铁路行车线换梁设计与施工

2015-12-28陶帅徐彬

铁道建筑 2015年4期

关键词：支墩墩台钢梁

陶帅，徐彬

(中铁九局集团有限公司勘察设计院，辽宁沈阳110051)

铁路行车线换梁设计与施工

陶帅，徐彬

(中铁九局集团有限公司勘察设计院，辽宁沈阳110051)

沈大线(上行)第三鞍山河桥上部结构为上承式钢板梁，属超期使用的老龄桥梁，因病害严重，需更换为预应力混凝土梁。本文根据既有线路的特点，确定了预应力混凝土梁的梁型、梁高、跨度等关键参数并进行了检算。为维持原轨面高程不变，在既有钢梁下搭设临时支墩对墩台帽进行改造。铺设移梁滑道，在天窗时间内将混凝土梁横移到位。实践证明，该方案达到了预期效果。

老龄桥换梁设计施工方案

东北地区原哈大、沈丹等铁路干线至今已有近百年历史。这些线路的上承式钢板梁桥属超期使用的老龄桥，病害较多。由于建成年代久远、标准低、行车密度大等原因，致使钢梁产生严重疲劳损伤，虽经加固维修也不能阻止裂纹产生和发展。因此，应根据铁路局大修安排及桥梁状态，有计划地对已危及行车安全的旧钢梁桥进行换梁或建造新桥。本文就沈大线一具体工点，对旧钢梁换成预应力混凝土梁的设计要点及施工方法进行阐述，以供类似工程参考。

1 工程概况

沈大上行线K300+180第三鞍山河桥始建于1908年，上部结构为(1×22.15+4×22.33)m单线上承式钢板梁，下部结构为石砌圆端桥墩和U形桥台，墩台基础均为扩大基础，基底均位于砂卵石层上。本桥属于浅基桥，因此于2011年对全桥4个桥墩进行了包箍，对桥墩的扩大基础进行了桩基托换，同时对台前进行了混凝土局部铺砌。因本钢梁桥病害多，故客车限速80 km/h、货车限速60 km/h运营。为使第三鞍山河桥满足客车120 km/h、货车80 km/h的速度要求，结合本桥墩台及基础已经加固的情况，设计方案采用5孔预应力混凝土T梁更换既有钢板梁，桥墩、桥台维持现状。

2 设计内容

2.1 设计前期准备工作

本桥设计前期准备工作的重点是:与设备管理单位充分沟通，查阅档案并了解设备运用情况及有无病害、水害等，摸清既有设备状况;涉及换梁工程主要调查内容包括线路平面条件，既有桥上下部结构尺寸，基础尺寸及地质情况(必要时进行补钻或挖探)等。据此确定预应力混凝土梁梁型、梁高、跨度、墩台支承垫石尺寸、墩台顶高程等关键参数，并制定可实施的换梁施工方案。

2.2 设计方案

因本桥已对桥墩进行包箍及桩基托换(每个墩设8根φ1.0 m、长28 m钻孔桩进行托换，并用0.25 m厚钢筋混凝土包箍至墩顶)，同时，对桥台前河床进行了铺砌(设0.4 m厚混凝土铺砌，3 m深混凝土垂裙)，因此本桥大修设计方案是仅作换梁处理。根据既有各墩、台之间的实际间距，确定全桥采用5孔跨度22.4 m(梁全长23.0 m)后张法预应力钢筋混凝土T梁更换既有钢板梁。因第1，2孔梁位于缓和曲线上，预应力混凝土梁按曲线梁设计，其余各孔均按直线梁设计。新混凝土梁参照《专桥(01)2051-Ⅲ》标准图设计，新梁横断面按24 m梁横断面选取，新梁全长按标准跨度全长在跨中附近截去标准梁长与新梁梁长的差值确定。预应力束需经计算并重新布置，本设计仅对钢束纵坐标进行调整，钢束数量不变。

混凝土梁自重(含道砟)较既有钢梁重量增加，故应对下部墩台按规范的要求进行检算。桥墩检算内容包括墩身强度(因梁体重量增加对桥墩偏心有利，无需进行偏心检算)、桩身强度和承载力。因桥台未经桩基托换，故桥台检算内容为台身强度、偏心、地基承载力、基底偏心和倾覆稳定。经检算墩台各项指标均满足桥梁设计规范相关规定的要求。虽然混凝土梁梁高较既有钢梁梁高高出33 cm，但由于本桥桥下净空不由水位控制，所以设计采用降低梁底高程以维持原轨面高程不变方案，从而降低工程造价。

3 设计要点

沈大线为繁忙干线铁路，其平均通过能力为79.5对/d，通行能力利用率达到89.9%。受铁路运输制约，本桥设计难点主要有3点:①一次换梁作业只能在3 h天窗内完成;②电气化铁路换梁施工无法使用架桥机等大型机械，主要以人工作业为主;③在限速行车的情况下完成墩台帽的改造施工。

