既有铁路病害桥整治方案研究

王 克 江

(吉林铁道勘察设计院有限公司，吉林 吉林 132001)

铁路作为我国重要的交通运输方式，对国民经济及社会发展起着至关重要的作用。而铁路桥梁作为铁路设施的一个重要组成部分，必须引起设计、施工及管理部门的足够重视。既有铁路桥梁由于常年遭受自然侵蚀、列车荷载的不断加大、河床冲刷，或者由于设计和施工标准低、养护维修不到位等因素影响，均产生不同程度病害，个别桥梁甚至存在威胁行车安全的隐患。为此各铁路局结合所管辖的既有铁路设备运营状况，相继对既有桥梁进行大规模排查和检测，并委托设计单位对病害桥梁进行整治方案研究。由于既有桥梁病害原因不同(水害桥、老龄桥、河床冲刷下切引起的浅基桥、梁体及墩台腐蚀裂损、支座病害等等)，病害程度不同和所在线路情况不同，往往需要采用不同的治理措施。种类复杂，不利于系统学习和技术提升。为此，笔者以梅集线K115+515.24病害桥整治工程(之后简称本工程)举例，详细阐述病害桥整治方案研究的步骤和方法。

1 收集资料

1.1 既有桥概况

梅集线K115+515.24病害桥(之后简称本桥)始建于1936年，为5-10 m上板钢梁桥，桥全长55.8 m，耳墙式桥台，圆形桥墩，基底坐落于岩石上。该桥跨越第三北甸子河，1951年历史最高洪水位435.23 m，距梁底0.64 m。

1.2 既有桥病害情况

通过现场调查和收集该桥的检定评估报告发现：该桥已经运用了近80年、梁体出现裂损、铆钉松动、锈蚀严重，已进入老龄期。梁体横、竖向刚度不足，该桥劣化等级为A1级(严重)。4个桥墩横向刚度不足，墩身腐蚀剥落，裂纹普遍，外观状态不良且已经过多次包箍。

1.3 既有桥所在区段线路情况及规划情况

本桥位于梅集线梅河口至通化区段二密河(K112+885)至通化(K128+878)区间，该区段共有21处曲线，曲线半径不大于300 m的曲线有两处。既有桥位于两右偏曲线的夹直线上，曲线半径分别为910 m和300 m，桥中心距离前后两侧曲线头分别为223.86 m和48.81 m。桥梁位于1.6‰ 的坡度上。

梅集线无提速改造等相关规划。

1.4 工程地质

2 方案研究

2.1 对既有桥加固方案研究

2.1.1加固必要性分析

视既有桥使用寿命、病害原因和病害程度、技术可行性及经济合理性而定，分析对既有病害桥进行加固的必要性。

本桥自建桥至今已有80年，病害情况比较严重，曾被多次包箍处理过。再进行加固施工难度大、投资也较高，且加固后仍不能根本性解决病害，研究认为没有加固价值。

2.1.2加固方法选用

不同的病害特征采用对应的加固方法，常用桥梁上部结构加固方法：加大截面法；外部预应力加固法；外部粘贴法；改变结构体系法。桥梁下部结构加固方法：扩大基础加固法；支撑加固法；钢筋套箍或护套加固法。据2.1.1分析认为本桥没有再加固的必要，故也不用考虑其加固方法。

2.2 改线移位建新桥方案研究

2.2.1改线必要性分析

视既有桥所在线路规划情况、使用状况、线路线形、相邻曲线的半径情况、线路优化可能性、沿线不良地质情况、征地拆迁难易程度等因素综合确定。本桥所在线路尚无提速改造等相关规划，改线能根治桥梁病害，周边无不良地质地段，附近无不能拆迁建、构筑物，因此有做改线方案研究的必要。

2.2.2改线范围确定

视既有桥前后相邻曲线的半径情况、所在区段线路规划情况和小半径曲线情况、工程规模、大范围改线必要性等因素综合确定。既有桥所在线路大里程侧右偏曲线后紧接一半径为350 m的左偏曲线，如果想通过增大半径来改善既有线条件，需连同之后的曲线进行大范围改线，工程量巨大。且本桥所在(梅河口至通化)区段的小半径(R≤300 m)曲线个数多(共20多处)、分布范围较广，局部改线对全线提速意义不大。且梅集线尚无提速改造等相关规划。因此，只研究对病害桥附近曲线进行小范围改线方案。

2.2.3改线方案

1)线路角度确定改线方案。改线方案研究应从线路曲线个数和曲线半径条件、改线桥与既有桥相对位置关系进行分析，并保证在桥长范围内满足最小施工安全净距要求(一般情况下，新线与既有线最小线间距20 m，困难条件下15 m)。避免遗漏有价值方案，建议从以下几方面分析：a.新桥设在既有桥上游或下游；b.新桥与既有桥平行、左斜和右斜(尽量使桥上线路方向与河道方向垂直)；c.新线相对既有线曲线个数减少、不变或增加；曲线半径增大，不变或减小。据分析，本桥改线方案如图1所示。

