皖赣单线小跨度梁钢支座病害产生原因与整治措施

2017-06-28周红旗上海铁路局芜湖工务段

上海铁道增刊 2017年1期

关键词：座板单线锚栓

周红旗上海铁路局芜湖工务段

周红旗上海铁路局芜湖工务段

通过对管内皖赣单线小跨度梁钢支座病害的原因分析，针对平板钢支座脱焊、锚栓剪断、小弧形钢支座锚栓剪断等病害类型，从设计、施工及运营分析病害产生的原因，采取更换支座、横向联接、设置防横移装置等措施，消除设备病害，确保运输安全。

皖赣单线；小跨度梁钢支座病害；原因分析；整治措施

皖赣单线北起宣城，延展至贵溪市，跨越安徽、江西两省。安徽境内贯穿皖南山区。宁国以南路基以高堤深堑为主，长大坡道多、桥梁涵洞多、小半径曲线多，具有典型山区铁路特点。

芜湖铁路工务段管辖皖赣单线的北段，修建于上世纪70年代。北起宣城站K55+311，南至倒湖站K342+500，与南昌铁路局交界。段管内正线长287.189 km，其中桥梁187座/ 11 700.36 m，隧道32座/6 957 m，涵洞1 078座/23 834 m。（400～450）m小半径曲线共93处/37.338 km。位于小半径曲线内桥梁46座/3 834.08 m（平板钢支座桥梁5座/288.1 m，小弧形钢支座桥梁24座/1 047.68 m）。

1 钢支座病害

支座是桥跨的支承部分。其作用是传递反力、满足桥跨在荷载作用下的变位、固定桥跨在墩台上的位置。支座要求有足够的承载力，不约束设计允许的变形，便于安装、养护、维修和更换。

钢支座是靠钢部件的滚动、摇动和滑动来实现支座的位移和转动功能的。平板钢支座构造简单、加工容易，但反力不集中，梁端不能自由转动，伸缩时要克服较大摩阻力。弧形钢支座是将平板支座上、下座板的平面接触改为弧面接触，反力能集中传递，梁端也能自由转动，但伸缩要克服较大摩阻力。所以上述两种支座只适用于较小跨度的梁。

根据芜湖工务段2014年秋检资料统计显示，皖赣单线小跨度梁钢支座病害主要有以下形式：钢部件裂损和脱焊；钢部件锈蚀和磨损；锚栓剪断和松动；上下座板与梁底及支承垫石不密贴。钢支座劣化评定为B级及以上的共三座桥（具体见表1）。发现病害后，段及时向上级汇报并采取增设防横移装置等临时加固措施，确保行车安全。

表1 皖赣单线小跨度梁钢支座B级及以上病害统计

2 原因分析

通过对现场病害的判别，调阅竣工资料，结合平时养修经验，从设计、施工、运营及养修等方面，分析支座病害产生的原因。

2.1 设计原因

皖赣单线修建于上世纪70年代，为适应山区地形的变化、减少工程量、降低工程造价，许多桥梁修建在曲线半径为400 m的地段，设计等级较低。桥梁设在曲线上有以下缺点：桥梁结构设计和施工不便；更换钢轨和整正曲线较困难；线型易变形造成过大偏心，对墩台受力不利；曲线地段离心力造成行车摇摆对支座受力和行车安全均属不利。三座桥的支承垫石高度、支座锚栓的直径、埋入墩台的深度均不符合现行标准。如：139#、38#桥支承垫石高为12 cm；139#桥、38#桥支座下座板锚栓均采用直径小于25 mm的16 mm螺纹钢替代。三座桥两片梁间均未横向联结，墩台处未设置防梁体横向位移装置。

2.2 施工原因

由于70年代工程施工管理不规范，第三方监督制度不完善，施工质量较差。

2.2.1 锚栓受损

梁体在吊装过程中上锚栓被撞弯，锚栓结构受损；或下锚栓与支承垫石预留孔位置超过允许值，安装不上时，采用其他方法造成锚栓伤害。在后期运营过程中病害继续发展直至锚栓折断。

2.2.2 支座安设不平

支座安设时，支承垫石顶面不平或不实，造成支座三条腿现象，致使锚栓受力不均。个别锚栓承受较大的水平推力和横向力而首先发生裂损，在列车动荷载的反复作用下，发生折断。

2.2.3 焊接工艺的缺陷

通过病害整治，对换下的平板钢支座进行检查、分析，发现垫板与上、下座板的焊接质量较差，存在焊缝长度、高度不够等现象。焊接残余应力在动载作用下加快疲劳裂纹发展的速度，从而降低了焊缝及附近主体金属的疲劳强度，造成钢构件的脱焊。

2.2.4 其他

支座未按设计温度要求正确安装定位，以致在最高或最低气温时位移受阻。

2.3 运营、保养原因

皖赣单线属于客货共线铁路。该三座桥梁均位于曲线半径R=（400～450）m地段。钢轨超高设置不合理（现场钢轨有侧磨）。由于离心力与行车速度的平方成正比，与曲线半径大小成反比。随着皖赣单线运行列车的轴重和密度不断增加，列车动荷载的作用不断加大，传递到支座处水平力的加大是支座锚栓折断主要原因之一。三座桥均为简易的吊围栏，支座保养空间不足（平板钢支座构造高度只有90 mm），平时支座保养不到位，现场存在支承垫石面积水、支座流锈等现象，尤其锈蚀造成锚栓受力截面减小。平板钢支座由于平面钢板积垢与锈蚀使支座“冻死”失效，弧形钢支座由于弧形接触面接触应力过大被压平，接触面不平有凹槽及磨损，支座不能正常转动，使锚栓受剪。

