張彥峰

（中鐵路安工程咨詢有限公司，天津 300171）

0 引言

目前，我國(guó)高速鐵路網(wǎng)的建設(shè)很大程度改善了部分老舊鐵路運(yùn)能低、服務(wù)差、速度慢等問題，但20世紀(jì)70年代甚至更早投入運(yùn)營(yíng)的老舊鐵路，已很難滿足當(dāng)今鐵路運(yùn)輸高質(zhì)量發(fā)展需求［1-3］。在不影響列車運(yùn)行的情況下，對(duì)既有運(yùn)營(yíng)鐵路構(gòu)筑物進(jìn)行改造加固，要保證安全、質(zhì)量控制，并使施工作業(yè)影響最小，具有較大的難度。以京通鐵路電氣化改造項(xiàng)目為背景，研究可有效避免對(duì)既有設(shè)備和線路運(yùn)營(yíng)造成影響，保證鐵路線路提速改造進(jìn)度的施工方案，以完成既有運(yùn)營(yíng)鐵路橋墩的加固施工組織，并實(shí)現(xiàn)施工過程中的安全、質(zhì)量控制。

1 項(xiàng)目概況

京通鐵路電氣化改造工程項(xiàng)目位于石城河大橋—伊遜河大橋（K78+804—K231+163），共計(jì)30座大中橋梁，涉及圓形、矩形橋墩共126個(gè)。橋墩加固一般采用鋼筋混凝土抱箍方式，在橋墩外側(cè)增設(shè)厚度300 mm的鋼筋混凝土，施工工藝一般包括：承臺(tái)土方開挖，橋墩表面鑿毛、植筋（包括承臺(tái)豎向鋼筋和垂直墩面L型鋼筋），鋼筋綁扎、焊接，滿堂腳手架的搭設(shè)、拆除，定型或不定型模板的安裝、拆除，混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)（保溫和保濕）等［4］。

2 橋墩加固技術(shù)

2.1 全過程滿堂腳手架作業(yè)

按照設(shè)計(jì)加固要求，滿堂腳手架需在開挖至承臺(tái)標(biāo)高后，利用承臺(tái)作為滿堂支架的基礎(chǔ)進(jìn)行搭設(shè)，同時(shí)按要求滿鋪?zhàn)鳂I(yè)跳板、滿掛防火節(jié)能的密目網(wǎng)、搭設(shè)必要的上下通道（馬道），然后進(jìn)行墩面鑿毛處理、植筋、綁扎鋼筋等作業(yè)，腳手架距離橋墩墩面不得過大或過小。若進(jìn)行圓形墩加固，普通矩形鋼模板（300 mm×1 500 mm×10 mm）拼接施工簡(jiǎn)單方便，倒運(yùn)無須吊車等垂直運(yùn)輸機(jī)械，僅小型電動(dòng)葫蘆即可滿足作業(yè)要求，但易出現(xiàn)澆筑后墩面棱角明顯、打磨難度大等質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)；若選擇定型鋼制模板，則模板倒運(yùn)、安裝安全風(fēng)險(xiǎn)高，腳手架搭設(shè)范圍距墩面不能太近，鋼管扣件等周轉(zhuǎn)材料使用量增加。定型鋼模板的表觀質(zhì)量可滿足要求，但投入較大，且須定制多套鋼模板以開展不同直徑的圓形橋墩加固。

2.2 圓形墩定制鋼模板附加操作平臺(tái)作業(yè)

該工藝在橋墩墩面鑿毛植筋處理時(shí)，與全過程滿堂腳手架作業(yè)相同，但自模板安裝存在較大差別。在安裝模板前，可將搭設(shè)的腳手架拆除，利用定型鋼模板外焊接簡(jiǎn)便的操作平臺(tái)，與安全繩、安全帶配合，實(shí)現(xiàn)模板的安裝、拆除，混凝土的澆筑、養(yǎng)護(hù)，避免吊運(yùn)鋼模板時(shí)模板與腳手架碰撞，節(jié)約自模板安裝養(yǎng)護(hù)階段的鋼管、扣件租賃費(fèi)用，安全繩、安全帶可利用已綁扎的豎向、橫向鋼筋交叉點(diǎn)作為固定點(diǎn)。

