高碧波

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 天津　300142)

近年來(lái)，隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，對(duì)既有城市軌道交通[1]基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行改造、加固、擴(kuò)能的工程不斷增多；為滿足城市發(fā)展空間需求，在滿足既有線路運(yùn)營(yíng)的前提條件下，需要對(duì)原有既有城市軌道交通設(shè)施進(jìn)行改造。

本聯(lián)絡(luò)線是輕軌二期工程施工期間大宗器材、設(shè)備的運(yùn)輸路線，輕軌二期工程運(yùn)營(yíng)后，聯(lián)絡(luò)線已經(jīng)停用3年。根據(jù)地區(qū)規(guī)劃，騰出空間修建市政橋梁。根據(jù)輕軌部門(mén)意見(jiàn)，保留0號(hào)框架墩道岔和0號(hào)墩與1號(hào)墩之間的1孔梁作為預(yù)留安全線，平面布置圖如圖1所示。

1　既有橋梁概況

本輕軌聯(lián)絡(luò)線共有橋梁1座，橋梁里程范圍為L(zhǎng)K0+047.317～LK0+370.177，長(zhǎng)322.86 m，橋梁上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁形式，共3聯(lián)，跨徑布置為(4×25) m+(25+32+35.5+28.5) m+(23+23+28+28) m，箱梁截面為單箱單室直腹板形式，梁高均為1.5 m，懸臂長(zhǎng)1.0 m，腹板厚度為0.4～0.6 m，頂板厚0.2 m，底板厚0.18 m。橋墩采用矩形獨(dú)柱墩，承臺(tái)為鋼筋混凝土形式，除制動(dòng)墩承臺(tái)厚度為2.5 m外，余均為1.8 m。承臺(tái)下設(shè)0.1 m厚C10混凝土墊層，樁基采用鉆孔灌注樁，樁徑為1 m。

2　橋梁改造的設(shè)計(jì)原則

圖1　加固改造設(shè)計(jì)平面示意

(1)拆除1號(hào)墩大里程方向梁部和橋墩

拆梁前應(yīng)進(jìn)行地基處理[2，3]，搭設(shè)滿堂支架并預(yù)壓，支架頂緊梁底后，再實(shí)施梁上附屬結(jié)構(gòu)的拆除，放張梁體預(yù)應(yīng)力，分片切割吊離梁塊，最后拆除橋墩結(jié)構(gòu)部分。實(shí)施過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)梁底位移觀測(cè)，確保施工安全，并盡可能減小對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。

(2)保留并加固0號(hào)墩至1號(hào)墩之間的1孔梁，預(yù)留安全線

應(yīng)保證梁部改造完成后，0號(hào)墩與1號(hào)墩之間的簡(jiǎn)支梁能滿足輕軌運(yùn)營(yíng)要求，選擇經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式，最大程度利用既有結(jié)構(gòu)，并選擇合適的施工方法，避免體系轉(zhuǎn)換時(shí)梁體位移過(guò)大而對(duì)梁體造成損傷。

3　橋梁拆除施工方案

聯(lián)絡(luò)線橋梁梁部為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，鑒于連續(xù)梁的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，制定拆除施工順序，推薦采用先拆除梁上附屬及線路軌道部分，接著拆除梁部結(jié)構(gòu)，最后拆除橋梁下部結(jié)構(gòu)的施工順序。

橋梁上部結(jié)構(gòu)主要有欄桿、道岔、鋼軌及梁部，對(duì)于欄桿可采用切割的辦法進(jìn)行，以下主要介紹橋梁梁部拆除方案。

梁部為連續(xù)梁，無(wú)法實(shí)現(xiàn)吊拆，建議采用在梁下布設(shè)滿堂支架后切割梁部的施工方法，具體的施工順序見(jiàn)圖2，滿堂支架搭設(shè)示意見(jiàn)圖3。

圖2　拆梁施工工序

圖3　橋梁梁部滿堂支架施工拆除斷面示意(單位：cm)

上跨交通要道橋梁梁部結(jié)構(gòu)拆除：在保證不影響交通的情況下，采用搭設(shè)門(mén)洞支撐，后分割梁部結(jié)構(gòu)的施工方法。

其中，地基處理根據(jù)地質(zhì)情況，采用15 cm厚C15混凝土+30 cm厚碎石墊層[4]，或者施工時(shí)根據(jù)滿堂支架的需要確定地基處理形式。另外，切割工具、切割間距、切割大小根據(jù)施工需要確定。

聯(lián)絡(luò)線橋梁下部結(jié)構(gòu)包括橋墩、承臺(tái)、樁基礎(chǔ)，由于聯(lián)絡(luò)線拆除后，原位大部分用于綠化、交通，同時(shí)為了減少工作量，聯(lián)絡(luò)線橋梁下部結(jié)構(gòu)推薦僅拆除墩身部分。拆除聯(lián)絡(luò)線墩身結(jié)構(gòu)也可采用分片切割的施工方法。

4　橋梁改造設(shè)計(jì)方案

聯(lián)絡(luò)線與輕軌正線通過(guò)道岔相連，拆除輕軌聯(lián)絡(luò)線需要考慮預(yù)留安全線，根據(jù)線路專業(yè)要求，需要預(yù)留0～1號(hào)墩之間的梁部，并且設(shè)置車(chē)擋。