本桥换梁施工内容:在每跨钢梁下搭设临时支墩，用以支承钢梁，进行墩台帽改造;铺设移梁滑道，吊车配合，人工进行拆、架梁作业;混凝土T梁预先组拼，整孔移架。

3.1 横移梁支墩及滑道设计

混凝土T梁均通过移梁滑道进行横移架设。在桥墩外侧设M10浆砌片石移梁滑道支墩，支墩基础采用C20混凝土。支墩顶设40 cm厚混凝土顶帽，埋设预埋件以固定移梁小车走行钢轨。横向支墩最外边距线路中心11.0 m，桥台处支墩宽1.3 m，桥墩处支墩宽2.5 m。支墩顶面铺设移梁小车走行轨，每侧设2根(1个墩4根，桥台侧2根)。支墩顶标高视走行轨滑道和移梁小车高度确定。移动支墩及滑道布置如图1所示。

图1 移梁支墩及滑道布置

3.2 钢梁临时支墩

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由于新、旧梁梁高不同，需按新梁梁高设置墩台顶帽高程，故需在换梁前完成墩台帽的改造。具体做法是在每孔钢梁下设置临时支墩以支承钢梁，临时支墩墩身为M10浆砌片石，顶帽为C20混凝土，墩身宽2.0 m，长4.0 m，其基础为C20混凝土。临时桥墩中心距既有墩中心2.75 m，顶面距钢梁底57 cm。当钢梁落在临时支墩后可对墩台帽进行改造。钢梁临时支墩布置如图2所示。

图2 钢梁临时支墩布置示意(单位:cm)

靠近桥墩的临时支墩的基础设在既有桥墩桩基托换承台上。首先浇筑临时桥墩基础混凝土，将既有托换承台表面凿毛，凿成3×20 cm台阶，并用钢筋与既有承台钢筋焊接，间距50 cm，梅花形布置。

因混凝土梁较既有钢梁建筑高度高，故临时支墩墩顶设置钢垫梁，钢垫梁采用6根3.0 m长I50工字钢，工字钢之间及顶、底面用10 mm厚钢垫板焊接在一起，临时支墩墩顶预留直径24 mm螺栓孔，螺栓插入后采用环氧树脂砂浆灌注，最后通过螺栓将钢垫梁固定在临时支墩上。墩顶设钢梁限位装置，与钢梁间采用硬木塞紧。在钢梁吊起后，拆除钢垫梁，以不影响混凝土梁就位。

3.3 既有钢梁加固

由于临时支墩中心距既有钢梁支点2.75 m，改变了钢梁支点，梁端有2.75 m悬臂。经检算钢梁强度及端部变形均满足要求。因支点改变，需在钢梁新支点处按既有支点处的断面构造设置竖向加劲肋、断面联接系、支座板等。上述操作可焊接处理。自转入临时墩行车起至换梁结束，列车限速45 km/h。钢垫梁及钢梁加固如图3所示。

图3 钢垫梁及钢梁加固

4 施工组织

4.1 总体施工组织

换梁施工时间选在枯水期。在线路一侧顺桥向铺设施工临时道路，供运梁及作业用。在第4孔处埋设4×φ1.5 m排水圆管，提前对施工影响范围内的通信、信号、电力牵引、供电等设施进行防护或排迁，修建临时墩和加固既有钢梁可同期进行。之后对桥梁施工范围内无缝线路进行应力放散，将长轨更换为标准轨(根据梁长亦可插短轨)。上述工作完成后，即可将钢梁支点移至临时桥墩上，开始既有墩台顶帽改造施工。因不受行车影响移梁滑道可先期施工。

预应力混凝土T梁在梁场集中预制，通过铁路运至附近车站，通过汽车运至桥位，再采用吊车配合运放到对孔的移梁滑道上。换梁前需在两片预应力混凝土T梁梁端及跨中横隔板处按设计要求焊联钢板，组成整孔梁，然后穿入横向预应力筋，安设支座，并铺设道砟及桥枕。

上述工作就绪后即可在天窗时间进行换梁作业。具体施工步骤为:①拆除所换钢梁上线路，将承力索及接触线外移;②利用220 t及130 t两台吊车将钢梁吊出;③将整孔T梁利用顶拉镐沿滑道横移，移梁小车就位;④用油镐将梁顶起，退出移梁小车，落梁就位;⑤锚栓孔灌干硬砂浆，铺设轨道，整修线路，恢复接触网;⑥开通线路(张拉横向预应力筋、封锚可在线路开通后进行)。由于每天只有3 h天窗，一次仅可更换一孔钢梁。按照上述施工工艺要求逐孔更换剩余钢梁，全桥钢梁更换完成后，恢复无缝线路。恢复桥下既有河道，清理场地。

4.2 移梁施工

采用4台100 t顶程150 cm液压顶拉镐进行移梁作业。顶拉镐与移梁小车相连，将顶拉镐后背与滑道钢轨锁死，4台顶拉镐同步给压移梁。完成一个顶程后，顶拉镐回油，后背跟进并锁死。如此重复顶进作业直至将梁移至就位位置。一个顶进作业周期约15～20 min。

为保证移架梁位置准确，铺设移梁小车走行轨时各轨要平行，钢轨固定应可靠，直线梁钢轨应垂直于线路，缓和曲线上的梁应根据就位位置调整方向，混凝土梁在移梁小车上的摆放位置要准确。这样才能保证混凝土梁就位后顺线路方向的位置准确，避免进行调整浪费时间。