2)从桥梁孔跨布置、梁型确定桥梁方案。a.孔跨布置。设计孔跨须保证百年一遇排洪能力，最高洪水位距梁底满足安全距离，并考虑河沟冲下的漂浮物影响；桥下如有道路，船舶通行，需满足行车、通航的净空要求；考虑工期要求、梁体及材料供应情况及施工单位相应的施工能力等。在同时满足以上条件前提下，如双线只整治一座桥时，尽量与既有另外一桥对孔(如需扩孔，应选择不冲刷桥台，对桥有利方向)。从节省投资角度考虑宜尽量选用大跨度梁(据不完全统计，选用32 m梁最经济)。本桥为5-10 m单线桥，经计算需要扩孔，考虑与既有桥对孔因素，新建桥梁按3-20 m布置。b.梁型选择。对于既有钢梁可考虑换为混凝土梁或钢梁，但既有混凝土梁只能换为混凝土梁。如果既有桥为非标准梁，根据现行规范需换成标准梁，但设计时也应结合工程实际情况具体分析，特殊情况下也宜继续采用非标准梁(例如：在城市中修建的铁路桥梁受到城市道路条件限制不得不采用非标准梁；或是既有桥为非标准梁，检测发现唯独梁不合格，其他部分均良好，宜更换既有规格的非标准梁；再或者既有为双线并行，均为非标准梁，但只有其中一条线的桥梁经检测不合格，考虑到对孔的原因，也宜继续更换非标准梁)。本桥既有为上承式钢板梁桥，新建桥梁选用混凝土梁。

2.2.4线路方案对比

根据以上线路方案分析，比较不同方案的改线长度，方案优、缺点(包括对既有道路、桥梁、房屋、通信、信号、电力和给排水设施影响，控制点因素等)，选出最经济可行方案。如果有不同桥梁方案，应在步骤3中进行比较。本桥线路方案对比如表1所示。

表1 线路方案对比表

据表1可知：下游改线方案较上游改线方案改线长度更长，且受到电力贯通线和居民区影响，因此不考虑下游改线方案。

上游改线方案中，方案一的改线长度最短，且不恶化平面，但距离鹤大高速公路的桥墩最近，桥墩外缘距改线线路中心最小距离为5.28 m，虽然满足铁路建筑限界，施工过程中仍存在一定安全隐患。方案二的平面改线长度较长，增加一曲线，且设计线位距离鹤大高速公路的桥墩较近，但新线基本平行既有线分布，征地较少。方案三的改线长度同方案二，不改变与鹤大高速公路桥墩的距离，不恶化平面，但距离既有线较远，征地多。

从技术、经济、征地和施工难易程度确定推选方案为：曲线移位改线方案和平行既有桥增加曲线改线方案。

2.3 便线过渡施工，原位建新桥方案研究

2.3.1便线必要性分析

视既有桥所在线路线形，工程量大小和经济性而定。如果新修便线引起工程量不大，或既有线的线形良好，改线会恶化既有线形，则考虑此方法。本桥位于前后曲线半径为910 m和300 m的夹直线上，不满足直接插入反向曲线与便桥连接的条件，新修便线工程量不是最小，但也不大。据前文分析，改线并不能明显优化既有线线形。因此，有做便线方案研究的必要。

2.3.2便线方案

便线方案分为上游便线方案和下游便线方案，下游便线方案与下游改线方案具有相同缺点，且便线设在既有线所跨河道的上游，路基及墩台相对较矮，将节省投资、方便施工。故仅考虑上游便线方案。

由于既有桥距离两侧曲线较近，按照规范规定不能在夹直线上直接插入反向曲线与便桥连接，为节省工程投资，本次研究平行于既有桥增加1条曲线方案作为便线方案。

鉴于改线方案三不改变与鹤大高速桥墩距离，两侧曲线半径维持既有不变，小里程侧增加的曲线半径800 m，基本不恶化既有线条件，故将改线方案二作为便线方案。

表2 综合方案对比表

3 综合方案对比

通过步骤2的方案研究，结合桥梁方案(如有对比方案)，综合既有桥加固方案、改线移位建新桥方案和便线过渡施工，原位建新桥方案进行对比。从改线(便线)长度、对既有线线形影响、对既有线运营影响、工程投资、方案优缺点等方面对比分析，推出最优方案。本工程方案对比分析如表2所示。

4 结语

方案三废弃工程较大，需经过两次转线，且工程投资最大。方案二和方案一都只需一次转线，但方案一对线路线形基本没有影响，不降低既有平面条件，且工程投资小，经技术、经济比较，最终推荐采用方案一：曲线移位改线方案。沈阳铁路局专家在“本工程可行性研究文件审查会”上对方案分析方法给予高度肯定，同意其推荐方案。

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