2.3 竹膠板與鋼模板對(duì)比

該工藝一般為滿足加固后矩形橋墩原有樣式而應(yīng)用。若選取大型矩形鋼模板，垂直運(yùn)輸較困難；若選取小型矩形鋼模板，可能因拼接縫過多造成漏漿，成型后表面棱角明顯，蜂窩、麻面、裂縫的質(zhì)量缺陷較突出；若選取竹膠板（1 220 mm×2 240 mm×15 mm），不但減少拼接、減輕質(zhì)量，模數(shù)也容易根據(jù)實(shí)際尺寸切割。因此，在完成施工任務(wù)前，技術(shù)措施的選擇至關(guān)重要，須多次比選，以保證質(zhì)量和施工安全為目的，合理優(yōu)化措施。矩形橋墩竹膠板加固吊罐澆筑混凝土設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 矩形橋墩竹膠板加固吊罐澆筑混凝土設(shè)計(jì)圖

2.4 加厚混凝土抱箍與定制鋼模板對(duì)比

根據(jù)設(shè)計(jì)圖，墩高8.5～33.0 m，橋墩墩底直徑3.08～5.75 m，坡比（L∶1）為24～47。若按照原設(shè)計(jì)300 mm統(tǒng)一加固，須定制N套圓形鋼模板滿足施工需求?？紤]設(shè)計(jì)初衷，建議適當(dāng)加厚抱箍混凝土，優(yōu)化鋼模板定制數(shù)量。汛期河道橋墩無法加固施工、每座橋之間的模板周轉(zhuǎn)倒運(yùn)數(shù)量大、實(shí)際周轉(zhuǎn)難度大等客觀因素，須協(xié)同參建各方洽商，在確保工程質(zhì)量的前提下，盡可能節(jié)約資源。為保證工程質(zhì)量，定制定型化鋼模板，則廢舊鋼模板處理可能無法保障施工成本。

2.5 加固方案確定

針對(duì)多種橋墩加固方法，進(jìn)行墩跨中上部橫向振幅分析、墩頂?shù)撞繖M向振幅分析、橋墩上部橫向自振頻率分析等計(jì)算［5-7］。結(jié)果表明，采用鋼模板和附加操作平臺(tái)方案橋墩加固施工方法，效果相對(duì)更優(yōu)。

3 加固設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

3.1 加固設(shè)計(jì)原則

根據(jù)模型分析，橋墩基礎(chǔ)加固工程主要采用以下設(shè)計(jì)原則：

（1）根據(jù)有限元理論模型分析基礎(chǔ)及有限元模型結(jié)果，可適當(dāng)增加橋墩橫向混凝土基礎(chǔ)連接截面尺寸，合理進(jìn)行橋墩基礎(chǔ)抗震加固。

（2）可直接結(jié)合開行30 t軸重墩的一些特殊工況要求，根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)際，檢測(cè)計(jì)算墩頂橫、縱向位移值，分析估算墩頂橫向剛度超限值，再進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固方法的選型設(shè)計(jì)。

（3）在加固設(shè)計(jì)方案中，應(yīng)盡可能降低噪聲對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)功能的影響。

（4）通過該工程施工區(qū)域內(nèi)鐵路貨運(yùn)列車運(yùn)營(yíng)條件和編組模式，對(duì)橋梁構(gòu)造荷載設(shè)計(jì)的環(huán)境適應(yīng)性要求進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)及分析，在橋梁構(gòu)造加固時(shí)，采用與設(shè)計(jì)不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。重車線負(fù)荷計(jì)算采取ZH活載圖示，按系數(shù)Z=1.2取值，根據(jù)既有運(yùn)營(yíng)鐵路中-活載線的現(xiàn)行設(shè)計(jì)負(fù)荷計(jì)算準(zhǔn)則，進(jìn)行測(cè)算和取用。

