拼装。②框构预制完成并达到设计强度后，利用2个天窗分别拆除上下行既有两座中桥的低高度钢筋混凝土梁，然后采用2组跨度24 m的D型施工便梁分别对上下行线路进行架空加固。具体施工时，在既有梁拆除完毕后，首先利用吊车将钢制垫梁分别吊装到两侧桥台上并调试到位，钢制垫梁由钢板焊接而成，然后采用1台400 t(现场另备1台)和1台500 t吊车将预拼好的跨度24 m的D型施工便梁安置于钢制垫梁上，并调整好施工便梁的轨顶标高和线路中心位置，调整完毕后与既有线路进行连接。施工期间列车按限速45 km/h运营。③线路架空加固完成后，利用破碎锤破除既有墩身、承台及板梁，并进行地基处理，框构强度达到设计强度的100%后进行顶进施工。④顶进施工完毕后，进行框构桥背回填及桥面上砟施工，桥背回填采用C25混凝土，回填上砟完成后拆除D2型施工便梁。拆除施工便梁时先拆除纵梁，然后插入混凝土枕，再拆除横梁。⑤拆除施工便梁后进行换轨施工并对线路进行养护，上行线为无缝线路，下行线为普通有缝线路。⑥线路养护完成后，解除该段限速，列车恢复常速运营，进行桥面护栏及端翼墙钢筋混凝土等附属工程施工。

3.2 施工工艺流程(图2)

3.3 施工控制

3.3.1 工作坑开挖

工作坑开挖前，先仔细调查施工范围内既有管线的准确位置及用途，采用人工开挖探沟并用相关仪器探测，查明管线的走向、产权、位置，对施工有影响的管线及时迁改，对于不能迁改的管线需及时对其进行安全防护。工作坑根据设计和现场条件设在线路两侧，其布置如图3所示。

图2 施工工艺流程

图3 工作坑布置

工作坑其平面尺寸为:长度=前端空顶长度+顶进框构长度+顶镐长度+后背梁厚度+后背厚度+后端工作面长度;宽度=顶进框构全宽+两侧工作面宽度+两侧集水井和排水沟宽度。工作坑开挖好后，应及时检查承载力是否满足顶进要求。若土质松软或基本承载力＜120 kPa，应用级配碎石夯实以防不均匀下沉。底面还应结合滑板制造做成沿顶进方向头高尾低的仰坡，以便在顶进出现“扎头”时调整到预期位置。

3.3.2 修筑滑板及后背

1)修筑滑板及设置润滑层

滑板采用C25钢筋混凝土浇筑。滑板修筑前在其下部地基上夯填碎石垫层。为增加抗滑力，滑板下设地锚梁，滑板与地锚梁钢筋一起布设，混凝土一起浇筑。为防止顶进时出现“扎头”现象，滑板顶面做成坡度3‰的仰坡。另外，为消除框构起动后与进入路基前的空顶阶段的方向偏差，在滑板两侧设钢筋混凝土导向墩，与底板同时浇筑。方向墩每间隔3 m设置一对，横断面为30 cm×30 cm，高出滑板40 cm，深入滑板底以下60 cm，墩与框构箱身间留5 cm空隙，以便导向。滑板顶面铺设润滑隔离层，润滑隔离层由润滑层和塑料薄膜组成，具体做法为:待滑板顶面干燥后，首先浇洒一层石蜡油(厚约2 mm)，浇洒时沿滑板长度方向每米挂一道铁丝，作为石蜡厚度的浇洒标准;每浇完一格，用刨光的直木板马上刮平，铁丝拆除后的槽痕用喷灯烤熔整平;石蜡油凝固后，撒一层0.5 mm厚的滑石粉;最后再铺设一层塑料薄膜，薄膜接缝处压茬20 cm，并使茬口朝路基方向。

2)修筑后背

后背由后背梁、后背桩和后背填土三部分组成。后背梁在挖好工作坑后与滑板一起施工。为使千斤顶顶力通过后背梁均匀传至后背桩上，在后背梁与后背桩之间浇注混凝土垫层。后背桩为钢轨桩，利用旧轨，采用挖孔埋入后浇注混凝土固定。后背桩是顶进的主要受力结构，必须安全可靠，不得小于设计打入深度。后背填土尽量利用工作坑后侧边坡的原状土，不足部分借土填筑。

3.3.3 框构预制

钢筋混凝土框构箱身由底板、边墙及顶板三部分组成。框构在工作坑底板润滑隔离层上预制。首先利用全站仪测量定位，确保框构箱身中心线、工作坑底板中心线和顶进桥位的中心线三者布置在同一直线上。施工时，框构箱身混凝土分两阶段施工，先浇筑底板(含下梗肋)，当底板混凝土强度达到设计强度的50%后，再施工中边墙及顶板混凝土。两侧边墙及中墙混凝土浇筑高度不应等高，相错10～20 cm，确保两侧边墙及中墙施工缝不在同一平面上。墙身接缝处预埋连接短钢筋，以利于承受剪力。顶板、底板不宜留施工缝，墙身水平施工缝不得留在剪力与弯矩最大处或底板与侧墙的交接处，应留在高出底板表面不小于200 mm的墙体上。在施工缝上浇筑混凝土前，将施工缝处的混凝土表面凿毛，清除浮料和杂物，用水冲洗干净，保持湿润，再铺上一层20～25 mm厚的1∶1水泥浆。混凝土浇筑完毕后，应及时养护。墙身混凝土待同条件试件抗压强度达到设计强度的75%后方可拆模，顶板混凝土待同条件试件抗压强度达到设计强度的100%后方可拆模。常温下，底板及顶板覆盖草袋洒水养护，墙身待拆模后洒水养护。底板、边墙养护时间不得低于7 d，顶板养护时间不得低于14 d。防水层施工之前必须采用膨胀水泥将框构箱身预制时所留下的对拉筋孔填塞密实，防水层严格按照设计及施工规范施工。

