李　洲

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司太原設(shè)計(jì)院，山西太原　030013)

The Scheme Comparison About Package Reinforcement of Arch Bridge in Shitai Railway

LI Zhou

石太線拱橋包打加固方案比選

李洲

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司太原設(shè)計(jì)院，山西太原030013)

The Scheme Comparison About Package Reinforcement of Arch Bridge in Shitai Railway

LI Zhou

摘要石太線設(shè)施設(shè)備改造工程中拱橋結(jié)構(gòu)出現(xiàn)拱圈開裂、砌石松動(dòng)、邊墻外鼓等問題，創(chuàng)新性的提出墩臺(tái)立柱的加固方案，在不損傷結(jié)構(gòu)主體本身的同時(shí)取得較好的加固效果。

關(guān)鍵詞拱橋拱圈開裂包打加固方案比選

1工程概況

石太線為山區(qū)重載鐵路，建于上世紀(jì)二三十年代。由于當(dāng)時(shí)建造技術(shù)和財(cái)力限制，全線曲線多，半徑小，坡度大。石太線共有曲線434條，曲線全長125.7 km，占線路總長的47.3%，最小曲線半徑280 m，行車速度因此受到限制。由于運(yùn)營多年，部分石拱橋出現(xiàn)拱圈裂縫、砌石松動(dòng)、邊墻外鼓等現(xiàn)象。本著對(duì)既有橋涵設(shè)備“少廢棄、少改建、多利用”的原則，對(duì)既有石拱橋進(jìn)行包打加固設(shè)計(jì)。

2工程實(shí)例

石太上行線YK75+826.00處石拱橋(見圖1)，該橋建于1943年，漿砌料石砌筑，基底置于砂夾卵石上。1957年北京鐵路局工務(wù)處對(duì)該橋進(jìn)行了檢定，指出了存在的問題和處理意見并進(jìn)行了修整。截止本次設(shè)計(jì)，1號(hào)、4號(hào)拱圈已進(jìn)行了混凝土包打加固，邊墻部分裂縫處設(shè)置了夾板加固。通過與工務(wù)部門對(duì)接，并經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘探核實(shí)，發(fā)現(xiàn)既有拱橋出現(xiàn)邊墻砌石松動(dòng)、外鼓，2號(hào)、3號(hào)拱圈多處裂縫等現(xiàn)象，加固夾板鋼構(gòu)件也有不同程度的銹蝕。本次設(shè)計(jì)考慮對(duì)2號(hào)、3號(hào)拱圈及邊墻進(jìn)行包打加固。

2.1　墩臺(tái)立柱包打方案(方案一)

拱圈部分套拱包打鋼筋混凝土[1]30 cm厚，包打混凝土墩頂位置處尖滅[2]；邊墻部分包打鋼筋混凝土35 cm厚，邊墻兩側(cè)墩臺(tái)位置處設(shè)鋼筋混凝土立柱，立柱截面1.5 m×0.5 m，橋頂設(shè)φ25圓鋼對(duì)拉(見圖2)。具體為：橋墩位置處墩頂(立柱底)鑿毛鉆孔植筋并與鋼筋混凝土立柱縱筋焊接[3]，使橋墩與立柱緊密連接共同受力，立柱頂、中、底部位置采用φ32精軋螺紋鋼對(duì)拉；橋臺(tái)位置處立柱支立于原地面，并于立柱頂、中、底部采用φ32精軋螺紋鋼對(duì)拉。由于基礎(chǔ)埋置較深且地基承載力滿足受力要求[4]，無需加大墩臺(tái)及基礎(chǔ)斷面。

