鐵路空腹式T型橋臺裂縫整治方法與實踐

李 剛 中國鐵路上海局集團有限公司工務處

1 引言

橋臺類型根據橋址地形、地質、水文、線路、上部結構、施工條件、剛度要求和經濟等因素綜合選定。鐵路常用有U型、T型、耳墻式、埋式橋臺等。T型橋臺因截面型式較合理，在大中橋及復線橋普遍使用，由基礎、臺身、臺頂3部分組成。T型橋臺長度隨著填土高度的增高而增長，導致高路堤橋臺圬工量大增，空腹式T型橋臺應運而生（見圖1）。整體拱式結構橋臺設計，采用漿砌混凝土拱代替實體圬工，空出拱下部分，減少圬工用量。

圖1 空腹式T型橋臺實景圖

由于鐵路建設期設計標準、施工技術，運營期荷載提升、年久失修等綜合因素影響，橋臺逐漸產生裂縫。裂縫的出現會在一定程度上削弱橋臺強度、剛度及穩定性，降低結構承載力和耐久性，對結構及行車安全構成威脅。因此，研究橋臺裂縫產生的原因并提出相應的解決方法，就顯得意義重大。

2 裂縫成因簡析

裂縫的出現和開展影響因素很多，在缺乏現場調查及病害數據記錄的情況下，很難針對性分析出裂縫產生的具體原因。故對運營當中發生開裂的空腹式T型橋臺，分析其裂縫產生的原因，大致分為以下幾種。

（1）網狀裂縫大多由于混凝土收縮、內外溫差產生的溫度應力造成。

（2）豎向裂縫大多由于基礎不均勻沉降或承載力不均所致。

（3）施工質量不良，混凝土工作縫處理不當，在結構接茬處產生裂縫。

（4）鐵路快速重載列車大面積開行，混凝土質量差，線路狀態不良等，在長期荷載作用下，逐漸產生裂紋并繼續發展，隨著時間的增長，越來越大。

（5）拱頂圬工厚度不足，橋上道砟厚度過薄，致使拱跨處沖擊力過大，損壞防水層、保護層，導致臺頂道砟槽裂縫。

（6）臺頂拱圈施工不良，拱跨處截面較弱，拱圈砌縫抗剪強度較小，裂縫從臺頂道砟槽沿著拱圈砌縫開裂。

3 裂縫整治方法

圬工拱、臺在恒載下出現裂縫，環境中的水、有害氣體易滲入縫隙造成鋼筋銹蝕，水滲入縫隙內會引起凍脹使圬工裂縫擴大與風化，日后將影響結構耐久性，所以對圬工結構的裂縫寬度加以限制，裂縫寬度超過限值應加強觀測，分析原因，進行整治。依據《鐵路橋隧建筑物修理規則》規定，圬工拱、臺恒載裂縫寬度限值如表1所示。

表1 圬工拱、臺恒載裂縫寬度限值

裂縫整治應恢復裂縫處結構整體性和耐久性，對于超過恒載裂縫寬度限值的橋臺裂縫，應根據種類、位置、發展程度及產生原因，采取相應的加固措施。

（1）裂縫寬度較小已趨穩定，未上下貫通或左右對稱，過車時無明顯張合現象，經分析不影響橋臺安全時，采用注膠封閉修補及聚合物砂漿罩面進行加固。

（2）裂縫較寬、較多且有繼續發展趨勢者，應找出裂縫發生的原因，采取有效的加固措施。因基底應力不足而發生裂縫的，應擴大基礎、加打基樁或改建小跨度橋梁。因圬工質量或施工技術不良而發生裂縫的，可采用注膠修補及鋼筋混凝土包箍進行加固（見圖2），如有斷裂貫通裂縫，需再進行壓力注漿整治。

（3）裂縫上下貫通、左右對稱、縫口錯牙、張合嚴重且持續發展，影響橋臺承載能力及行車安全的，應采取局部翻修或拆除重建的方法進行加固。

圖2 鋼筋混凝土包箍加固臺身示意圖

4 加固實踐

4.1 橋臺概況

某線#92橋為鋼橋改造利用，因當時資源匱乏，將#0臺改造為空腹式T型橋臺，擴大基礎，后采用漿砌片石填實拱內。檢查發現臺頂跨中附近人行道板拉開斷裂，產生較大破裂體；裂縫向下延伸，鋼筋混凝土道砟槽及混凝土拱圈產生豎向貫通裂縫(最大縫寬達10 mm)，拱圈縫口錯牙，裂縫滲水，混凝土蜂窩破損；臺頂縱墻與臺帽接筑面有水平裂縫，并在列車經過時有明顯的上下開合現象，裂縫沿縱墻延伸長約2 m；裂縫狀態有持續發展趨勢。

