大秦线桥梁圆柱形高墩加固技术初探

何海宏

大秦线桥梁圆柱形高墩加固技术初探

何海宏

以大秦线滦河特大桥加固为例,简要介绍采用连接两个桥墩托盘和墩帽的方法,使其成为框架结构,指出该加固技术既可有效增加桥墩的横向刚度,又提高了桥墩的基础稳定性,应用前景广泛。

高墩,加固方案,施工方法

1 存在的问题

大秦线是我国第一条重载铁路和双线电气化运煤专用线,全长 653.02 km,开行 2万t长大重载列车后,列车轴重提高到 25 t,列车编组数量增加到 240辆,主要车型逐步过渡为 C80。其中桥梁共 375座。大秦线桥墩以圆端形、圆柱形、双柱形为主,最大墩高 50m。基础为扩大基础、桩基或沉井。本次试验在滦河特大桥共测试了 28个桥墩,其中下行线(重车线)、上行线(轻车线)分别测试了 14个桥墩,墩高均在 17.6m～34.1m范围内,测试内容主要为墩顶横向振幅和桥墩横向自振频率,同时对基础振动的影响也进行了测试。

从下行线(重车线)桥墩实测结果来看,墩高在17.6m～21.6m之间的桥墩墩顶横向振幅普遍超过相应《桥检规》通常值的要求,最大超出1.47mm,是相应通常值的 2.05倍;桥墩横向自振频率均不满足《桥检规》通常值的要求,说明墩高在此范围内的桥墩的横向动力性能较差,不利于行车安全,墩高在 21.6m～24.6m之间的桥墩,墩顶横向振幅有超过《桥检规》通常值的现象,桥墩横向自振频率大部分也不能满足《桥检规》通常值的要求;墩全高在31.1m～34.1m之间的桥墩,墩顶横向振幅均能满足相应《桥检规》通常值的要求。从上行线(轻车线)桥墩实测数据来看,墩高在 17.6m～21.6m之间的桥墩,墩顶横向振幅也普遍超过相应《桥检规》通常值的要求,最大超出通常值达 1.13mm,是对应《桥检规》通常值 2.1倍,桥墩横向自振频率均不满足《桥检规》通常值的要求;墩高在 21.6m～24.6m之间的桥墩,墩顶横向振幅有超过《桥检规》通常值的现象,桥墩横向自振频率均不能满足《桥检规》通常值的要求;墩高在 31.1m～34.1m之间的桥墩,墩顶横向振幅均能满足相应《桥检规》通常值的要求。

从大秦线设备现状和线桥动力试验结果看,大秦线既有桥梁、桥墩设备还不能完全适应重载的需要,长期运营会导致桥梁的损伤甚至疲劳破坏,病害会呈逐步恶化趋势,影响重载列车的运营安全。

2 加固方案初探

结合前期试验结果,圆形中高桥墩的加固设计和计算选用滦河特大桥的 15号～17号桥墩进行,其中 15号桥墩为扩大基础, 16号、17号桥墩为桩基础,桩长 8m～9m,桥墩结构尺寸见表 1。加固的主要目的是增大圆形中高墩桥墩的横向刚度,减小横向振幅,大秦线为双线铁路,在加固方法上,根据桥墩位置的实际状况,分两个方面进行加固方案设计及计算分析。

表1 桥墩结构尺寸 m

对于上、下线并行,两个桥墩比较靠近时,主要采用连接两个桥墩的托盘和墩帽方法,使其成为框架结构,既可有效增加桥墩的横向刚度,同时对基础分开或连在一起的状况也分别进行了计算,该条件下共提出 4种方案,加固方案见图 1。具体加固方案如下：

方案一：两桥墩托盘和顶帽处自上向下连接 0.6m;

方案二：两桥墩托盘和顶帽全部连接;

方案三：方案一+基础连接;

方案四：方案二+基础连接。

对于第一种情况：上、下线并行,两个桥墩比较靠近时,研究采用连接两个桥墩的托盘和墩帽,使其成为框架结构的加固方案,加固前以及1～4加固方案中,桥墩的横向、纵向一阶自振频率计算结果见表 2。

通过对各方案计算结果的比较,考虑加固效果、施工条件及墩帽连接的完整性,选择了加固方案二作为滦河特大桥 15号 ～17号桥墩横向加固的实施方案。墩帽全部连接加固后,横向一阶超过3.2Hz,桥墩横向刚度提高较大,考虑墩身与托盘连接部位在横向力作用下可能会产生的附加应力,也进行了相应验算。按列车的最大横向力,当墩顶单侧作用 10 t横向力时,加固部分的混凝土产生的最大压应力为0.221MPa,最大拉应力0.275MPa;此时,墩身与托盘连接部位横桥向最大压应力 0.982 MPa,最大拉应力0.137MPa,竖向最大压应力 2.32MPa,无拉应力。计算结果表明,在列车横向力作用下对墩产生的附加应力较小。