3 整治措施

通过对现场认真调查和综合分析，决定采取更换支座、梁体横向联结、墩台处设置防梁体横移装置三管齐下的整治措施。其中支座更换原则：采用板式橡胶支座替换平板钢支座和同类型支座更换两种方案（见表2）。

下面以139#桥支座更换为例进行说明：

3.1 板式橡胶支座替换平板钢支座

皖赣139#桥结构形式为（2～8.0）m低高度板梁，平板钢支座，桥上铺设P60无缝线路，曲线半径R=400 m，坡度为4.3‰，梁底宽为800 mm。根据设备和线路的技术条件，采用板式橡胶支座换平板钢支座的方案，以减少日后的保养、维修工作量。板式橡胶支座型号为：TBZ（200×350×25）mm-CR，原平板钢支座高度为90 mm，采用设置限位条的10 mm钢板粘贴于梁底，限制橡胶支座的横向剪切变形或纵向窜动。支座底需捣砂45 mm，以调整两种不同类型支座的高差。

表2 三座桥支座病害整治措施

3.1.1 准备工作

施工前对梁体进行预应力横向联结。根据施工计划，提前做好人员、材料、机具、加工件准备工作。并联系好线路车间做好应力放散和封锁点内配合及慢行期间的线路观测、养护工作。

3.1.2 施工步骤

结合现场实际及梁重采用6台50 t千斤顶，实用4台，其中2台备用。提前要点进行线路应力放散作业。具体步骤如下：

①搭设桥墩脚手架及工作平台，并在外围安装尼龙安全网；在支承垫石外侧用水平尺划出水平线、十字线。

②将晒干筛净（直径0.5 mm～1 mm）的细砂与P.O42.5级水泥,按1：1的比例（体积比）干拌均匀备用，在封锁点下达15分钟前再洒水拌至手能捏成团而不松散、不湿手为宜。

③待封锁开始后，拆除影响范围内的线路扣件螺栓，避免梁上桥枕同时顶起增大重量及破坏道床状态，减少线路捣固工作量。同时采用临时支护方式将铁路通信电缆临时支护，防止起落梁拉断电缆。

④将已放置好的千斤顶打起顶住梁底达到受力。准备工作做好后施工负责人统一指挥即开始试顶，经调试性能完好即开始正式顶升更换支座作业。

⑤切除支座上、下座板锚栓，拆除旧支座，切割并打磨剩余在墩台及梁体内的锚螺栓，清除支座及梁底部杂物，用高压风吹干净。

⑥利用事先准备好的捣砂模具，对墩台进行捣垫砂浆，待捣砂完毕后，抄垫杂木及钢板，落梁，同时恢复桥上线路。

⑦利用第二封锁点顶梁，抽除临时抄垫的杂木及钢板，利用粘钢专用胶（SHO-BOND#101）粘贴钢板于梁底，在支承垫石上按照设计位置划好十字线，将平板橡胶支座安放到位，支座抄平。落梁到位后恢复桥上线路，清理墩台顶工具、材料，将支座周边砂浆用捣固铲捣固密实并湿浆封闭；最后用高压风吹净墩台顶灰尘。

⑧墩台处梁体防横移装置的安装。

3.2 同类型支座更换

皖赣38#桥结构形式为（1～5.5）m铪π梁，平板钢支座，桥上铺设P60无缝线路，曲线半径R=400 m，坡度为1.9‰，梁底宽为310 mm；皖赣31#桥结构形式为（1～16）m铪低高度T梁，小弧形钢支座，桥上铺设P60无缝线路，曲线半径R=450m，坡度为4.8‰。根据设备和线路的技术条件，均采用更换同类型支座的方案。

施工步骤与皖赣139#桥类似。先对梁体进行横向连结，在封锁点内进行支座更换，最后在墩台处进行防横移装置的安装。不同之处是，皖赣38桥#为π梁，按标准图HJ(2008) 12-Ⅱ进行横向联接。皖赣31#桥更换TGZH8.2-ZX小弧形支座，每套重237.13 kg。因为较重，为安装方便，用φ8的圆钢将待安装的小弧形支座的上下座板焊接在一起。采用导轨安装到位后，再割开。

3.3 更换支座质量要求

支座的质量和规格符合标准，支座位置安装正确；支座平整、密贴、无缝隙；活动支座滚动（滑动）面应保持洁净润滑，保证梁跨伸缩、转动自由。固定支座应稳固可靠；支撑及限位设备齐全；凿埋螺栓直径及埋入深度符合规定，位置偏差小于5 mm，螺栓杆正直无松动，周围砂浆填实无松动、无裂纹；支座捣砂前将墩台面凿毛洗净，水灰比、砂浆配比符合规定，拌合均匀，捣固密实，周围抹面平整，无裂纹，与座板缝隙小于1 mm，深度小于30 mm，排水良好。

4 效果

在整治过程中，新材料、新技术、新工艺的应用，提高了施工效率。如：支座上座板锚栓因其埋在梁体内，折断后较难处理，一般处理方案在支座旁凿除部分混凝土，取出旧锚栓，更换新锚栓。本次采用SHO-BOND#101粘贴钢板技术，有效地攻克了这一难题，整治后，经过近一年多时间的后期观测，该三座桥的设备状态稳定，无新增病害。

通过对三座桥支座的彻底整治，找到病害产生的原因，消灭了设备病害，确保了行车安全。为今后同类型桥梁的检查、保养、维修提供了宝贵经验。