現場實地調查梁縫、支座、護錐等設備狀況，并查驗竣工地質資料，地基為泥巖板狀碎石帶，基本承載力為600 kPa，經檢算排除基底承載力不夠導致不均勻沉降產生的裂縫。該橋于1978年建成，臺頂混凝土質量差，施工技術低，后期養護維修不及時，經過多年運營造成嚴重劣化，因此根據橋臺現狀，提出2個加固方案。

4.2 加固方案

方案一：在既有拱圈下增設新鋼筋混凝土拱圈，同時加大拱內邊墻截面支承新拱圈進行加固，簡稱“托拱”法（見圖3）。為使新舊拱圈聯結緊密，共同受力，一般采用鉆孔植筋方式連接。然而舊拱圈已經被壓潰，加之拱圈半徑小，跨度短，難以保證新舊拱圈結合的施工質量。施工拱內邊墻支承需架設吊軌軌束組加固橋臺線路，鑿除原拱內漿砌片石及部分橋臺護錐，因橋臺較高，施工難度大、風險高。

方案二：翻砌臺頂。鑿除原橋臺臺頂結構，包括混凝土拱圈、縱墻、鋼筋混凝土道砟槽及人行道等，重新設計臺頂縱墻、道砟槽及人行道板，恢復橋臺結構及功能。該方案將空腹式橋臺更換為實體圬工橋臺，改變橋臺結構體系，可一次性改造到位，不留后患，徹底解決臺頂病害及缺陷。缺點是翻砌臺頂施工要架設施工便梁過渡，解除原臺頂承受的從線路及臺后路堤填土傳來的壓力并維持通車，保證線路正常運營，會導致線路慢行時間長。同時便梁支墩設計，便梁架設施工也存在較大難點。對比兩個方案，從后期管理、養護、維修上分析，方案一需長期觀測加固后使用狀態的穩定情況，費時費工。即使拱圈加固效果良好，臺頂道砟槽托盤貫通裂縫及臺帽張合裂縫仍存在安全隱患，難以根治。綜合考慮設計、施工、工程造價等因素，采用方案二較為合理。

圖3 舊拱圈下增設新拱圈加固示意圖(單位：cm)

4.3 加固設計

圖4 臺頂構造正面圖(單位：cm)

橋臺臺頂按縱墻、道砟槽托盤及懸臂人行道板設計（見圖4）?？崭故浇Y構改建為實體圬工，梁式結構代替拱式結構。為跨越拱下空間，增強臺頂結構抗彎承載能力，避免產生裂縫，臺頂結構按簡支鋼筋混凝土單跨深受彎構件進行受力計算，采用容許應力法檢算截面尺寸及鋼筋配置?？v墻混凝土強度等級為C30，主要縱向受拉鋼筋為φ14 mm，間距10 cm，分三層布置在縱墻下翼緣。原設計臺頂道砟槽采用深槽式（即臺尾處軌底至道砟槽頂高度為1.0 m，胸墻至臺尾按斜坡設置），本設計為保證改建橋梁枕下道砟厚度不小于0.35 m，將軌底至道砟槽頂之距離均設置為0.6 m，并設雙側橫向排水坡及泄水管。

4.4 翻砌臺頂加固

（1）移架低高度施工便梁，于臺后路基澆筑混凝土條型基礎。

（2）橋臺頂帽及托盤橫向綁寬，檢算頂帽局部承壓及受力截面抗彎、抗剪承載能力，在頂帽上澆筑鋼筋混凝土獨立基礎。

（3）架設D24施工便梁架空線路，便梁支點分別落在橋臺頂帽獨立基礎及臺后路基條型基礎上。（見圖5、圖6）

圖5 橋臺綁寬及便梁架設布置立面圖(單位：cm)

（4）鑿除原橋臺道砟槽托盤、臺頂縱墻、混凝土拱及部分拱內漿砌片石。

（5）澆筑臺頂縱墻及道砟槽托盤，埋設道砟槽泄水管，鋪設防水層及保護層。

5 結束語

（1）橋臺作為橋梁重要的傳力結構，工務部門應周期性檢查并做好記錄形成臺賬，作為日后橋梁設備管理、病害原因分析、大修加固等的重要依據。

（2）對出現裂紋的橋臺切記不能放任不管，須貫徹預防為主，防治結合的原則，及時養護維修，從初始狀態制止裂縫的產生，以免進一步發展導致裂縫加劇。

（3）空腹式T型橋臺的設計雖能節省圬工用量，但隨著鐵路長期發展，該類橋臺型式的設計已不多見，對既有空腹式T型橋臺則需逐步加固或改造。

（4）翻砌整治臺頂結構，利用橋臺頂帽及托盤進行綁寬加固，架設便梁，保證施工期間臨時通車要求，為工程實施提供技術保障，實用性強、施工方便，能徹底解決臺頂病害，可為類似橋臺加固提供參考和借鑒。

圖6 橋臺綁寬及便梁架設布置正面圖(單位：cm)