顏亮亮 上海鐵路局工務(wù)處

既有線提速橋梁橫向剛度不足的加固方法探討

顏亮亮 上海鐵路局工務(wù)處

隨著既有線列車的不斷提速，尤其是在重載貨物列車通過(guò)時(shí)，鐵路橋梁的橫向剛度不足問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，橋梁、橋墩的橫向振幅超《鐵路橋梁檢定規(guī)范》限值現(xiàn)象愈發(fā)顯著。超限橋梁需及時(shí)進(jìn)行加固，加固方法是否經(jīng)濟(jì)、合理、有效就顯得尤為重要。從大量檢測(cè)實(shí)例出發(fā)，將加固前后的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與《鐵路橋梁檢定規(guī)范》對(duì)比，總結(jié)了目前鐵路橋梁較為常用且行之有效的加固方法，為橋梁管理單位提供參考，同時(shí)提出目前的加固方式依然有其局限性，如何建立與提速背景相結(jié)合的橋梁加固研究課題，是今后的發(fā)展方向。

既有線；提速；鐵路橋梁；橫向振動(dòng)；剛度；加固

隨著我國(guó)既有線列車速度的不斷提升、大量重載貨物列車的不斷開行和行車密度的不斷提高，鐵路橋梁的動(dòng)力響應(yīng)越來(lái)越大，橋梁、橋墩的橫向振幅屢超《鐵路橋梁檢定規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《橋檢規(guī)》）限值。為了保證運(yùn)輸安全，橫向振幅超限橋梁需限速運(yùn)行，由此導(dǎo)致鐵路運(yùn)輸效率大大降低。在全路提速改造的背景下，橋梁橫向剛度不足已成為提速“瓶頸”，如何合理、有效地解除這一“瓶頸”問(wèn)題，是當(dāng)前仍需重點(diǎn)解決的問(wèn)題。本文在大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)工作基礎(chǔ)上，針對(duì)橋梁較為薄弱的環(huán)節(jié)，總結(jié)了目前常用且有效的加固方法，為逐步開展的橋梁加固工作提供依據(jù)，也為橋梁管理單位提供技術(shù)參考。

1 板式橡膠支座薄弱

既有線提速以后，板式橡膠支座的薄弱尤為明顯，其橫向限位裝置逐漸薄弱甚至失效，已不能很好地限制梁跨整體的橫向活動(dòng)，梁體跨中橫向最大振幅接近甚至超過(guò)《橋檢規(guī)》行車安全限值，且梁端橫向振動(dòng)明顯。

如合九線2#派河大橋全長(zhǎng)143.8 m，橋跨結(jié)構(gòu)為2孔16m低高度先張預(yù)應(yīng)力混凝土T梁+2孔梁32m下承式栓焊鋼板梁+2孔16m低高度先張預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，混凝土T梁采用板式橡膠支座。管理單位反映列車通過(guò)該橋時(shí)橫向晃動(dòng)明顯，檢測(cè)單位于2013年檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該橋第5孔16m混凝土梁九江端最大橫向振幅已達(dá)1.639mm，已非常接近《橋檢規(guī)》行車安全限值1.778mm，表明梁端橫向活動(dòng)明顯?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)該橋梁端橫向限位裝置均未與梁端密貼，且普遍高度不足，不能對(duì)梁端有效限位，如圖1。因此建議管理單位用角鋼對(duì)橫向限位裝置進(jìn)行改造，提高其高度和剛度。

圖1 梁端橫向限位裝置失效

用角鋼改造的梁端橫向限位裝置此前已在上海鐵路局管內(nèi)寧西線等逐步使用，改造后的橫向限位裝置很好地限制了梁端橫向活動(dòng)，效果顯著。

2 混凝土并置T梁橫向聯(lián)結(jié)薄弱

對(duì)既有線上無(wú)橫向聯(lián)結(jié)的或橫向聯(lián)結(jié)較少的并置T梁增加一定數(shù)量的橫隔板，加強(qiáng)兩片T梁的橫向聯(lián)系，提升了梁跨的整體穩(wěn)定性。此種加固方法施工簡(jiǎn)單，既有線上已較多使用。

