既有鐵路柔性橋墩加固改造技術

趙振鵬 （中鐵二十一局集團有限公司第五工程有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 引言

上個世紀60年代，我國在成昆線試驗柔性墩橋并取得了成功，后來相繼在廣羅線、貴昆線、邯長線、沙通線、皖贛線等13條鐵路線采用柔性橋墩[1]。柔性橋墩相比實體橋墩能夠明顯的節約成本，可節省圬工2/3，但是受力變形大，受力機理相對復雜，不能滿足擴能改造后的鐵路運營要求[2]。邯長鐵路擴能改造工程設計將所有柔性橋墩加固為剛性墩，且鐵路不能中斷運營，而柔性墩的加固在國內可參考的技術較少。常用的橋墩加固方法包括外包鋼法、增大截面法、FRP片材法、預應力技術法等方法，這些方法雖然已被列入國家標準，但是各有優缺點[3-6]，而針對既有鐵路，選擇經濟、可行的加固方法是難點，研究不中斷運營條件下的鐵路工程柔性橋墩加固技術具有一定的現實意義。

2 工程概況

邯長鐵路是晉煤外運南通道的重要組成部分，全長221.7km，始建于1978年，設計運輸能力1390萬t，為了提高運能，2010年對邯長鐵路進行擴能改造，將原有23座橋梁的92個柔性墩加固改造為剛性墩，鋪設無縫線路，以滿足120km/h的列車行車速度。

3 總體施工方案

對全線柔性橋墩進行現場調查，查閱既有橋墩的設計資料，從新舊混凝土結合、墩身受力、體系轉換、行車安全、經濟性等方面分析柔性墩加固方案，制定了采用封鎖線路-鋼筋混凝土加固方案。

具體的施工次序為：基礎加固→新承臺施工→既有墩身鑿毛→插打牽釘→鋼筋安裝→模板安裝→封鎖線路→托盤以下2.1m范圍植筋→墩身混凝土澆筑→頂落梁、更換支座。

采用這種加固改造方案，施工的投入較小，封鎖時間段，影響運輸行車時間段，運輸損失較小。封鎖線路的主要目的是進行墩柱混凝土澆筑和支座更換，可有充足的時間進行施工準備和既有線路的封鎖。從施工安全方面考慮，該方案可以降低施工對行車的運輸安全，也可以降低施工安全風險。

圖1 典型柔性墩橋全貌

4 主要施工工藝

4.1 基礎加固

既有鐵路柔性墩基礎多為明挖基礎、挖井基礎及樁基礎，地基為土質和巖質，土質的承載力大多在120～650kPa，巖基多為石灰巖，考慮施工及結構安全性，加固時全部采用樁基礎。

對于地基承載力小于1500kPa的橋墩采用了ZZ-6A沖擊鉆成孔，鉆頭直徑為930～950mm，鉆機功率75kw，每分鐘沖擊36～40次；巖層采用了手持式水磨鉆機進行施工，水磨鉆筒外徑為16cm，內徑為14cm，壁厚為1cm，高度62cm，一個循環可鉆60cm。施工時根據鉆孔樁截面尺寸，自外向內沿圓周方向層層鉆進，每層鉆進60cm，循環往復直至鉆至設計樁長。

承臺鑿毛處理后進行植筋，植筋型號為HRB335Φ22鋼筋，改性環氧樹脂膠錨固，植筋鉆孔深度35cm，間距30cm×20cm，長度76cm～103cm，植筋距混凝土邊緣不小于10cm。

植筋完成后，按照要求綁扎鋼筋，架立模板，澆筑C40抗收縮混凝土。

圖2 柔性墩基礎加固

4.2 墩身加固

由于柔性墩墩高大部分在25 m以下，經方案比選后，采用矩形外包鋼筋混凝土加固。墩身高≤15m，加固后截面縱向寬2m；15m＜墩身高≤20m，加固后截面縱向寬2.4m；墩身高＞20m，加固后截面縱向寬2.6m，橋墩采用C35抗收縮混凝土，主筋為Φ16內圈間距30cm，外圈間距15cm，箍筋Φ12內圈間距30cm，外圈間距15cm。

除柔性墩托盤以下2.1m范圍采用植筋與加固體鋼筋連接外，橋墩其余部分采用錨固牽釘與加固體鋼筋連接，澆筑無收縮混凝土。牽釘型號為HRB400Φ20，布置間距50cm×100cm，牽釘植入墩體20cm，孔徑25mm，M 40膨脹水泥砂漿錨固。施工前要采用鋼筋探測儀確定鉆孔位置，避免鉆孔過程中損傷鋼筋。

圖3 墩身加固

在承臺面混凝土澆筑完成后，在墩身四周搭設3排碗扣腳手架，與墩身間距控制在20～60cm，滿足墩身鑿毛、植筋、鋼筋綁扎及混凝土施工作業要求，鑿毛、植筋及鋼筋綁扎完成后拆除內排腳手架，只保留2排腳手架用于立模和混凝土澆筑。

碗扣式腳手架呈矩形布置，4個面連成一體，剪刀撐采用6m的鋼管搭設，與地面成45°夾角。當腳手架高度大于8m時，在腳手架中部或頂部設置2道纜風繩，纜風繩為直徑12.5mm的鋼絲繩，地錨的拉拔力滿足要求。

4.3 支座更換

圖4 梁端切割線路

柔性墩加固后，橋梁受力體系發生了變化，必須更換原柔性墩支座。邯長鐵路全線共有23座橋，需更換雙曲面鋼支座、鉸軸滑板支座共計274個，更換對橋梁結構安全的影響是非常大的，經過考察后采取切割梁端處對應的軌道，在支座內側直接頂升法。主要原理是先將梁端處兩側既有線路鎖定切割軌道，然后在橋墩臺跨中側墊石上安放大噸位千斤頂，每片梁體設置4臺千斤頂，同步頂升約10～12cm后，更換支座，支座更換完成梁體就位后，采用打眼扣板的方法連接恢復線路。

4.4 施工監控

監控量測是既有橋梁加固的重要組成部分，在施工中認真實施，分析各項量測信息，設計和施工單位確認或修正設計參數。

柔性墩加固完成后，主要對橋墩的位移和沉降進行監控，監測方法水平位移采用全站儀進行觀測，沉降采用水準儀進行觀測。

監測數據顯示，施工過程中位移變化最大值為18mm，最小值為4mm；沉降變化最大值為2mm，最小值為0mm。柔性墩無碰撞、未出現新的裂縫、裂紋，施工未對既有柔性墩造成安全威脅。

5 結語

通過采用封鎖線路-鋼筋混凝土加固方案，順利將既有邯長鐵路92個鐵路柔性橋墩加固改造為剛性墩，邯長鐵路于2014年7月9日順利通車，運營后未發現加固后的橋梁出現質量問題，證明采用的技術是可行的，既有鐵路柔性墩改造為剛性墩時，可采用樁基礎+擴大承臺+外包鋼筋混凝土增大橋墩截面法加固，加固效果能夠滿足規范要求。