皖贛單線小跨度梁鋼支座病害產生原因與整治措施

周紅旗 上海鐵路局蕪湖工務段

皖贛單線小跨度梁鋼支座病害產生原因與整治措施

周紅旗 上海鐵路局蕪湖工務段

通過對管內皖贛單線小跨度梁鋼支座病害的原因分析，針對平板鋼支座脫焊、錨栓剪斷、小弧形鋼支座錨栓剪斷等病害類型，從設計、施工及運營分析病害產生的原因，采取更換支座、橫向聯接、設置防橫移裝置等措施，消除設備病害，確保運輸安全。

皖贛單線；小跨度梁鋼支座病害；原因分析；整治措施

皖贛單線北起宣城，延展至貴溪市，跨越安徽、江西兩省。安徽境內貫穿皖南山區。寧國以南路基以高堤深塹為主，長大坡道多、橋梁涵洞多、小半徑曲線多，具有典型山區鐵路特點。

蕪湖鐵路工務段管轄皖贛單線的北段，修建于上世紀70年代。北起宣城站K55+311，南至倒湖站K342+500，與南昌鐵路局交界。段管內正線長287.189 km，其中橋梁187座/ 11 700.36 m，隧道32座/6 957 m，涵洞1 078座/23 834 m。（400～450）m小半徑曲線共93處/37.338 km。位于小半徑曲線內橋梁46座/3 834.08 m（平板鋼支座橋梁5座/288.1 m，小弧形鋼支座橋梁24座/1 047.68 m）。

1 鋼支座病害

支座是橋跨的支承部分。其作用是傳遞反力、滿足橋跨在荷載作用下的變位、固定橋跨在墩臺上的位置。支座要求有足夠的承載力，不約束設計允許的變形，便于安裝、養護、維修和更換。

鋼支座是靠鋼部件的滾動、搖動和滑動來實現支座的位移和轉動功能的。平板鋼支座構造簡單、加工容易，但反力不集中，梁端不能自由轉動，伸縮時要克服較大摩阻力。弧形鋼支座是將平板支座上、下座板的平面接觸改為弧面接觸，反力能集中傳遞，梁端也能自由轉動，但伸縮要克服較大摩阻力。所以上述兩種支座只適用于較小跨度的梁。

根據蕪湖工務段2014年秋檢資料統計顯示，皖贛單線小跨度梁鋼支座病害主要有以下形式：鋼部件裂損和脫焊；鋼部件銹蝕和磨損；錨栓剪斷和松動；上下座板與梁底及支承墊石不密貼。鋼支座劣化評定為B級及以上的共三座橋（具體見表1）。發現病害后，段及時向上級匯報并采取增設防橫移裝置等臨時加固措施，確保行車安全。

表1 皖贛單線小跨度梁鋼支座B級及以上病害統計

2 原因分析

通過對現場病害的判別，調閱竣工資料，結合平時養修經驗，從設計、施工、運營及養修等方面，分析支座病害產生的原因。

2.1 設計原因

皖贛單線修建于上世紀70年代，為適應山區地形的變化、減少工程量、降低工程造價，許多橋梁修建在曲線半徑為400 m的地段，設計等級較低。橋梁設在曲線上有以下缺點：橋梁結構設計和施工不便；更換鋼軌和整正曲線較困難；線型易變形造成過大偏心，對墩臺受力不利；曲線地段離心力造成行車搖擺對支座受力和行車安全均屬不利。三座橋的支承墊石高度、支座錨栓的直徑、埋入墩臺的深度均不符合現行標準。如：139#、38#橋支承墊石高為12 cm；139#橋、38#橋支座下座板錨栓均采用直徑小于25 mm的16 mm螺紋鋼替代。三座橋兩片梁間均未橫向聯結，墩臺處未設置防梁體橫向位移裝置。

2.2 施工原因

由于70年代工程施工管理不規范，第三方監督制度不完善，施工質量較差。

2.2.1 錨栓受損

梁體在吊裝過程中上錨栓被撞彎，錨栓結構受損；或下錨栓與支承墊石預留孔位置超過允許值，安裝不上時，采用其他方法造成錨栓傷害。在后期運營過程中病害繼續發展直至錨栓折斷。