如金溫線焦巖武義江橋梁跨由1× 24m后張法預(yù)應(yīng)力砼梁+4×32m后張法預(yù)應(yīng)力砼梁組成，檢測(cè)單位2007年對(duì)該橋第3、4孔32m梁檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)跨中橫向最大振幅值依次為4.328mm、3.932 mm，均超過(guò)《橋檢規(guī)》行車安全限值3.556mm要求?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)32m預(yù)應(yīng)力砼梁的橫向聯(lián)接系比較薄弱，建議對(duì)該類梁的橫向聯(lián)接系進(jìn)行加強(qiáng)。該橋梁體加固后（如圖2），檢測(cè)單位于2011年對(duì)該橋進(jìn)行再次檢測(cè)，實(shí)測(cè)該橋第3、4孔32m梁跨中橫向最大振幅值依次為2.258mm、1.966mm，均滿足《橋檢規(guī)》行車安全限值3.556mm要求。

圖2 橫向聯(lián)結(jié)加固后的并置T梁

3 下承式鋼板梁橫向剛度薄弱

既有線上目前仍有相當(dāng)數(shù)量的下承式鋼板梁在使用，分別有12m、16m、20m、28m、32m和40m等多種跨度，其橫向剛度先天不足的問(wèn)題非常突出。上海鐵路局曾設(shè)“鐵路既有線下承式鋼板梁橫向剛度研究”專項(xiàng)課題，研究結(jié)果表明，用H形截面桿件替換下平縱聯(lián)單肢角鋼，能夠有效提高下承式鋼板梁橫向剛度，且施工無(wú)需中斷交通，造價(jià)經(jīng)濟(jì)。

如滬昆線264#橋上下行均由1孔32m下承式栓焊板梁構(gòu)成。該梁全長(zhǎng)32.6m，高2.564m，主梁中心距5.4m。檢測(cè)單位于2007年對(duì)該橋上下行32m下承式栓焊板梁進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該橋上行線鋼梁跨中最大橫向振幅為7.69 mm，遠(yuǎn)超《橋檢規(guī)》行車安全限值5.333 mm，對(duì)行車安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，建議對(duì)該橋32m下承式栓焊板梁進(jìn)行加固。該橋鋼梁下平縱聯(lián)用H形截面桿件替換單肢角鋼加固后（如圖3），2009年檢測(cè)單位再次對(duì)該橋上下行32m下承式栓焊板梁進(jìn)行了測(cè)試，實(shí)測(cè)上行線鋼梁跨中最大橫向振幅為2.94mm，較加固前振幅值大大減小，滿足《橋檢規(guī)》行車安全限值5.333mm要求。

圖3 用H形截面桿件替換單肢角鋼加固后的下平縱聯(lián)

4 橋墩薄弱

4.1 單圓柱式墩加固為圓端形墩

單圓柱式橋墩由于截面面積小，自重較輕，橫向剛度不足問(wèn)題在既有線上極為普遍，其加固工作也在逐漸展開。

如寧西線12#橋由2孔32m預(yù)應(yīng)力混凝土梁組成，采用T形橋臺(tái)、單圓柱形橋墩、鉆孔樁基礎(chǔ)，全橋位于直線上。2008年，管理單位檢查發(fā)現(xiàn)該橋橋墩橫向晃動(dòng)較大，檢測(cè)單位實(shí)測(cè)該橋1#墩墩頂橫向最大振幅為2.129mm，遠(yuǎn)大于《橋檢規(guī)》橋墩橫向振幅通常值0.686 mm，提出“單圓柱式橋墩橫向剛度較弱，建議對(duì)墩身及基礎(chǔ)進(jìn)行加固”。

2010年，該橋橋墩基礎(chǔ)及墩身進(jìn)行了加固，增加4根φ100cm鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)23m，原鋼筋混凝土承臺(tái)橫向?qū)挾扔?m擴(kuò)大為10m，原墩身加設(shè)鋼筋混凝土套箍，將原直徑為φ2.1m圓柱形橋墩包箍為圓端形，橫向?qū)挾仍鰹?.0m。橋墩加固后實(shí)景如圖4。

圖4 單圓柱墩加固后形成圓端形

加固后實(shí)測(cè)1#墩墩頂橫向最大振幅為0.204mm，小于《橋檢規(guī)》墩頂橫向振幅通常值0.764mm，實(shí)測(cè)橋墩橫向自振頻率由加固前的2.49Hz提高為3.125 Hz，表明該橋橋墩經(jīng)加固后，其橫向剛度得到明顯提高。

