鄭汝亮

(中國鐵路昆明局集團(tuán)有限公司滇中鐵路建設(shè)指揮部,云南昆明 650011)

在2000 年前后施工的一些項(xiàng)目上,既有鐵路橋梁支座病害較為常見,受當(dāng)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)、施工技術(shù)、施工質(zhì)量、地質(zhì)條件、投資控制和維護(hù)管理等因素的影響,致使一些鐵路橋梁支座縱向位移超限。 為了確保運(yùn)營的安全,需對(duì)橋梁進(jìn)行限速和長(zhǎng)期的監(jiān)控量測(cè),使得鐵路生產(chǎn)受到較大影響[12]。

王海龍等分析了鐵路橋梁支座病害產(chǎn)生的原因,對(duì)更換方案進(jìn)行了研究[37];聶桂良等分別從支座更換過程中的梁體受力狀態(tài)、橋梁支座更換的方法、橋梁支座更換的施工和監(jiān)控要點(diǎn)三方面進(jìn)行了研究[810];劉寶軍等對(duì)同步頂升更換橋梁支座控制指標(biāo)進(jìn)行了研究[15]。 以往研究均取得了一定的成果,但對(duì)運(yùn)營鐵路橋梁支座更換施工技術(shù)研究較少,以下對(duì)該項(xiàng)施工技術(shù)進(jìn)行深入研究。

1 工程概況

1.1 既有橋梁概況

大麗鐵路全長(zhǎng)161.006 km,鐵路等級(jí)為國鐵Ⅰ級(jí),設(shè)計(jì)速度為120 km/h,單線電氣化鐵路。 2004 年12 月開工建設(shè),2009 年9 月正式通車運(yùn)營。 其中,下河村1 號(hào)特大橋(K12+560)全長(zhǎng)523.44 m,孔跨布置為5×32 m+21×16 m 簡(jiǎn)支梁,橋梁位于R=1 200 m的圓曲線上,線路縱坡為-3‰。

1.2 病害情況及結(jié)果

2013 年間,橋下堆載及重車通行造成下河村1 號(hào)特大橋的7 ～21 號(hào)橋墩沉降及傾斜,致使支座縱向位移超限。 其中,8 號(hào)、11 號(hào)、14 號(hào)、15 號(hào)墩縱向位移量超過設(shè)計(jì)規(guī)定值(30 mm),11 號(hào)橋墩支座位移達(dá)47 mm。 對(duì)超過設(shè)計(jì)位移量的4 個(gè)墩頂支座進(jìn)行了更換;對(duì)沒有超過設(shè)計(jì)位移量的9 個(gè)墩頂支座進(jìn)行了調(diào)整。

2013 年至2018 年6 月,該橋一直以80 km/h 的速度限速通行。 根據(jù)2015 年及2018 年的監(jiān)測(cè)結(jié)果分析,支座縱向位移仍在繼續(xù)發(fā)展。

2 施工方案、工藝流程與施工準(zhǔn)備

2.1 施工方案

(1)支座更換和調(diào)整主要針對(duì)活動(dòng)支座;固定支座不進(jìn)行更換和調(diào)整,僅進(jìn)行松動(dòng)除銹處理。

(2)支座更換頂升高度:受空間限制,需整體拆除及安裝支座,安裝高度為“上底板螺栓伸出長(zhǎng)度+支座高度”,頂升高度為“上底板螺栓伸出長(zhǎng)度”。

(3)調(diào)整支座頂升高度:調(diào)整高度為“下底板螺帽取出高度”,頂升高度為“下底板螺帽高度-上下螺帽之間的間隙”。

(4)支座類型為YZM180-Z8-0.2g(見圖1)。

圖1 支座半頂示意(單位:mm)

2.2 施工工藝流程

支座更換分為軌道和支座兩個(gè)部分進(jìn)行施工,流程如圖2 所示。

2.3 軌道施工準(zhǔn)備

(1)鋪設(shè)0 號(hào)橋臺(tái)至21 號(hào)墩范圍線路右側(cè)步行板并固定(厚20 mm 的木板)。 施工過程中,所有材料均不得擺放在步行板上。 對(duì)7 號(hào)墩至21 號(hào)墩的護(hù)欄安裝防護(hù)網(wǎng),防止物體掉落。

