既有运营铁路桥墩加固施工组织与控制

张彦峰

（中铁路安工程咨询有限公司，天津 300171）

0 引言

目前，我国高速铁路网的建设很大程度改善了部分老旧铁路运能低、服务差、速度慢等问题，但20世纪70年代甚至更早投入运营的老旧铁路，已很难满足当今铁路运输高质量发展需求［1-3］。在不影响列车运行的情况下，对既有运营铁路构筑物进行改造加固，要保证安全、质量控制，并使施工作业影响最小，具有较大的难度。以京通铁路电气化改造项目为背景，研究可有效避免对既有设备和线路运营造成影响，保证铁路线路提速改造进度的施工方案，以完成既有运营铁路桥墩的加固施工组织，并实现施工过程中的安全、质量控制。

1 项目概况

京通铁路电气化改造工程项目位于石城河大桥—伊逊河大桥（K78+804—K231+163），共计30座大中桥梁，涉及圆形、矩形桥墩共126个。桥墩加固一般采用钢筋混凝土抱箍方式，在桥墩外侧增设厚度300 mm的钢筋混凝土，施工工艺一般包括：承台土方开挖，桥墩表面凿毛、植筋（包括承台竖向钢筋和垂直墩面L型钢筋），钢筋绑扎、焊接，满堂脚手架的搭设、拆除，定型或不定型模板的安装、拆除，混凝土浇筑、养护（保温和保湿）等［4］。

2 桥墩加固技术

2.1 全过程满堂脚手架作业

按照设计加固要求，满堂脚手架需在开挖至承台标高后，利用承台作为满堂支架的基础进行搭设，同时按要求满铺作业跳板、满挂防火节能的密目网、搭设必要的上下通道（马道），然后进行墩面凿毛处理、植筋、绑扎钢筋等作业，脚手架距离桥墩墩面不得过大或过小。若进行圆形墩加固，普通矩形钢模板（300 mm×1 500 mm×10 mm）拼接施工简单方便，倒运无须吊车等垂直运输机械，仅小型电动葫芦即可满足作业要求，但易出现浇筑后墩面棱角明显、打磨难度大等质量风险；若选择定型钢制模板，则模板倒运、安装安全风险高，脚手架搭设范围距墩面不能太近，钢管扣件等周转材料使用量增加。定型钢模板的表观质量可满足要求，但投入较大，且须定制多套钢模板以开展不同直径的圆形桥墩加固。

2.2 圆形墩定制钢模板附加操作平台作业

该工艺在桥墩墩面凿毛植筋处理时，与全过程满堂脚手架作业相同，但自模板安装存在较大差别。在安装模板前，可将搭设的脚手架拆除，利用定型钢模板外焊接简便的操作平台，与安全绳、安全带配合，实现模板的安装、拆除，混凝土的浇筑、养护，避免吊运钢模板时模板与脚手架碰撞，节约自模板安装养护阶段的钢管、扣件租赁费用，安全绳、安全带可利用已绑扎的竖向、横向钢筋交叉点作为固定点。

2.3 竹胶板与钢模板对比

该工艺一般为满足加固后矩形桥墩原有样式而应用。若选取大型矩形钢模板，垂直运输较困难；若选取小型矩形钢模板，可能因拼接缝过多造成漏浆，成型后表面棱角明显，蜂窝、麻面、裂缝的质量缺陷较突出；若选取竹胶板（1 220 mm×2 240 mm×15 mm），不但减少拼接、减轻质量，模数也容易根据实际尺寸切割。因此，在完成施工任务前，技术措施的选择至关重要，须多次比选，以保证质量和施工安全为目的，合理优化措施。矩形桥墩竹胶板加固吊罐浇筑混凝土设计见图1。

图1 矩形桥墩竹胶板加固吊罐浇筑混凝土设计图

2.4 加厚混凝土抱箍与定制钢模板对比

根据设计图，墩高8.5～33.0 m，桥墩墩底直径3.08～5.75 m，坡比（L∶1）为24～47。若按照原设计300 mm统一加固，须定制N套圆形钢模板满足施工需求。考虑设计初衷，建议适当加厚抱箍混凝土，优化钢模板定制数量。汛期河道桥墩无法加固施工、每座桥之间的模板周转倒运数量大、实际周转难度大等客观因素，须协同参建各方洽商，在确保工程质量的前提下，尽可能节约资源。为保证工程质量，定制定型化钢模板，则废旧钢模板处理可能无法保障施工成本。

2.5 加固方案确定

针对多种桥墩加固方法，进行墩跨中上部横向振幅分析、墩顶底部横向振幅分析、桥墩上部横向自振频率分析等计算［5-7］。结果表明，采用钢模板和附加操作平台方案桥墩加固施工方法，效果相对更优。

3 加固设计与施工关键技术要点

3.1 加固设计原则

根据模型分析，桥墩基础加固工程主要采用以下设计原则：

（1）根据有限元理论模型分析基础及有限元模型结果，可适当增加桥墩横向混凝土基础连接截面尺寸，合理进行桥墩基础抗震加固。

（2）可直接结合开行30 t轴重墩的一些特殊工况要求，根据设计实际，检测计算墩顶横、纵向位移值，分析估算墩顶横向刚度超限值，再进行上部结构补强加固方法的选型设计。

（3）在加固设计方案中，应尽可能降低噪声对桥梁结构功能的影响。

（4）通过该工程施工区域内铁路货运列车运营条件和编组模式，对桥梁构造荷载设计的环境适应性要求进行综合评价及分析，在桥梁构造加固时，采用与设计不同的技术标准。重车线负荷计算采取ZH活载图示，按系数Z=1.2取值，根据既有运营铁路中-活载线的现行设计负荷计算准则，进行测算和取用。

