铁路空腹式T型桥台裂缝整治方法与实践

李 刚 中国铁路上海局集团有限公司工务处

1 引言

桥台类型根据桥址地形、地质、水文、线路、上部结构、施工条件、刚度要求和经济等因素综合选定。铁路常用有U型、T型、耳墙式、埋式桥台等。T型桥台因截面型式较合理，在大中桥及复线桥普遍使用，由基础、台身、台顶3部分组成。T型桥台长度随着填土高度的增高而增长，导致高路堤桥台圬工量大增，空腹式T型桥台应运而生（见图1）。整体拱式结构桥台设计，采用浆砌混凝土拱代替实体圬工，空出拱下部分，减少圬工用量。

图1 空腹式T型桥台实景图

由于铁路建设期设计标准、施工技术，运营期荷载提升、年久失修等综合因素影响，桥台逐渐产生裂缝。裂缝的出现会在一定程度上削弱桥台强度、刚度及稳定性，降低结构承载力和耐久性，对结构及行车安全构成威胁。因此，研究桥台裂缝产生的原因并提出相应的解决方法，就显得意义重大。

2 裂缝成因简析

裂缝的出现和开展影响因素很多，在缺乏现场调查及病害数据记录的情况下，很难针对性分析出裂缝产生的具体原因。故对运营当中发生开裂的空腹式T型桥台，分析其裂缝产生的原因，大致分为以下几种。

（1）网状裂缝大多由于混凝土收缩、内外温差产生的温度应力造成。

（2）竖向裂缝大多由于基础不均匀沉降或承载力不均所致。

（3）施工质量不良，混凝土工作缝处理不当，在结构接茬处产生裂缝。

（4）铁路快速重载列车大面积开行，混凝土质量差，线路状态不良等，在长期荷载作用下，逐渐产生裂纹并继续发展，随着时间的增长，越来越大。

（5）拱顶圬工厚度不足，桥上道砟厚度过薄，致使拱跨处冲击力过大，损坏防水层、保护层，导致台顶道砟槽裂缝。

（6）台顶拱圈施工不良，拱跨处截面较弱，拱圈砌缝抗剪强度较小，裂缝从台顶道砟槽沿着拱圈砌缝开裂。

3 裂缝整治方法

圬工拱、台在恒载下出现裂缝，环境中的水、有害气体易渗入缝隙造成钢筋锈蚀，水渗入缝隙内会引起冻胀使圬工裂缝扩大与风化，日后将影响结构耐久性，所以对圬工结构的裂缝宽度加以限制，裂缝宽度超过限值应加强观测，分析原因，进行整治。依据《铁路桥隧建筑物修理规则》规定，圬工拱、台恒载裂缝宽度限值如表1所示。

表1 圬工拱、台恒载裂缝宽度限值

裂缝整治应恢复裂缝处结构整体性和耐久性，对于超过恒载裂缝宽度限值的桥台裂缝，应根据种类、位置、发展程度及产生原因，采取相应的加固措施。

（1）裂缝宽度较小已趋稳定，未上下贯通或左右对称，过车时无明显张合现象，经分析不影响桥台安全时，采用注胶封闭修补及聚合物砂浆罩面进行加固。

（2）裂缝较宽、较多且有继续发展趋势者，应找出裂缝发生的原因，采取有效的加固措施。因基底应力不足而发生裂缝的，应扩大基础、加打基桩或改建小跨度桥梁。因圬工质量或施工技术不良而发生裂缝的，可采用注胶修补及钢筋混凝土包箍进行加固（见图2），如有断裂贯通裂缝，需再进行压力注浆整治。

（3）裂缝上下贯通、左右对称、缝口错牙、张合严重且持续发展，影响桥台承载能力及行车安全的，应采取局部翻修或拆除重建的方法进行加固。

图2 钢筋混凝土包箍加固台身示意图

4 加固实践

4.1 桥台概况

某线#92桥为钢桥改造利用，因当时资源匮乏，将#0台改造为空腹式T型桥台，扩大基础，后采用浆砌片石填实拱内。检查发现台顶跨中附近人行道板拉开断裂，产生较大破裂体；裂缝向下延伸，钢筋混凝土道砟槽及混凝土拱圈产生竖向贯通裂缝(最大缝宽达10 mm)，拱圈缝口错牙，裂缝渗水，混凝土蜂窝破损；台顶纵墙与台帽接筑面有水平裂缝，并在列车经过时有明显的上下开合现象，裂缝沿纵墙延伸长约2 m；裂缝状态有持续发展趋势。