(2)無縫線路長(zhǎng)軌解體:①切縫距離既有軌縫不小于6.25 m;②軌縫不得與梁縫位置重合;③鋼軌切縫選擇在靠近需要更換支座的位置。

(3)鋼軌切割及鉆孔:將無縫線路解體成短軌,采用魚尾板與短軌連接,采用凍結(jié)螺栓(10.9 級(jí))。

2.4 橋面系施工準(zhǔn)備

(1)防落梁拆除:先拆除螺栓,再拆除防落梁木。

圖2 施工工藝流程

(2)電纜槽解體:拆除橋跨兩端梁縫處電纜槽螺栓,將電纜槽蓋板取下,確保電纜槽在梁體頂升過程中不受破壞。

(3)梁縫蓋板拆除:對(duì)橋跨兩端梁縫處進(jìn)行清砟,拆除擋砟板,再拆除梁縫蓋板。

(4)橋面護(hù)欄解體:拆除梁縫兩端護(hù)欄螺栓,使護(hù)欄與相鄰橋跨間處于分離狀態(tài)。

3 施工技術(shù)參數(shù)

3.1 千斤頂選取

(1)在進(jìn)行支座更換及復(fù)位施工時(shí),采用千斤頂將一孔梁片整體頂起。

橋跨總重量:2 片T 梁2×70=140 t;

步行板3.8 t;道砟30 t;軌枕8.5 t。

鋼軌:16.5×2×0.06=1.98 t;

總重量:140+3.8+30+8.5+1.98=182.28 t;

182.28×1.3=236 t=2 360 kN。

頂梁時(shí),在梁體活動(dòng)端設(shè)置2 個(gè)千斤頂;固定端直接承放在墩頂支座上。 則每端梁端的受力為N =2 360/2= 1 180 kN,則每個(gè)千斤頂?shù)氖芰镹 =1 180/2=590 kN。

(2)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),梁底與橋墩頂面高差最小為385 mm,支座上底板螺栓長(zhǎng)度最大為92 mm;支撐面最窄處寬350 mm。 墩頂尺寸如圖3 所示。

圖3 橋墩頂面尺寸(單位:cm)

(3)千斤頂選取:參照頂力及墩頂頂面尺寸,宜采用DYG200 型號(hào)的千斤頂兩臺(tái)。 單臺(tái)頂力為2 000 kN,千斤頂本高為360 mm,最大行程為200 mm,油缸外徑為245 mm,油缸內(nèi)徑為200 mm。

3.2 橋墩頂帽局部承壓檢算

(1)相關(guān)應(yīng)力參數(shù)

每個(gè)千斤頂?shù)氖芰镹1=590 kN。

既有橋墩頂帽為C25 混凝土,[σc]=6.8 MPa[2]。

千斤頂外徑為245 mm 的圓形,緊靠墊石布設(shè),則底面半徑為350-245/2=227.5 mm。

參照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1](GB50010—2010) 及《鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2](TB10092—2017)計(jì)算面積,有

局部承壓計(jì)算底面積Ac=3.14×(0.35-0.245÷2)2=0.162 5 m2

(2)局部承壓應(yīng)力檢算混凝土局部承壓提高系數(shù)

局部承受壓應(yīng)力

代入數(shù)據(jù),有

滿足設(shè)計(jì)要求。

(3)局部承壓力檢算[2]

fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值, 取11.9 N/mm2;

滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 梁縫縮小值檢算

梁體一端頂升發(fā)生位移,則梁體另一端垂直度發(fā)生變化,導(dǎo)致梁縫寬度縮小。 對(duì)支座梁縫進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),頂升高度按式(4)計(jì)算,T 梁高度為2.33 m,長(zhǎng)度為16.5 m,得出梁縫縮小值(見表1),滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 梁縫縮小值 mm

4 支座更換施工技術(shù)

4.1 支座及工料具準(zhǔn)備

(1)支座施工前,先進(jìn)行橋下排水、清淤、回填,再將新支座及千斤頂?shù)炔牧显O(shè)備運(yùn)至橋墩下。

(2)在墩頂橫橋向側(cè)面安裝一臺(tái)1 t 卷揚(yáng)機(jī),使用卷揚(yáng)機(jī)緩慢地將支座及千斤頂運(yùn)至墩頂待用。

(3)墩臺(tái)頂帽清理:清理墩臺(tái)頂帽上的土石塊及松散物質(zhì),用鋼絲刷對(duì)頂帽支座墊石表面的沉積物、雜物進(jìn)行清掃;對(duì)兩跨相鄰梁體之間的石渣進(jìn)行清理,為T 梁頂升時(shí)縮小梁縫預(yù)留空隙。