表2 桥墩加固前后自振频率计算结果 Hz

在墩帽上施加60 t预应力时,经计算,墩身与托盘连接部位横桥向最大压应力0.556MPa,最大拉应力0.075MPa;竖向最大压应力1.50MPa,无拉应力。

3 桥墩加固施工方法

3.1 加固施工工序

双柱式桥墩墩帽横向联结的施工工序：

两侧墩帽相邻部位各凿掉 30 cm宽混凝土→墩帽斜面混凝土表面凿毛→钻锚固筋孔→埋设锚固筋→绑扎普通钢筋→立模→横向施加临时预应力→灌注混凝土→养护→拆模→混凝土表面涂刷养护剂(或洒水养护)→拆除临时预试应力→新老混凝土接面处涂刷聚氨酯防水涂料。

加固结构为钢筋混凝土结构,水平锚固钢筋如与墩帽内原钢筋相邻,应焊接在一起。施工中应确保混凝土强度符合设计要求,应设专人负责质量检查,并填写相应的质量检查表。

3.2 普通钢筋加固

1)按图纸要求确定水平锚固钢筋的数量及位置,锚固φ16钢筋的钻孔直径为 26mm,钻孔深度不小于 20 cm。如果孔位遇到内墩钢筋,可适当移动位置。2)成孔后,孔眼必须用水清洗干净,否则将影响钢筋的锚固效果。3)新增横向联结与墩帽结合面应凿毛、清除浮浆,并清洗干净,以增加新老混凝土之间的粘结。4)水平锚固钢筋采用植筋胶锚固,植筋胶型号为 FH-E131型植筋胶,锚固工艺按产品使用要求进行。5)横向锚固钢筋的搭接长度不得小于 20倍钢筋直径,搭接位置不得在同一截面上,钢筋绑扎

牢固。6)箍筋的尺寸和数量应符合图纸要求。

3.3 模板及其安装

1)模板可用钢材或木料制作。2)模板应具有足够的强度、刚度和稳定性,能安全可靠地承受新灌注混凝土的重力、侧压力、列车和附着式振动器的振动荷载。3)模板应表面平整、接合严密、便于拆卸。4)模板表面应涂脱模剂。5)模板应依托在混凝土墩身上,以确保列车过桥时模板与墩帽相对位移。

3.4 混凝土原材料及成型

1)原材料选择及成型。a.水泥应选用符合GB 175-1999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥标准中的 525号与普通硅酸盐水泥,每批水泥必须有厂方提供的质保单。b.混凝土拌合物的和易性以坍落度8 cm～10 cm为宜。c.混凝土28 d强度应达设计要求。d.为保证新灌混凝土不出现收缩裂缝,拌制混凝土时,宜掺入膨胀剂,掺量由试验确定。

2)搅拌。a.混凝土拌合物可采用机械或人工搅拌的方式搅拌均匀,机械搅拌时间不得低于3 min。b.混凝土的每一组分必须采用计量合格的称量工具准确称量,其称量的允许误差：水泥为±2%,砂子及石子为±3%,水及减水剂为±1%。

3)灌注。a.混凝土应分层灌注,每层厚度不宜大于30 cm,宜用插入式振捣器振捣密实。b.每个墩帽横向联结的混凝土从加水搅拌起,至灌注完毕不宜超过 2 h。c.在灌注混凝土的同时,应制作混凝土强度试块,以提供 28 d龄期的强度。

4)拆模及检验。a.在混凝土强度达到设计的 60%后方可拆去模板。b.若发现混凝土存在外观缺陷时,可采用混凝土或砂浆修补。c.如对混凝土质量有异议时,可采用混凝土强度无损检测技术检验混凝土的强度是否满足设计要求,一旦发现强度不足,应及时采取补救措施。d.拆模后,在混凝土表面涂刷一层养护剂进行养护(或洒水养护)。

3.5 防水层涂刷

新老混凝土接面处采取聚氨酯防水涂料进行 3次涂刷,每次间隔时间不超过 1 h。防水层宽度应在 15 cm左右。

4 加固后的效果及推广前景

滦河特大桥下行线第 15号,16号,17号墩进行了墩帽横向连接加固后,桥墩横向自振频率在2.34 Hz～2.69 Hz,比加固前桥墩的横向自振频率提高约 60%～70%,增加幅度与理论计算值一致;加固后实测墩顶横向振幅最大为1.81mm,加固后桥墩的墩顶横向振幅普遍小于加固前墩顶的横向振幅,减小幅度在 50%左右。加固后桥墩的横向刚度得到明显改善,桥墩的横向自振频率和墩顶横向振幅均满足《桥检规》通常值的要求。实测结果表明,加固效果显著。同时,此方法比常规的整体包箍桥墩的方法造价要低得多,只相当于其造价的 30%,节约了成本,可全面在重载铁路类似情况中推广,前景广泛。

[1] 铁道科学研究院铁道建筑研究所.大秦线年运量 2亿吨条件下桥梁结构加固和寿命评估试验研究[Z].

On exp loration for column type and high pier intensification technique along Datong-Qinhuangdao railway

HE Hai-hong

Taking the intensification of Luanhe super-large Bridge along Datong-Qinhuangdao railway as the examp le,the paper introduces the method of connecting the two pier tray and pier hat,points out the intensification technique is the frame structure,which can increase the horizontal stiffness of the pier,and imp rove the foundation stability of the pier,so it has extensive future.

high pier,intensification scheme,construction methods

U 445.72

B

1009-6825(2011)09-0180-02

2010-12-11

何海宏(1969-),男,工程师,太原铁路局工务处,山西太原 030013