(1)具體實(shí)施方法

施工前，采用P43鋼軌3-5-3扣軌加固既有鐵路，并根據(jù)施工需要提出封鎖要點(diǎn)或慢行計(jì)劃。

采用在既有拱圈下套拱加固的方法對(duì)病害拱圈進(jìn)行加固[5，6，7]：

①鉆孔植筋[8，9]，牽釘采用φ22鋼筋，間距0.45 m，梅花形布置；裂縫處鉆注漿孔[10]。

②將拱圈破損部分清除，既有圬工表面鑿毛、洗凈并涂刷界面劑。

③打入牽釘，牽釘插入長0.35 m，全部采用錨固包錨固。

④綁扎拱圈鋼筋(φ16鋼筋)，鋼筋間距采用0.15 m。

⑤預(yù)埋注漿管，立模澆筑C35微膨脹混凝土[11]。

待拱圈包打混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度85%后，方可拆除模板，包打邊墻混凝土：

①包打混凝土前對(duì)既有夾板鋼構(gòu)件進(jìn)行檢查，并對(duì)其進(jìn)行除銹處理。

②邊墻牽釘(φ22鋼筋)及對(duì)穿拉桿鉆孔，牽釘間距0.75 m，梅花形布置；既有墩頂鉆孔植筋(φ22鋼筋)；裂縫處鉆注漿孔。

③邊墻破損部分清除，既有圬工表面鑿毛、洗凈并涂刷界面劑。

④打入牽釘，牽釘插入長0.35 m，全部采用錨固包錨固。

⑤綁扎邊墻鋼筋(φ16鋼筋)，鋼筋間距采用0.15 m，雙層布置。綁扎立柱鋼筋，立柱縱筋與墩頂所植鋼筋一一對(duì)應(yīng)焊接。

⑥拉桿孔位置預(yù)埋PVC管(拱橋兩側(cè)的立柱采用φ32精軋螺紋鋼對(duì)拉，立柱外邊墻頂采用φ25圓鋼對(duì)拉)，預(yù)埋注漿管，立模澆筑邊墻、立柱混凝土。

⑦穿入拉桿，拉桿采用雙螺母，外露部分涂紅丹醇酸底漆兩道，云母氧化鐵面漆兩道。拉桿與混凝土接觸面設(shè)置鋼墊板。

壓漿結(jié)束后，用摻入水泥的灌漿液，把灌漿嘴處抹平，進(jìn)行封口。

(2)本方案的特點(diǎn)簡(jiǎn)述

本方案可達(dá)到防止拱橋外觀及結(jié)構(gòu)進(jìn)一步惡化并使拱橋新包打部分與既有結(jié)構(gòu)更好銜接的整治要求，確保了鐵路正常運(yùn)營，滿足“少廢棄、少改建、多利用”的原則。

邊墻兩側(cè)墩臺(tái)位置處設(shè)立柱，避免了邊墻變形進(jìn)一步惡化及裂縫的進(jìn)一步開展，同時(shí)立柱、橋墩臺(tái)與包打混凝土共同形成了一個(gè)完整的受力框架，保證了結(jié)構(gòu)的安全、可靠。

2.2　夾板加固包打方案(方案二)

采用夾板拉桿、鋼筋混凝土包打的方案加固拱橋。拱圈部分包打鋼筋混凝土30 cm厚，包打混凝土墩頂位置處尖滅；邊墻部分逐段鉆孔對(duì)拉加固，采用[10槽鋼做橫向連通墊板，設(shè)φ25圓鋼對(duì)穿拉桿對(duì)拉，縱向用∠50×50×5角鋼對(duì)槽鋼有效焊接。邊墻夾板拉桿施工完畢后，既有圬工表面鑿毛、打入牽釘、洗凈并涂刷界面劑后用鋼筋混凝土進(jìn)行包打(見圖3)。

(1)具體實(shí)施方法

施工前，采用P43鋼軌3-5-3扣軌加固既有鐵路，并根據(jù)施工需要提出封鎖要點(diǎn)或慢行計(jì)劃。

采用在既有拱圈下套拱加固的方法對(duì)病害拱圈進(jìn)行加固(方法同方案一)。

待拱圈包打混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度85%后，方可拆除模板，包打邊墻混凝土：

①包打混凝土前對(duì)既有夾板鋼構(gòu)件進(jìn)行除銹處理。為防止邊墻變形惡化，影響行車安全，逐段鉆孔對(duì)拉加固。采用[10槽鋼做橫向連通墊板，設(shè)φ25圓鋼對(duì)穿拉桿對(duì)拉，拉桿橫穿拱橋的全寬，兩端為雙螺母，將槽鋼夾緊，拉桿按照橫向間距1.5 m、縱向間距0.75 m布置，縱向用∠50×50×5角鋼對(duì)槽鋼有效焊接，角鋼間距0.75 m。