(4)千斤頂并聯(lián):對(duì)兩臺(tái)千斤頂進(jìn)行并聯(lián),使兩臺(tái)千斤頂均產(chǎn)生相同的油壓力。 每臺(tái)千斤頂分別設(shè)置控制閥,確保頂升過程中頂升高度一致。

(5)墊板準(zhǔn)備:為了增大千斤頂接觸面積,避免T梁梁肋產(chǎn)生過大的局部受力。 千斤頂下方采用300 mm×300 mm×20 mm(長(zhǎng)×寬×高)的正方形鋼墊板,上部采用800 mm×300 mm×20 mm(長(zhǎng)×寬×高)的鋼墊板,以擴(kuò)大承壓面積。

(6)臨時(shí)支撐:兩端空隙采用四個(gè)臨時(shí)支撐(見圖3)共同受力。

(7)試頂:

①試頂前對(duì)所使用的千斤頂進(jìn)行校驗(yàn),檢查其起頂能力;檢查千斤頂安裝是否垂直牢固。

②檢查防落梁、電纜槽、梁縫蓋板、橋面護(hù)欄的狀態(tài),確保頂升過程不受外力牽扯。

③在頂升前,應(yīng)檢查各個(gè)位置儀表、設(shè)備、梁體的情況,發(fā)現(xiàn)異常時(shí),應(yīng)停止頂升并分析原因,排除問題后方能繼續(xù)頂升。

4.2 切除墊石螺栓

(1)利用既有的橋墩側(cè)面掛籃作為施工作業(yè)平臺(tái),在墩頂側(cè)面安裝水鉆支架。

(2)采用直徑60 mm 的水鉆,由上至下進(jìn)行墊石砼鉆孔切割,至距螺栓20 mm 處停止,最終在1 個(gè)支座墊石上形成2 個(gè)80 mm(寬)×570 mm(長(zhǎng))×350 mm(高)的U 形槽。

(3)對(duì)墊石切割形成的U 形槽面進(jìn)行鑿毛處理,為灌漿前放入小型條形鋼筋籠做好準(zhǔn)備。

4.3 頂梁

(1)根據(jù)最長(zhǎng)螺栓長(zhǎng)度及作業(yè)空間確定頂梁高度(見表2)。

(2)頂升前,先在墩頂和墊石上畫出既有梁體腹板外側(cè)的投影邊線,采用標(biāo)尺測(cè)量?jī)善后w的頂升高度及橫向位移,產(chǎn)生偏差時(shí)及時(shí)調(diào)整。

(3)頂升前,根據(jù)既有支座位置在墊石上標(biāo)出支座十字交又中心線,保證落梁過程中支座的中心線與既有中心線重合。

(4)頂升過程中,應(yīng)嚴(yán)格控制兩臺(tái)千斤頂?shù)男谐掏?全程采用位移傳感器監(jiān)測(cè)梁體頂升位移情況。若兩個(gè)千斤頂?shù)母卟畛^0.5 mm,必須停止頂升,并調(diào)整其高差,使兩臺(tái)千斤頂?shù)男谐掏健?千斤頂安放于梁體重心線位置,每臺(tái)千斤頂兩側(cè)各設(shè)置2 個(gè)臨時(shí)支撐(見圖3)。

表2 各橋墩頂升高度 mm

(5)頂升高度為20 mm 時(shí),設(shè)置2 個(gè)頂升行程,每一頂升行程為10 mm;頂升高度為90 mm,設(shè)置3 個(gè)頂升行程,每一頂升行程為30 mm。 頂升速度按3 mm/min 控制。 頂升過程按下列程序進(jìn)行:①按預(yù)設(shè)荷載進(jìn)行加載頂升;②觀察儀表、設(shè)備、梁體的情況,認(rèn)真做好測(cè)量工作并及時(shí)匯報(bào)測(cè)量數(shù)據(jù);③頂升過程中發(fā)現(xiàn)異常情況,立即停止頂升并分析原因,排除問題后方能繼續(xù)頂升;每一個(gè)頂升行程結(jié)束后,進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的對(duì)比分析。