（5）加固区混凝土结构应采用高强度优质C30混凝土，采用国标HRB400系列钢筋，其各项性能应分别满足GB/T 1499.2—2018《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》、GB 50111—2006《铁路工程抗震设计规范》、TB 10002.4—2005《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》等［8-10］。加固安装过程施工中，植筋胶产品须符合现行相关生产规范标准。

3.2 加固施工关键技术要点

（1）应认真测量、计算既有运营铁路钻孔与设备等的数量关系，做好对既有桥梁线缆系统的检查与保护。

（2）在桥墩浇筑前，完成整个桥墩构件及钢材的全面检查，尽可能防止因地震伤及钢筋。若出现干扰影响，应正确移动植筋器部位，移动前后间隙≤5 cm。

（3）在新旧钢筋混凝土界面的衔接部位，原则上钢筋混凝土植入筋深度≥20 cm。在施工操作中，尽量保证所种植钢筋的连接钢筋部位不产生腐蚀，并合理缩短钢筋接钢筋部位的施工间距，以及混凝土植筋深度施工之间的间隔时间。若与后续施工钢筋施工间距大或间隔时间久，应事先做好其他安全防护，且施工钢筋应尽可能与原植入施工钢筋形成安全联系。

4 主要工序施工技术

为切实保证建设工程各项基本施工过程的健康安全、合理有序，在现场制定组织与施工作业方案时，应同时遵循桥墩加固主要工序施工技术流程（见图2）。

图2 桥墩加固主要工序施工技术流程图

4.1 新增桩基施工

在沉井施工完成并验收合格后，为保证行车安全，应在现场既有墩基础上下游位置，分次进行钻孔桩基础施工，墩身周围宜均匀布置至少10根钻孔桩。钻孔桩直径1 m、桩长约6 m，并深入原孔桩基底缘岩层深度≥1.5 m。在现场钻机入坝或基岩性成井的多孔桩施工作业中，为减小钻机作业时现场地面、既有桩的高架桥墩，以及柱体内部与新桩承台层之间产生局部压力差和干扰，宜先采用对称钻机作业。完成混凝土浇筑和工程验收后，适当应用超声波检验技术或用小应变法，实现对桩基状态的现场检验。

4.2 基底注浆处理

桩基施工完成后，一般应单面施工，分次开挖基坑，并进行基底裂隙注浆处理。凿除新增承台底部风化的岩层，露出新鲜岩面，对基底岩层进行注浆加固处理。压注水泥浆液时，要随时检查注浆压力，压力以0.6～1.2 MPa为宜。如遇跑浆则停止，换注其他孔。注浆处理完成后，用高压水枪将岩层顶面冲洗干净，浇筑素混凝土至新增承台底面标高位置，分担新增混凝土自质量对原基础产生的压力。

4.3 新增承台结构和墩身外包钢筋混凝土施工

（1）桩基施工完成后，在原基础、桥墩上进行钻孔植筋，同时浇筑新增承台和桥墩套箍钢筋混凝土。新增承台布置在水面以下，分为2层，每层高1.5 m。新增承台底面与原基础第2层台阶底面平齐。

（2）为保证新增混凝土部分与既有结构的黏结效果，在既有桥墩与新增承台连接的部位凿深30 cm、高100 cm的环形三角槽，并在距既有桥墩的扩大基础顶面30 cm处凿深30 cm、高70 cm的环形楔形槽，并对其他新增承台位置的基础、桥墩表面和托盘顶面进行凿毛处理，凿成深度≥6 mm的凹凸面，并露出新鲜混凝土。在承台、桥墩混凝土浇筑前，应将凿槽和凿毛后的混凝土表面用高压水冲洗干净，保持界面湿润，但不能有积水。

（3）分别进行新增承台和桥墩表面套箍混凝土范围内植筋、既有基础内水平植筋、承台底面布设水平受力钢筋。沿既有墩身，在原基础内竖向植筋，布置竖向受力钢筋，植筋深度满足受力钢筋锚固要求，从而解决目前重力式桥墩配筋率低的问题。最后，浇筑混凝土。植筋按梅花形布置，植筋直径20 mm，间距40 cm。

4.4 基础冲刷防护处理

为减小后期流水性侵蚀作用对新建筑基础部位形成明显的或局部轻微的水冲刷，在新增承台施工完成后，将新增下层承台顶面以上的临时结构沉井拆除，在沉井内填筑砂夹石并浇筑C20抗冻混凝土封顶。同时，将沉井周围及河道内施工填土全部挖除，并在沉井周围抛投2层镀锌铁丝石笼，进行基础冲刷整体防护。冲刷防护顶面及沉井内封顶混凝土顶面的标高与新增下层承台顶面平齐，满足基础底部埋置深度要求。

5 结束语

京通铁路全线电气化改造工程项目桥墩整体加固设计施工均采用钢模板和附加操作平台方案，施工过程的机械化简易机械化程度高和投资成本方面的有效节约等情况均显而易见。施工成果于2019年9月开始应用于京通铁路北京市昌平区至河北省隆化段的电气化线路改造项目工程中的兴洲河特大桥、伊逊河特大桥等桥墩的加固改造施工。采用本设计施工方法组织的施工，丰富了铁路桥墩加固技术的先进施工管理经验，操作灵活简便，保障了线路施工管理中人员、机械、财产的基本安全，避免了对既有工程设备安全的重大破坏。保证了既有运营铁路提速改造设计施工进度，获得各方充分认可配合和积极好评，取得良好、显著的社会效益和经济效益。