2.2.2 支座安設不平

支座安設時，支承墊石頂面不平或不實，造成支座三條腿現象，致使錨栓受力不均。個別錨栓承受較大的水平推力和橫向力而首先發生裂損，在列車動荷載的反復作用下，發生折斷。

2.2.3 焊接工藝的缺陷

通過病害整治，對換下的平板鋼支座進行檢查、分析，發現墊板與上、下座板的焊接質量較差，存在焊縫長度、高度不夠等現象。焊接殘余應力在動載作用下加快疲勞裂紋發展的速度，從而降低了焊縫及附近主體金屬的疲勞強度，造成鋼構件的脫焊。

2.2.4 其他

支座未按設計溫度要求正確安裝定位，以致在最高或最低氣溫時位移受阻。

2.3 運營、保養原因

皖贛單線屬于客貨共線鐵路。該三座橋梁均位于曲線半徑R=（400～450）m地段。鋼軌超高設置不合理（現場鋼軌有側磨）。由于離心力與行車速度的平方成正比，與曲線半徑大小成反比。隨著皖贛單線運行列車的軸重和密度不斷增加，列車動荷載的作用不斷加大，傳遞到支座處水平力的加大是支座錨栓折斷主要原因之一。三座橋均為簡易的吊圍欄，支座保養空間不足（平板鋼支座構造高度只有90 mm），平時支座保養不到位，現場存在支承墊石面積水、支座流銹等現象，尤其銹蝕造成錨栓受力截面減小。平板鋼支座由于平面鋼板積垢與銹蝕使支座“凍死”失效，弧形鋼支座由于弧形接觸面接觸應力過大被壓平，接觸面不平有凹槽及磨損，支座不能正常轉動，使錨栓受剪。

3 整治措施

通過對現場認真調查和綜合分析，決定采取更換支座、梁體橫向聯結、墩臺處設置防梁體橫移裝置三管齊下的整治措施。其中支座更換原則：采用板式橡膠支座替換平板鋼支座和同類型支座更換兩種方案（見表2）。

下面以139#橋支座更換為例進行說明：

3.1 板式橡膠支座替換平板鋼支座

皖贛139#橋結構形式為（2～8.0）m低高度板梁，平板鋼支座，橋上鋪設P60無縫線路，曲線半徑R=400 m，坡度為4.3‰，梁底寬為800 mm。根據設備和線路的技術條件，采用板式橡膠支座換平板鋼支座的方案，以減少日后的保養、維修工作量。板式橡膠支座型號為：TBZ（200×350×25）mm-CR，原平板鋼支座高度為90 mm，采用設置限位條的10 mm鋼板粘貼于梁底，限制橡膠支座的橫向剪切變形或縱向竄動。支座底需搗砂45 mm，以調整兩種不同類型支座的高差。

表2 三座橋支座病害整治措施

3.1.1 準備工作

施工前對梁體進行預應力橫向聯結。根據施工計劃，提前做好人員、材料、機具、加工件準備工作。并聯系好線路車間做好應力放散和封鎖點內配合及慢行期間的線路觀測、養護工作。

3.1.2 施工步驟

結合現場實際及梁重采用6臺50 t千斤頂，實用4臺，其中2臺備用。提前要點進行線路應力放散作業。具體步驟如下：

①搭設橋墩腳手架及工作平臺，并在外圍安裝尼龍安全網；在支承墊石外側用水平尺劃出水平線、十字線。

②將曬干篩凈（直徑0.5 mm～1 mm）的細砂與P.O42.5級水泥,按1：1的比例（體積比）干拌均勻備用，在封鎖點下達15分鐘前再灑水拌至手能捏成團而不松散、不濕手為宜。

③待封鎖開始后，拆除影響范圍內的線路扣件螺栓，避免梁上橋枕同時頂起增大重量及破壞道床狀態，減少線路搗固工作量。同時采用臨時支護方式將鐵路通信電纜臨時支護，防止起落梁拉斷電纜。