(6)在頂升過程中,梁體頂升到一定高度時(shí),采用預(yù)先加工好的鋼板加墊在臨時(shí)支撐上,臨時(shí)支撐高度為385 mm(見圖3);按頂升高度加3 mm,以確保臨時(shí)支撐墊片可以加入,并核查4 個(gè)臨時(shí)支撐高度在同一水平面上。

(7)按3 mm/min 的速度回收千斤頂,使梁體壓力轉(zhuǎn)換到臨時(shí)支撐上并拆除千斤頂。

4.4 支座更換與調(diào)整

(1)支座更換:切除墊石中預(yù)埋的地腳螺栓,頂升梁體88 ～92 mm(實(shí)測(cè)梁底上底板螺栓的伸出長(zhǎng)度),拆除既有支座(順梁體預(yù)埋螺栓下移滑出)并安放新支座(順梁體預(yù)埋螺栓上移滑入)。

(2)支座調(diào)整:切除墊石中預(yù)埋的地腳螺栓,頂升梁體高度20 mm,調(diào)整既有支座下底板,切割U 形槽,安裝新的地腳螺栓,緊固下底板螺帽。

(3)支座更換后,對(duì)新支座進(jìn)行檢查,確保各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

4.5 落梁

(1)在防落梁與梁體間加塞硬木,防止梁體發(fā)生橫向位移;在梁縫處加塞硬木,防止落梁時(shí)梁體發(fā)生縱向位移。

(2)落梁過程中,為確保支座位置正確,應(yīng)手動(dòng)打開高壓油泵的回油閥,在梁體及附屬重力作用下,回路及千斤頂中的液壓油反向流回油箱,使梁體緩慢下落就位。

(3)落梁時(shí),測(cè)量落梁過程中梁體的高度及橫向偏差,若梁體產(chǎn)生橫向位移,可采用10 t 千斤頂(利用防落梁)進(jìn)行糾偏。

(4)梁體就位后,對(duì)支座上鋼板與梁底的密貼情況、支座下鋼板與墊石的密貼情況進(jìn)行檢查,確保支座與梁底、墊石密貼。

(5)支座各項(xiàng)指標(biāo)檢查合格后,拆除千斤頂及臨時(shí)支撐等頂升設(shè)備并清理、收集相關(guān)工具。

4.6 模板封口、灌漿

(1)采用90 mm×350 mm 模板對(duì)U 形槽進(jìn)行封口。

(2)灌漿

①采用CGM-320A 支座灌漿料。

②灌漿料的攪拌:按水料比1 ∶0.16(重量比)配制灌漿料,采用攪拌槍攪拌,邊攪拌邊逐步投料,持續(xù)攪拌2 ～3 min。 攪拌好的漿料應(yīng)在25 min 內(nèi)灌注完畢。

③灌漿要求:從墊石側(cè)面灌入漿料,直至漿液溢出時(shí)停止灌漿,使?jié){液充滿已切開的支座槽;在漿液結(jié)硬過程中應(yīng)避免碰撞模板;在天窗施工時(shí)間內(nèi),應(yīng)確保漿液結(jié)硬,以避免列車通行振動(dòng)引起未結(jié)硬的漿液損壞。

4.7 線路、橋面系恢復(fù),更換長(zhǎng)鋼軌、應(yīng)力鎖定

每處支座更換、調(diào)整施工完畢后,需對(duì)線路、橋面系及時(shí)進(jìn)行恢復(fù),檢查復(fù)核相關(guān)參數(shù)是否達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。 梁縫蓋板恢復(fù)后,應(yīng)確保不漏砟;對(duì)施工中損壞的步行板和擋砟塊進(jìn)行更換。

待支座調(diào)整、復(fù)位全部結(jié)束后,需更換長(zhǎng)鋼軌,對(duì)線路進(jìn)行應(yīng)力放散與鎖定,并恢復(fù)無縫線路軌道。

5 整治效果

該橋支座經(jīng)過病害整治后,由長(zhǎng)期限速(80 km/h)恢復(fù)到設(shè)計(jì)速度(120 km/h);經(jīng)過近3 個(gè)月的運(yùn)營實(shí)踐,線路條件安全可控,達(dá)到了預(yù)期的效果。