在原橋第2孔(1號(hào)墩右側(cè)5.5 m處)切割梁體，在1號(hào)墩中心小里程側(cè)5 m位置植筋加固[5-7]箱梁截面，增設(shè)1′號(hào)支墩，見(jiàn)圖4。1′號(hào)墩墩頂需要對(duì)梁部加強(qiáng)，作植筋處理，植筋截面見(jiàn)圖5。1號(hào)墩頂梁底大里程方向4.5 m，小里程方向4 m需張拉碳纖維板補(bǔ)強(qiáng)，見(jiàn)圖4和圖6，總體施工工序見(jiàn)圖7。

圖4　加固改造立面布置(單位：cm)

圖5　1′號(hào)墩植筋加固立面(單位：cm)

圖6　1號(hào)墩處梁底加固改造碳纖維板布置(單位：cm)

圖8　主力作用下抗力與內(nèi)力包絡(luò)圖(單位：kN·m)

圖7　改造加固施工工序

5　有限元計(jì)算

5.1　計(jì)算參數(shù)確定

(1)結(jié)構(gòu)恒載

梁部C50混凝土按照26 kN/m3計(jì)算。

(2)預(yù)應(yīng)力荷載

原有結(jié)構(gòu)已運(yùn)營(yíng)3年，腹板有通長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力束，通過(guò)錨具連接器連接，中支座頂板位置有18 m長(zhǎng)短束，切梁后，頂板短束被切斷，預(yù)應(yīng)力效應(yīng)難于估計(jì)；腹板長(zhǎng)束由于存在錨具連接器，鋼束可繼續(xù)參與工作。由于現(xiàn)結(jié)構(gòu)中所存預(yù)應(yīng)力效應(yīng)難以估計(jì)，故分四種情況分別計(jì)算：

①原結(jié)構(gòu)鋼束均不折減；

②腹板束折減0.9，頂板束折減0.9；

③腹板束折減0.7，頂板束折減0.7；

④腹板束折減0.7，頂板束不考慮(頂板短束在此處無(wú)錨具連接器)。

(3)二期恒載

按照原設(shè)計(jì)圖紙，采用27.5 kN/m計(jì)算。

(4)列車(chē)活載

按照設(shè)計(jì)原則中輕軌荷載圖式參與計(jì)算。

(5)梁體不均勻溫度荷載[8]

按照頂板升溫8 ℃和降溫4 ℃分別計(jì)算。

(6)收縮徐變計(jì)算

按照10年收縮徐變效應(yīng)計(jì)算。

強(qiáng)度檢算如圖8、圖9。

圖9　主力+附加力作用下抗力與內(nèi)力包絡(luò)圖(單位：kN·m)

強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果表明，主力和主力+附加力作用下，梁部截面強(qiáng)度均能滿足規(guī)范[9]要求。

運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)力和靜活載撓度檢算如表1所示。

表1　運(yùn)營(yíng)階段計(jì)算結(jié)果匯總　MPa

應(yīng)力檢算結(jié)果表明，1號(hào)墩位置梁底出現(xiàn)拉應(yīng)力，最大為0.37 MPa，不滿足規(guī)范[10]對(duì)全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的要求，設(shè)計(jì)考慮在1號(hào)墩頂位置梁體施加體外預(yù)應(yīng)力，采用張拉5塊碳纖維板的方法加固梁體。

靜活載撓度計(jì)算表明，切割梁體后，梁部跨中靜活載撓度1 mm，滿足地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的L/1 500的撓度限值要求。

5.2　切梁過(guò)程應(yīng)力和變形情況

有限元變形計(jì)算結(jié)果表明，切梁前和切梁后，梁部撓度變化值較小，懸臂端位置位移變化最大為7 mm，跨中位移變化最大值為5 mm，并且位移形狀保持一致。證明切割梁體的過(guò)程中對(duì)梁體本身的擾動(dòng)較小，但需在施工過(guò)程中加強(qiáng)觀測(cè)。

支座反力檢算如表2所示。

支座反力計(jì)算結(jié)果表明，此方案對(duì)既有兩支座的豎向力為卸載作用，不需要更換支座。

表2　支座反力計(jì)算結(jié)果匯總　kN

6　結(jié)論

(1)對(duì)既有橋梁進(jìn)行加固改造計(jì)算時(shí)，原則上需對(duì)既有結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)測(cè)和評(píng)估，以保證計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相符。

(2)既有橋拆梁前，需要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行地基處理，滿堂支架需進(jìn)行預(yù)壓，拆梁工程與現(xiàn)有交通有干擾時(shí)，需采取必要的防護(hù)措施，組織合理的施工方案，確保施工過(guò)程的安全。

[1]GB 50157—2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[2]JTJ79—2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S]

[3]JTJ79—2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范條文說(shuō)明[S]

[4]TB 10002.5—2005鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[5]GB 50367—2006混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范[S]

[6]JTG/T J22—2008公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[7]諶潤(rùn)水，胡釗芳,等.公路舊橋加固技術(shù)與實(shí)例[M].北京:人民交通出版社，2002

[8]高碧波.高墩大跨度連續(xù)剛構(gòu)溫度場(chǎng)與溫度荷載模式試驗(yàn)研究[D].同濟(jì)大學(xué)，2008

[9]TB 10002.1—2005鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S]

[10] TB 10002.3—2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]