现场实地调查梁缝、支座、护锥等设备状况，并查验竣工地质资料，地基为泥岩板状碎石带，基本承载力为600 kPa，经检算排除基底承载力不够导致不均匀沉降产生的裂缝。该桥于1978年建成，台顶混凝土质量差，施工技术低，后期养护维修不及时，经过多年运营造成严重劣化，因此根据桥台现状，提出2个加固方案。

4.2 加固方案

方案一：在既有拱圈下增设新钢筋混凝土拱圈，同时加大拱内边墙截面支承新拱圈进行加固，简称“托拱”法（见图3）。为使新旧拱圈联结紧密，共同受力，一般采用钻孔植筋方式连接。然而旧拱圈已经被压溃，加之拱圈半径小，跨度短，难以保证新旧拱圈结合的施工质量。施工拱内边墙支承需架设吊轨轨束组加固桥台线路，凿除原拱内浆砌片石及部分桥台护锥，因桥台较高，施工难度大、风险高。

方案二：翻砌台顶。凿除原桥台台顶结构，包括混凝土拱圈、纵墙、钢筋混凝土道砟槽及人行道等，重新设计台顶纵墙、道砟槽及人行道板，恢复桥台结构及功能。该方案将空腹式桥台更换为实体圬工桥台，改变桥台结构体系，可一次性改造到位，不留后患，彻底解决台顶病害及缺陷。缺点是翻砌台顶施工要架设施工便梁过渡，解除原台顶承受的从线路及台后路堤填土传来的压力并维持通车，保证线路正常运营，会导致线路慢行时间长。同时便梁支墩设计，便梁架设施工也存在较大难点。对比两个方案，从后期管理、养护、维修上分析，方案一需长期观测加固后使用状态的稳定情况，费时费工。即使拱圈加固效果良好，台顶道砟槽托盘贯通裂缝及台帽张合裂缝仍存在安全隐患，难以根治。综合考虑设计、施工、工程造价等因素，采用方案二较为合理。

图3 旧拱圈下增设新拱圈加固示意图(单位：cm)

4.3 加固设计

图4 台顶构造正面图(单位：cm)

桥台台顶按纵墙、道砟槽托盘及悬臂人行道板设计（见图4）。空腹式结构改建为实体圬工，梁式结构代替拱式结构。为跨越拱下空间，增强台顶结构抗弯承载能力，避免产生裂缝，台顶结构按简支钢筋混凝土单跨深受弯构件进行受力计算，采用容许应力法检算截面尺寸及钢筋配置。纵墙混凝土强度等级为C30，主要纵向受拉钢筋为φ14 mm，间距10 cm，分三层布置在纵墙下翼缘。原设计台顶道砟槽采用深槽式（即台尾处轨底至道砟槽顶高度为1.0 m，胸墙至台尾按斜坡设置），本设计为保证改建桥梁枕下道砟厚度不小于0.35 m，将轨底至道砟槽顶之距离均设置为0.6 m，并设双侧横向排水坡及泄水管。

4.4 翻砌台顶加固

（1）移架低高度施工便梁，于台后路基浇筑混凝土条型基础。

（2）桥台顶帽及托盘横向绑宽，检算顶帽局部承压及受力截面抗弯、抗剪承载能力，在顶帽上浇筑钢筋混凝土独立基础。

（3）架设D24施工便梁架空线路，便梁支点分别落在桥台顶帽独立基础及台后路基条型基础上。（见图5、图6）

图5 桥台绑宽及便梁架设布置立面图(单位：cm)

（4）凿除原桥台道砟槽托盘、台顶纵墙、混凝土拱及部分拱内浆砌片石。

（5）浇筑台顶纵墙及道砟槽托盘，埋设道砟槽泄水管，铺设防水层及保护层。

5 结束语

（1）桥台作为桥梁重要的传力结构，工务部门应周期性检查并做好记录形成台账，作为日后桥梁设备管理、病害原因分析、大修加固等的重要依据。

（2）对出现裂纹的桥台切记不能放任不管，须贯彻预防为主，防治结合的原则，及时养护维修，从初始状态制止裂缝的产生，以免进一步发展导致裂缝加剧。

（3）空腹式T型桥台的设计虽能节省圬工用量，但随着铁路长期发展，该类桥台型式的设计已不多见，对既有空腹式T型桥台则需逐步加固或改造。

（4）翻砌整治台顶结构，利用桥台顶帽及托盘进行绑宽加固，架设便梁，保证施工期间临时通车要求，为工程实施提供技术保障，实用性强、施工方便，能彻底解决台顶病害，可为类似桥台加固提供参考和借鉴。

图6 桥台绑宽及便梁架设布置正面图(单位：cm)