（5）加固區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)采用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)C30混凝土，采用國(guó)標(biāo)HRB400系列鋼筋，其各項(xiàng)性能應(yīng)分別滿足GB/T 1499.2—2018《鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋》、GB 50111—2006《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、TB 10002.4—2005《鐵路橋涵混凝土和砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》等［8-10］。加固安裝過程施工中，植筋膠產(chǎn)品須符合現(xiàn)行相關(guān)生產(chǎn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 加固施工關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

（1）應(yīng)認(rèn)真測(cè)量、計(jì)算既有運(yùn)營(yíng)鐵路鉆孔與設(shè)備等的數(shù)量關(guān)系，做好對(duì)既有橋梁線纜系統(tǒng)的檢查與保護(hù)。

（2）在橋墩澆筑前，完成整個(gè)橋墩構(gòu)件及鋼材的全面檢查，盡可能防止因地震傷及鋼筋。若出現(xiàn)干擾影響，應(yīng)正確移動(dòng)植筋器部位，移動(dòng)前后間隙≤5 cm。

（3）在新舊鋼筋混凝土界面的銜接部位，原則上鋼筋混凝土植入筋深度≥20 cm。在施工操作中，盡量保證所種植鋼筋的連接鋼筋部位不產(chǎn)生腐蝕，并合理縮短鋼筋接鋼筋部位的施工間距，以及混凝土植筋深度施工之間的間隔時(shí)間。若與后續(xù)施工鋼筋施工間距大或間隔時(shí)間久，應(yīng)事先做好其他安全防護(hù)，且施工鋼筋應(yīng)盡可能與原植入施工鋼筋形成安全聯(lián)系。

4 主要工序施工技術(shù)

為切實(shí)保證建設(shè)工程各項(xiàng)基本施工過程的健康安全、合理有序，在現(xiàn)場(chǎng)制定組織與施工作業(yè)方案時(shí)，應(yīng)同時(shí)遵循橋墩加固主要工序施工技術(shù)流程（見圖2）。

圖2 橋墩加固主要工序施工技術(shù)流程圖

4.1 新增樁基施工

在沉井施工完成并驗(yàn)收合格后，為保證行車安全，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)既有墩基礎(chǔ)上下游位置，分次進(jìn)行鉆孔樁基礎(chǔ)施工，墩身周圍宜均勻布置至少10根鉆孔樁。鉆孔樁直徑1 m、樁長(zhǎng)約6 m，并深入原孔樁基底緣巖層深度≥1.5 m。在現(xiàn)場(chǎng)鉆機(jī)入壩或基巖性成井的多孔樁施工作業(yè)中，為減小鉆機(jī)作業(yè)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)地面、既有樁的高架橋墩，以及柱體內(nèi)部與新樁承臺(tái)層之間產(chǎn)生局部壓力差和干擾，宜先采用對(duì)稱鉆機(jī)作業(yè)。完成混凝土澆筑和工程驗(yàn)收后，適當(dāng)應(yīng)用超聲波檢驗(yàn)技術(shù)或用小應(yīng)變法，實(shí)現(xiàn)對(duì)樁基狀態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)。

4.2 基底注漿處理

樁基施工完成后，一般應(yīng)單面施工，分次開挖基坑，并進(jìn)行基底裂隙注漿處理。鑿除新增承臺(tái)底部風(fēng)化的巖層，露出新鮮巖面，對(duì)基底巖層進(jìn)行注漿加固處理。壓注水泥漿液時(shí)，要隨時(shí)檢查注漿壓力，壓力以0.6～1.2 MPa為宜。如遇跑漿則停止，換注其他孔。注漿處理完成后，用高壓水槍將巖層頂面沖洗干凈，澆筑素混凝土至新增承臺(tái)底面標(biāo)高位置，分擔(dān)新增混凝土自質(zhì)量對(duì)原基礎(chǔ)產(chǎn)生的壓力。

