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        北方凍土地區(qū)鐵路病害橋整治分析

        2015-10-21 18:07:05徐興峰
        基層建設(shè) 2015年10期
        關(guān)鍵詞:墩臺沉井凍土

        摘要:闡述牙林鐵路線K268+433潮叉河既有鐵路橋病害情況,對季節(jié)性及永久性凍土地區(qū)既有鐵路橋墩臺及基礎(chǔ)凍害原因進(jìn)行分析,提出對北方凍土地區(qū)鐵路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計的優(yōu)化方案及施工措施。

        關(guān)鍵詞:凍土地區(qū)鐵路橋病害原因分析;橋梁基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計方案;施工措施

        一.工程病害情況

        牙林線K268+433潮叉河既有病害橋位于內(nèi)蒙古自治區(qū)根河市境內(nèi),始建于1952年,基礎(chǔ)為薄壁沉井基礎(chǔ),圓端形實體橋墩。該橋于2000年6月17日列為長期慢行路段,限速25km/h。2007年哈局委托我院對本橋進(jìn)行原位新建設(shè)計。根據(jù)哈爾濱鐵路局工務(wù)處1999年《關(guān)于對牙林鐵路線K268+433潮叉河病害橋情況》報告,既有鐵路橋主要病害為:1號墩沉井橫向斷裂,并出現(xiàn)豎向裂紋。2號墩橫向振幅嚴(yán)重超限,墩臺身豎向裂紋。1、2、3號墩臺身和基礎(chǔ)混凝土腐蝕嚴(yán)重,劣化等級達(dá)到AA級。以上病害均已威脅到行車安全。決定采取拆除既有病害橋,原址新建鐵路橋方案。

        二.氣象

        根河市屬寒溫帶濕潤型森林氣候,年平均氣溫為-7℃~-4℃,年降水量在300mm~450mm之間,氣候特點是冬季漫長,夏季短暫。

        按影響鐵路工程氣候分區(qū)劃分,本區(qū)屬嚴(yán)寒地區(qū)。

        三.凍土深度段落劃分

        季節(jié)凍土:最大季節(jié)凍結(jié)深度為3.5m(凍結(jié)上限)。

        永久凍土:本橋處于島狀融區(qū)凍土區(qū)。

        四.工程地質(zhì)特征

        勘察深度內(nèi)揭示地層為第四系全新統(tǒng)沖積層(Q4al),巖性為粉質(zhì)黏土(強凍脹土)、粗、細(xì)圓礫土、含圓礫粉質(zhì)黏土(該層局部為凍結(jié)狀態(tài))、火山角礫巖。

        五.病害原因分析

        1.1號墩沉井橫向斷裂,并出現(xiàn)豎向裂紋

        本橋為山區(qū)河流,橋梁1#墩基礎(chǔ)沖刷嚴(yán)重,水流沖刷導(dǎo)致河床嚴(yán)重下切。1#墩薄壁沉井基礎(chǔ)橫向斷裂,原因為沉井基礎(chǔ)內(nèi)外介質(zhì)不一致凍脹產(chǎn)生水平凍脹力擠壓所致,表現(xiàn)為薄壁沉井基礎(chǔ)橫向斷裂,同時由于基礎(chǔ)埋深不足,凍脹產(chǎn)生切向和法向凍脹力導(dǎo)致基礎(chǔ)失穩(wěn)、傾斜。墩身混凝土受拉導(dǎo)致墩身橫向、豎向裂紋交織。

        2. 2號墩橫向振幅嚴(yán)重超限,墩臺身豎向裂紋。

        綜合分析本橋2號墩身病害裂紋為凍脹變形所產(chǎn)生的裂紋。沉井基礎(chǔ)受沖刷后,基底埋深不足,每年冬季基底凍脹產(chǎn)生法向凍脹力使基礎(chǔ)被凍起,夏季融沉下落,多年反復(fù)導(dǎo)致基礎(chǔ)不均勻沉降,墩臺混凝土基礎(chǔ)承載力下降,基礎(chǔ)失穩(wěn)傾斜。表現(xiàn)為墩臺凍起、失穩(wěn)、混凝土產(chǎn)生豎向裂紋,橋墩整體性受到破壞,橫向振幅超限。

        3.1、2、3號墩臺身和基礎(chǔ)混凝土腐蝕嚴(yán)重,劣化等級達(dá)到AA級。

        本橋為嚴(yán)寒地區(qū)凍融環(huán)境下橋梁,始建于上世紀(jì)50年代,所處地區(qū)溫差、濕度差較大,墩臺混凝土基礎(chǔ)受溫度、濕度、凍融破壞導(dǎo)致混凝土強度降低。表現(xiàn)為墩臺表面嚴(yán)重腐蝕露白漿,用手指即可搬下碎塊。

        六.病害橋基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計方案

        結(jié)合氣候、地質(zhì)、水文及施工條件,新建橋采取如下優(yōu)化設(shè)計方案解決凍脹發(fā)生:

        1.采用樁基礎(chǔ)

