既有铁路柔性桥墩加固改造技术

赵振鹏 （中铁二十一局集团有限公司第五工程有限公司，甘肃 兰州 730000）

1 引言

上个世纪60年代，我国在成昆线试验柔性墩桥并取得了成功，后来相继在广罗线、贵昆线、邯长线、沙通线、皖赣线等13条铁路线采用柔性桥墩[1]。柔性桥墩相比实体桥墩能够明显的节约成本，可节省圬工2/3，但是受力变形大，受力机理相对复杂，不能满足扩能改造后的铁路运营要求[2]。邯长铁路扩能改造工程设计将所有柔性桥墩加固为刚性墩，且铁路不能中断运营，而柔性墩的加固在国内可参考的技术较少。常用的桥墩加固方法包括外包钢法、增大截面法、FRP片材法、预应力技术法等方法，这些方法虽然已被列入国家标准，但是各有优缺点[3-6]，而针对既有铁路，选择经济、可行的加固方法是难点，研究不中断运营条件下的铁路工程柔性桥墩加固技术具有一定的现实意义。

2 工程概况

邯长铁路是晋煤外运南通道的重要组成部分，全长221.7km，始建于1978年，设计运输能力1390万t，为了提高运能，2010年对邯长铁路进行扩能改造，将原有23座桥梁的92个柔性墩加固改造为刚性墩，铺设无缝线路，以满足120km/h的列车行车速度。

3 总体施工方案

对全线柔性桥墩进行现场调查，查阅既有桥墩的设计资料，从新旧混凝土结合、墩身受力、体系转换、行车安全、经济性等方面分析柔性墩加固方案，制定了采用封锁线路-钢筋混凝土加固方案。

具体的施工次序为：基础加固→新承台施工→既有墩身凿毛→插打牵钉→钢筋安装→模板安装→封锁线路→托盘以下2.1m范围植筋→墩身混凝土浇筑→顶落梁、更换支座。

采用这种加固改造方案，施工的投入较小，封锁时间段，影响运输行车时间段，运输损失较小。封锁线路的主要目的是进行墩柱混凝土浇筑和支座更换，可有充足的时间进行施工准备和既有线路的封锁。从施工安全方面考虑，该方案可以降低施工对行车的运输安全，也可以降低施工安全风险。

图1 典型柔性墩桥全貌

4 主要施工工艺

4.1 基础加固

既有铁路柔性墩基础多为明挖基础、挖井基础及桩基础，地基为土质和岩质，土质的承载力大多在120～650kPa，岩基多为石灰岩，考虑施工及结构安全性，加固时全部采用桩基础。

对于地基承载力小于1500kPa的桥墩采用了ZZ-6A冲击钻成孔，钻头直径为930～950mm，钻机功率75kw，每分钟冲击36～40次；岩层采用了手持式水磨钻机进行施工，水磨钻筒外径为16cm，内径为14cm，壁厚为1cm，高度62cm，一个循环可钻60cm。施工时根据钻孔桩截面尺寸，自外向内沿圆周方向层层钻进，每层钻进60cm，循环往复直至钻至设计桩长。

承台凿毛处理后进行植筋，植筋型号为HRB335Φ22钢筋，改性环氧树脂胶锚固，植筋钻孔深度35cm，间距30cm×20cm，长度76cm～103cm，植筋距混凝土边缘不小于10cm。

植筋完成后，按照要求绑扎钢筋，架立模板，浇筑C40抗收缩混凝土。

图2 柔性墩基础加固

4.2 墩身加固

由于柔性墩墩高大部分在25 m以下，经方案比选后，采用矩形外包钢筋混凝土加固。墩身高≤15m，加固后截面纵向宽2m；15m＜墩身高≤20m，加固后截面纵向宽2.4m；墩身高＞20m，加固后截面纵向宽2.6m，桥墩采用C35抗收缩混凝土，主筋为Φ16内圈间距30cm，外圈间距15cm，箍筋Φ12内圈间距30cm，外圈间距15cm。

除柔性墩托盘以下2.1m范围采用植筋与加固体钢筋连接外，桥墩其余部分采用锚固牵钉与加固体钢筋连接，浇筑无收缩混凝土。牵钉型号为HRB400Φ20，布置间距50cm×100cm，牵钉植入墩体20cm，孔径25mm，M 40膨胀水泥砂浆锚固。施工前要采用钢筋探测仪确定钻孔位置，避免钻孔过程中损伤钢筋。

图3 墩身加固

在承台面混凝土浇筑完成后，在墩身四周搭设3排碗扣脚手架，与墩身间距控制在20～60cm，满足墩身凿毛、植筋、钢筋绑扎及混凝土施工作业要求，凿毛、植筋及钢筋绑扎完成后拆除内排脚手架，只保留2排脚手架用于立模和混凝土浇筑。

碗扣式脚手架呈矩形布置，4个面连成一体，剪刀撑采用6m的钢管搭设，与地面成45°夹角。当脚手架高度大于8m时，在脚手架中部或顶部设置2道缆风绳，缆风绳为直径12.5mm的钢丝绳，地锚的拉拔力满足要求。

4.3 支座更换

图4 梁端切割线路

柔性墩加固后，桥梁受力体系发生了变化，必须更换原柔性墩支座。邯长铁路全线共有23座桥，需更换双曲面钢支座、铰轴滑板支座共计274个，更换对桥梁结构安全的影响是非常大的，经过考察后采取切割梁端处对应的轨道，在支座内侧直接顶升法。主要原理是先将梁端处两侧既有线路锁定切割轨道，然后在桥墩台跨中侧垫石上安放大吨位千斤顶，每片梁体设置4台千斤顶，同步顶升约10～12cm后，更换支座，支座更换完成梁体就位后，采用打眼扣板的方法连接恢复线路。

4.4 施工监控

监控量测是既有桥梁加固的重要组成部分，在施工中认真实施，分析各项量测信息，设计和施工单位确认或修正设计参数。

柔性墩加固完成后，主要对桥墩的位移和沉降进行监控，监测方法水平位移采用全站仪进行观测，沉降采用水准仪进行观测。

监测数据显示，施工过程中位移变化最大值为18mm，最小值为4mm；沉降变化最大值为2mm，最小值为0mm。柔性墩无碰撞、未出现新的裂缝、裂纹，施工未对既有柔性墩造成安全威胁。

5 结语

通过采用封锁线路-钢筋混凝土加固方案，顺利将既有邯长铁路92个铁路柔性桥墩加固改造为刚性墩，邯长铁路于2014年7月9日顺利通车，运营后未发现加固后的桥梁出现质量问题，证明采用的技术是可行的，既有铁路柔性墩改造为刚性墩时，可采用桩基础+扩大承台+外包钢筋混凝土增大桥墩截面法加固，加固效果能够满足规范要求。