4.3 新增承臺(tái)結(jié)構(gòu)和墩身外包鋼筋混凝土施工

（1）樁基施工完成后，在原基礎(chǔ)、橋墩上進(jìn)行鉆孔植筋，同時(shí)澆筑新增承臺(tái)和橋墩套箍鋼筋混凝土。新增承臺(tái)布置在水面以下，分為2層，每層高1.5 m。新增承臺(tái)底面與原基礎(chǔ)第2層臺(tái)階底面平齊。

（2）為保證新增混凝土部分與既有結(jié)構(gòu)的黏結(jié)效果，在既有橋墩與新增承臺(tái)連接的部位鑿深30 cm、高100 cm的環(huán)形三角槽，并在距既有橋墩的擴(kuò)大基礎(chǔ)頂面30 cm處鑿深30 cm、高70 cm的環(huán)形楔形槽，并對(duì)其他新增承臺(tái)位置的基礎(chǔ)、橋墩表面和托盤頂面進(jìn)行鑿毛處理，鑿成深度≥6 mm的凹凸面，并露出新鮮混凝土。在承臺(tái)、橋墩混凝土澆筑前，應(yīng)將鑿槽和鑿毛后的混凝土表面用高壓水沖洗干凈，保持界面濕潤(rùn)，但不能有積水。

（3）分別進(jìn)行新增承臺(tái)和橋墩表面套箍混凝土范圍內(nèi)植筋、既有基礎(chǔ)內(nèi)水平植筋、承臺(tái)底面布設(shè)水平受力鋼筋。沿既有墩身，在原基礎(chǔ)內(nèi)豎向植筋，布置豎向受力鋼筋，植筋深度滿足受力鋼筋錨固要求，從而解決目前重力式橋墩配筋率低的問題。最后，澆筑混凝土。植筋按梅花形布置，植筋直徑20 mm，間距40 cm。

4.4 基礎(chǔ)沖刷防護(hù)處理

為減小后期流水性侵蝕作用對(duì)新建筑基礎(chǔ)部位形成明顯的或局部輕微的水沖刷，在新增承臺(tái)施工完成后，將新增下層承臺(tái)頂面以上的臨時(shí)結(jié)構(gòu)沉井拆除，在沉井內(nèi)填筑砂夾石并澆筑C20抗凍混凝土封頂。同時(shí)，將沉井周圍及河道內(nèi)施工填土全部挖除，并在沉井周圍拋投2層鍍鋅鐵絲石籠，進(jìn)行基礎(chǔ)沖刷整體防護(hù)。沖刷防護(hù)頂面及沉井內(nèi)封頂混凝土頂面的標(biāo)高與新增下層承臺(tái)頂面平齊，滿足基礎(chǔ)底部埋置深度要求。

5 結(jié)束語

京通鐵路全線電氣化改造工程項(xiàng)目橋墩整體加固設(shè)計(jì)施工均采用鋼模板和附加操作平臺(tái)方案，施工過程的機(jī)械化簡(jiǎn)易機(jī)械化程度高和投資成本方面的有效節(jié)約等情況均顯而易見。施工成果于2019年9月開始應(yīng)用于京通鐵路北京市昌平區(qū)至河北省隆化段的電氣化線路改造項(xiàng)目工程中的興洲河特大橋、伊遜河特大橋等橋墩的加固改造施工。采用本設(shè)計(jì)施工方法組織的施工，豐富了鐵路橋墩加固技術(shù)的先進(jìn)施工管理經(jīng)驗(yàn)，操作靈活簡(jiǎn)便，保障了線路施工管理中人員、機(jī)械、財(cái)產(chǎn)的基本安全，避免了對(duì)既有工程設(shè)備安全的重大破壞。保證了既有運(yùn)營(yíng)鐵路提速改造設(shè)計(jì)施工進(jìn)度，獲得各方充分認(rèn)可配合和積極好評(píng)，取得良好、顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。