④將已放置好的千斤頂打起頂住梁底達到受力。準備工作做好后施工負責人統一指揮即開始試頂，經調試性能完好即開始正式頂升更換支座作業。

⑤切除支座上、下座板錨栓，拆除舊支座，切割并打磨剩余在墩臺及梁體內的錨螺栓，清除支座及梁底部雜物，用高壓風吹干凈。

⑥利用事先準備好的搗砂模具，對墩臺進行搗墊砂漿，待搗砂完畢后，抄墊雜木及鋼板，落梁，同時恢復橋上線路。

⑦利用第二封鎖點頂梁，抽除臨時抄墊的雜木及鋼板，利用粘鋼專用膠（SHO-BOND#101）粘貼鋼板于梁底，在支承墊石上按照設計位置劃好十字線，將平板橡膠支座安放到位，支座抄平。落梁到位后恢復橋上線路，清理墩臺頂工具、材料，將支座周邊砂漿用搗固鏟搗固密實并濕漿封閉；最后用高壓風吹凈墩臺頂灰塵。

⑧墩臺處梁體防橫移裝置的安裝。

3.2 同類型支座更換

皖贛38#橋結構形式為（1～5.5）m鉿π梁，平板鋼支座，橋上鋪設P60無縫線路，曲線半徑R=400 m，坡度為1.9‰，梁底寬為310 mm；皖贛31#橋結構形式為（1～16）m鉿低高度T梁，小弧形鋼支座，橋上鋪設P60無縫線路，曲線半徑R=450m，坡度為4.8‰。根據設備和線路的技術條件，均采用更換同類型支座的方案。

施工步驟與皖贛139#橋類似。先對梁體進行橫向連結，在封鎖點內進行支座更換，最后在墩臺處進行防橫移裝置的安裝。不同之處是，皖贛38橋#為π梁，按標準圖HJ(2008) 12-Ⅱ進行橫向聯接。皖贛31#橋更換TGZH8.2-ZX小弧形支座，每套重237.13 kg。因為較重，為安裝方便，用φ8的圓鋼將待安裝的小弧形支座的上下座板焊接在一起。采用導軌安裝到位后，再割開。

3.3 更換支座質量要求

支座的質量和規格符合標準，支座位置安裝正確；支座平整、密貼、無縫隙；活動支座滾動（滑動）面應保持潔凈潤滑，保證梁跨伸縮、轉動自由。固定支座應穩固可靠；支撐及限位設備齊全；鑿埋螺栓直徑及埋入深度符合規定，位置偏差小于5 mm，螺栓桿正直無松動，周圍砂漿填實無松動、無裂紋；支座搗砂前將墩臺面鑿毛洗凈，水灰比、砂漿配比符合規定，拌合均勻，搗固密實，周圍抹面平整，無裂紋，與座板縫隙小于1 mm，深度小于30 mm，排水良好。

4 效果

在整治過程中，新材料、新技術、新工藝的應用，提高了施工效率。如：支座上座板錨栓因其埋在梁體內，折斷后較難處理，一般處理方案在支座旁鑿除部分混凝土，取出舊錨栓，更換新錨栓。本次采用SHO-BOND#101粘貼鋼板技術，有效地攻克了這一難題，整治后，經過近一年多時間的后期觀測，該三座橋的設備狀態穩定，無新增病害。

通過對三座橋支座的徹底整治，找到病害產生的原因，消滅了設備病害，確保了行車安全。為今后同類型橋梁的檢查、保養、維修提供了寶貴經驗。

5 結語

隨著鐵路運營和發展，皖贛單線的設備逐年老化，設計、施工等先天性不足使設備病害逐漸暴露。工務段作為設備管理單位只能加強檢查、監控，及時發現病害設備，通過預防性的保養、維修降低設備劣化的速率。徹底的消滅病害還需要進行大修工程整治。

[1]《鐵路橋隧建筑物修理規則》.北京.中國鐵道出版社.2010.

[2]《鐵路橋隧建筑物修理規則條文說明》.北京.中國鐵道出版社.2011.

[3]李亞東.《橋梁工程概論》.西南交通大學出版社.2005.

[4]易思蓉.《鐵路選線設計》.西南交通大學出版社.2001.

責任編輯：王華 張建強

來稿日期：2017-01-16