3.3.4 便梁拼装

便梁在预制框构桥前端场地高位架空拼装。便梁在拼装时牛腿及连接板S4上全部螺栓应同时上紧，弹簧垫圈置于螺母与平垫圈之间，斜杆S6不得漏装。便梁加固范围内尽可能避免钢轨接头，不能避免时，钢轨接头须调整到横梁上。钢轨垫板须采用氯丁橡胶特制的斜垫板，厚度为20 mm。橡胶斜垫板具有方向性，厚边必须放置在钢轨外侧。

3.3.5 移梁及线路架空加固

当框构强度满足设计要求后，利用天窗拆除既有梁和架空线路。共需拆除既有低高度钢筋混凝土梁8片、架设24 mD型施工便梁2组，拆除既有梁和线路架空采用1台400 t(现场另备1台)和1台500 t吊车。根据现场施工条件及有关施工要求，共需5个天窗。为减少既有梁拆除及D型便梁架空线路天窗内的施工作业任务，首先利用2个天窗分别拆除既有中桥上下行护栏、护轨及电缆槽等附属设备;然后，为了确保天窗内施工万无一失，提前利用1个天窗进行吊车吊装梁模拟试验;最后利用2个天窗，分别进行下行线和上行线的施工。施工顺序为:拆除钢轨→拆除轨枕、清理道砟→拆除既有梁→吊装钢制垫梁→吊装24 mD型施工便梁→连接线路→检查验收合格后开通线路。第1列限速25 km/h，第2列限速45 km/h，自第2列起至另有通知时止限速45 km/h。

3.3.6 框构顶进

框构顶进施工前，需采用直径1.25 m灌注桩对外侧路基进行加固防护，拆除既有桥墩及承台，并按设计要求进行地基处理，开挖至设计标高后回填C25混凝土。该框构桥每侧顶进框构钢筋混凝土约423 m3，自重约1057 t，采用4台500 t千斤顶(另再备用1台)等间距布置进行顶进施工。正式顶进前，还应进行调试和试顶。调试主要是全面检查液压元件是否可靠，千斤顶功能有无异常，管路有无泄漏，测定起动推力，检查后背的变化情况等。试顶以顶动箱身为止，在试顶时要加强对箱身中线、水平和纵向位移的观察，同时还要注意观察后背和底板的变化。顶进时应保持连续性，并随时注意箱身轴线及水平。如由于某种原因迫使暂时停止箱身顶进时，也要间续地顶动箱身，以防止箱身阻力过大。每班交接时，对千斤顶、油泵液压系统、顶铁、顶柱、后背等设备，必须经过检查，确保其保持良好状态。掌握箱身的方向及高程状况后，才能开始继续顶进。在顶进过程中应始终作好记录，随班交接。顶进时，方向和高程容易出现偏差，即出现方向偏移、“抬头”、“扎头”等问题，因此在顶进过程中应采取措施严格加以控制。箱身每前进1 m对箱身的轴线和高程进行观测，并要做好详细记录。如发现问题应及时通知顶进指挥人员，采取有效措施，纠正偏差，使其满足设计要求。

3.3.7 线路恢复

框构箱身顶进就位后，立即进行道床及桥背两侧的回填，桥背采用C25混凝土回填。先拆除纵梁，再采用混凝土枕抽换钢枕。拆除时隔三抽一，循环进行。拆除横向钢枕必须在封闭要点的情况下方可进行。拆除前在线路两侧备足道砟。人工将钢枕拉出线路外侧后，需及时补充混凝土枕并上砟、捣固，对线路进行整修。便梁拆除运出线路后，抽走道砟挡板、钢钎，恢复好线路道砟坡脚，补充道砟，找平轨面，拨正方向，按规定时间养护，然后会同工务部门检查验收。线路恢复后按照设计及施工规范要求进行桥面护栏及端翼墙钢筋混凝土等附属工程施工。

4 结语

西留肖中桥此次病害整治，通过将低高度钢筋混凝土简支梁原位改建为钢筋混凝土框构，彻底解决了该桥梁体竖向刚度不足、结构冲击效应较大的问题，根除了该桥的安全隐患。此次病害整治完成后，该桥已取消限速，恢复至正常运营速度80 km/h，从而消除了该段制约运输效率的瓶颈，有效提高了运输能力。此次病害整治总体上取得了良好的效果，可为以后类似桥梁病害整治和施工提供借鉴。

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［8］铁道第三勘察设计院集团有限公司.朔黄铁路病害桥整治工程K477+053.732-9 m框构西留肖中桥设计图(朔黄病害桥施——西留肖1)［Z］.天津:铁道第三勘察设计院集团有限公司，2013.

(责任审编李付军)

U445.6;U445.462

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.02.03

1003-1995(2015)02-0008-04

2014-08-12;

2014-09-12

徐新利(1966—)，男，河南临颍人，高级工程师，硕士。