②邊墻牽釘(φ22鋼筋)鉆孔，牽釘間距0.75 m，梅花形布置；裂縫處鉆注漿孔。

③邊墻破損部分清除，既有圬工表面鑿毛、洗凈并涂刷界面劑。

④打入牽釘，牽釘插入長為0.35 m，全部采用錨固包錨固。

⑤綁扎邊墻鋼筋(φ16鋼筋)，鋼筋間距采用0.15 m，雙層布置。

⑥預(yù)埋注漿管，立模并澆筑邊墻C35混凝土。

壓漿結(jié)束后，用摻入水泥的灌漿液，把灌漿嘴處抹平，進(jìn)行封口。

(2)本方案特點(diǎn)簡(jiǎn)述

本方案可達(dá)到拱橋加固處理的整治要求，通過夾板對(duì)拉方案對(duì)既有結(jié)構(gòu)捆綁，再輔以裂縫注漿，解決了拱橋邊墻外鼓、砌石松動(dòng)及圬工裂縫的實(shí)際問題。

邊墻兩側(cè)采用槽鋼及角鋼對(duì)拉加固，再以鋼筋混凝土包打，既解決了結(jié)構(gòu)面臨的種種問題，滿足了結(jié)構(gòu)受力要求，也避免了鋼構(gòu)件銹蝕情況的發(fā)生。

3方案確定

兩個(gè)方案均可徹底整治目前發(fā)生的石拱橋拱圈裂縫、砌石松動(dòng)、邊墻外鼓等問題，均能滿足包打加固后的結(jié)構(gòu)安全。

不同點(diǎn)在于解決問題的方式上，方案一通過設(shè)置墩臺(tái)立柱、對(duì)拉拉桿及包打混凝土解決；方案二通過夾板鋼構(gòu)件對(duì)拉、包打混凝土解決。

方案一：墩臺(tái)立柱與既有拱橋連接穩(wěn)固，可與橋墩臺(tái)共同承力，整體性好。對(duì)穿拉桿數(shù)量少，對(duì)既有拱橋損傷較小，甚至無損傷。

方案二：為確保既有鐵路正常運(yùn)營，對(duì)既有拱橋鉆孔需逐段施工，施工困難大、工期長；同時(shí)，對(duì)穿拉桿數(shù)量較多，對(duì)既有圬工結(jié)構(gòu)破壞比較大。

綜上所述，方案一實(shí)施難度不大，對(duì)既有拱橋結(jié)構(gòu)損傷小，而且可很好的解決拱橋發(fā)生的問題，使其成為真正的放心工程。方案二較方案一對(duì)既有拱橋損傷大，存在很多不確定因素，安全方面也不好掌控。

故將方案一作為推薦方案。

4主要施工注意事項(xiàng)

針對(duì)本加固工程的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)中提出了如下施工注意事項(xiàng)指導(dǎo)施工，提高施工質(zhì)量：

(1)拱橋包打加固施工順序先拱圈后邊墻，先拱腳后拱頂。拱圈采用微膨脹混凝土。

(2)由于既有橋基礎(chǔ)埋置較深，拱圈包打混凝土墩頂位置處尖滅，具體為：鑿除既有拱圈一側(cè)拱腳下部混凝土20 cm，綁扎鋼筋與拱圈一起澆筑。

(3)拱橋兩端的立柱用φ32精軋螺紋鋼對(duì)拉，立柱外邊墻頂采用φ25圓鋼對(duì)拉，安設(shè)完成后拉桿與PVC管之間的縫隙用水泥漿液灌注。

(4)牽釘鉆孔應(yīng)洗凈，牽釘全部采用錨固包錨固，周圍用M20干硬水泥砂漿填塞嚴(yán)密。

(5)拱橋裂縫配合壓漿進(jìn)行處理[12]，壓漿在包打混凝土凝固后通過預(yù)埋的壓漿管來進(jìn)行。具體為：在既有拱橋裂縫處鉆孔，孔眼交錯(cuò)配置，距離拱橋邊緣不小于0.4 m，各孔間的距離根據(jù)裂縫長度而定，一般為0.9～1.5 m，確保漿液能充分壓入所有裂縫及空隙內(nèi)?？籽壑睆?8～50 mm，要求能埋入壓漿咀。壓漿時(shí)，在立面上由最下層的注漿管開始逐孔向上進(jìn)行。

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[12]文華鋒.某地區(qū)石拱橋病害分析及整治方法探討[J].黑龍江科技信息，2010(8)：229-230

中圖分類號(hào)：U24

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-7479(2015)05-0050-03

作者簡(jiǎn)介：李洲(1981—)，男，2006年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)土木工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工程師。

收稿日期：2015-06-18