4.2 板凳式墩增設(shè)橫隔板，或包箍為矩形重力式墩

如京滬線（下行）滁河特大橋于1993年新建，兩岸引橋均采用雙柱式輕型橋墩。1997年9月，檢測(cè)單位曾對(duì)南岸部分雙柱式橋墩進(jìn)行過(guò)振動(dòng)測(cè)試，實(shí)測(cè)該類橋墩的橫向振幅大幅超過(guò)《橋檢規(guī)》限值。因此管理單位于1998年對(duì)該橋雙柱式橋墩進(jìn)行了增設(shè)橫隔板加固。

2007年4月18日鐵路大提速后，為檢驗(yàn)加固后的橋墩是否滿足提速要求，檢測(cè)單位挑選了該橋24#、25#、26#墩進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試，實(shí)測(cè)墩頂橫向振幅最大值依次為1.09mm、1.67mm、1.09 mm，均大大超過(guò)《橋檢規(guī)》通常值，表明雙柱式橋墩墩身經(jīng)增設(shè)橫隔板的加固后橫向剛度仍然不足，不能滿足進(jìn)一步提速要求。

2008年再次對(duì)該橋橋墩和樁基進(jìn)行加固，將橋墩包箍成矩形重力式橋墩，如圖5。2009年，檢測(cè)單位再次對(duì)該橋24#、25#、26#墩再次進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試，實(shí)測(cè)墩頂橫向振幅最大值依次為0.26 mm、0.16mm、0.20mm，均滿足《橋檢規(guī)》通常值要求，表明加固效果顯著，滿足提速要求。

圖52008年包裹加固成矩形后的橋墩

5 墩臺(tái)基礎(chǔ)薄弱

既有線部分橋梁由于距離較近，且墩臺(tái)型式相同，加固時(shí)可將相鄰兩個(gè)橋墩墩身和承臺(tái)澆筑連成整體。

如京九線上行667A#、下行667#駱莊中橋全長(zhǎng)43.5m，上下行均由2孔跨度16m的低高度先張預(yù)應(yīng)力混凝土梁（專橋2080）組成，墩臺(tái)結(jié)構(gòu)分別采用直徑1.7m圓柱形橋墩和T形橋臺(tái)，墩臺(tái)基礎(chǔ)分別采用4根和8根直徑80cm鉆孔樁。橋上鋪設(shè)無(wú)縫線路，全橋位于直線上，線路縱坡5.6‰，上下行線間距4m。

2009年管理單位發(fā)現(xiàn)該橋上下行0#臺(tái)臺(tái)身、下行線1#墩承臺(tái)與墩身結(jié)合處存在水平裂縫，遂對(duì)該橋上下行1#橋墩墩身增設(shè)25cm厚C30鋼筋砼套箍；將上下行橋墩及承臺(tái)進(jìn)行斜向整體聯(lián)接加固，對(duì)上下行0#橋臺(tái)臺(tái)身裂縫進(jìn)行封閉處理，加固后的橋墩如圖6。

圖6 加固后的橋墩（相鄰墩臺(tái)連成整體）

實(shí)測(cè)加固后的上、下行墩頂橫向最大振幅分別為0.232mm、0.208mm，均滿足《橋檢規(guī)》墩頂橫向振幅通常值0.752mm要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)既有線橋梁的梁體、支座、墩身、承臺(tái)等橫向剛度不足的加固分別進(jìn)行了實(shí)例總結(jié)，檢測(cè)表明這些加固方式對(duì)橫向剛度的提升行之有效。同時(shí)應(yīng)當(dāng)看到，目前的加固工作依然滯后于鐵路提速的大背景，應(yīng)當(dāng)建立更細(xì)致、深入的橋梁加固研究課題，創(chuàng)新加固方法，才能更好地服務(wù)于不斷提速的鐵路運(yùn)輸，如此方能真正達(dá)到“經(jīng)濟(jì)、合理、有效”的目的。

[1]鐵運(yùn)函[2004]120號(hào)，鐵路橋梁檢定規(guī)范[S].

責(zé)任編輯：宋飛 朱繼東
來(lái)稿時(shí)間：2013-11-28