        選用直徑1.25m鉆孔灌注樁穿越永久凍土層,樁尖位于弱風(fēng)化火山角礫巖中。解決因擾動多年凍土產(chǎn)生的樁基礎(chǔ)不穩(wěn)定問題。

        2.墩臺承臺埋深及回填

        墩臺承臺同時考慮沖刷及最大季節(jié)凍深影響,將承臺底部設(shè)置于最大季節(jié)深度以下0.25m;并將局部沖刷考慮之內(nèi),承臺采用六面配筋加強整體性,承臺側(cè)向回填級配碎石,預(yù)防季節(jié)凍土凍脹發(fā)生。

        3.樁與承臺連接處

        樁基深入承臺深度15cm處設(shè)置雙層鋼筋網(wǎng),增強樁與承臺的連接強度。

        4.材料等級選取

        (1)混凝土:抗凍融循環(huán)次數(shù)要求達(dá)到200次,新建橋樁基礎(chǔ)、承臺及部分橋墩均屬于嚴(yán)寒且頻繁接觸水環(huán)境(D2環(huán)境),混凝土選用C40。最小膠凝材料用量不小于320kg/m?,且最大水膠比不大于0.45.

        (2)細(xì)骨料:為保障混凝土不至于發(fā)生堿-骨料反應(yīng)膨脹破壞,骨料砂漿棒膨脹率不得大于0.20%,并根據(jù)細(xì)骨料及堿骨料相關(guān)檢驗方法進(jìn)行檢驗。性能滿足《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》TB10005/2010相關(guān)要求。

        (3)粗骨料:粗骨料應(yīng)選用粒形良好、質(zhì)地堅固、線脹系數(shù)小的潔凈二級或多級級配骨料混配而成,骨料性能滿足《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》TB10005/2010相關(guān)要求。

        七.施工措施

        1.鋼護筒的制作與安裝

        為解決樁周上部凍土暴露融化,滑桶,護筒埋設(shè)采用內(nèi)外雙鋼護筒。外鋼護筒制作時按直徑較樁徑大30cm~40cm制作,內(nèi)鋼護筒按照較直徑大10cm制作。為減小凍脹和熱融引起切向力對樁的影響,內(nèi)護筒外側(cè)涂10mm渣油,且其底部要埋入凍結(jié)上限以下0.5m。

        2.鉆機選擇

        新建橋地質(zhì)主要為粉質(zhì)黏土、粗、細(xì)圓礫土、及風(fēng)化的火山角礫巖。施工難點在于弱風(fēng)化的火山角礫巖鉆進(jìn),建議采用嵌巖鉆頭的旋挖鉆機鉆孔??紤]中密角礫土鉆進(jìn)中存在塌孔可能性,為保證施工安全,建議采用靜態(tài)泥漿護壁進(jìn)行鉆進(jìn)。

        3.混凝土澆筑

        澆筑混凝土?xí)r應(yīng)分段分層連續(xù)進(jìn)行,澆筑層高度應(yīng)根據(jù)混凝土供應(yīng)能力、一次澆筑方量、初凝時間、結(jié)構(gòu)特點、鋼筋疏密綜合考慮決定,確保混凝土施工質(zhì)量。

        4.單樁豎向承載力現(xiàn)場靜載試驗

        施工單位應(yīng)嚴(yán)格管控施工質(zhì)量,并進(jìn)行單樁豎向承載力現(xiàn)場靜載試驗,確保單樁承載力滿足設(shè)計要求。

        5.回填措施

        基坑回填采用非凍脹性級配碎石回填,并對回填面進(jìn)行壓平處理,橋臺錐體坡腳采用回植塔頭草保溫。

        結(jié)論:按照以上設(shè)計方案和工程措施新建的牙林線K268+433病害橋,采用穿越永久凍土層的柱樁基礎(chǔ)基本承載力充足穩(wěn)定。承臺埋深設(shè)置合理,回填措施得當(dāng),消除了季節(jié)凍土融沉及凍脹發(fā)生,墩臺未發(fā)生傾斜及裂紋等凍害。此橋自2008年新建成至今使用狀況良好,為北方凍土地區(qū)病害橋整治提供了范例。

        參考文獻(xiàn):

        [1]《牙林線K268病害橋施工圖設(shè)計》

        [2]《青藏鐵路多年凍土地區(qū)樁基礎(chǔ)設(shè)計研究》作者:曹玉新 魏青朝《鐵道工程學(xué)報》 2004年6月第二期,128-131頁,文章編號:1006-2106(2004)02-0127-05。

        [3]《橋梁工程凍土地區(qū)樁基礎(chǔ)施工技術(shù)》作者:丁曉軍 鮑躍平《民營科技》 2013年第8期,114頁。

        [4]《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》TB10005/2010

        [5]《凍土地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》JGJ118-98

        [6]《鐵路橋梁鉆孔樁施工技術(shù)指導(dǎo)》TZ322-2010

        作者簡介:

        徐興峰(1979-)男,吉林長嶺人,本科,工程師,研究方向:鐵路橋梁。

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