南昆线新明村大桥柔性墩刚性化加固整治

南昆线新明村大桥柔性墩刚性化加固整治

曾柳萍

南宁铁路局工务检测所广西南宁530029

摘要：南昆线柔性墩桥梁运营过程中横向振幅超限严重，支承垫石及墩顶帽石开裂。本文阐述了新明村大桥柔性墩刚性化加固整治方法。结合加固整治、检测结果对桥墩横向刚度进行分析。

关鍵词：柔性墩；桥梁；加固；横向刚度；横向振幅

新明村大桥位于南昆线三塘～六塘区间，从百色盆地中穿过，全长445.7米，位于直线上及6‰-5‰的下坡道上，全桥共13孔，桥跨形式为32米预应力钢筋混凝土简支梁桥（专桥2059），矩形桥墩、T型桥台，墩高16～22m，大桥除13号桥台采用8×1.5米孔径长13米挖孔桩外，0号台、1号～12号桥墩均采用明挖基础，最大深度12米，基础置于岩层内至少1.0米。

该桥既是南昆线那百段规模和长度最大的一座，又是在南昆线上选择的柔性墩与铸钢橡胶组合支座的科研项目而设计的试点工程。该桥除两桥台及7#桥墩属刚性墩台外，余下1#、2#、8#、9#、10#、12#为普通混凝土柔性桥墩；3#、4#、5#、6#墩为钢筋混凝土柔性桥墩，除两桥台、7#墩、1#墩及2#墩的昆侧为固定钢支座；其余支座均采用铸钢橡胶组合支座。全桥52个支座中38个为铸钢橡胶组合支座。

桥址通过地段全部为水田，地表覆盖土层由上至下分别为冲积砂粘土以及残坡积砂粘土（膨胀土），下伏泥岩（膨胀岩），泥岩节理发育。

该桥运营过程中，检测结果表明桥墩横向振幅均严重超限，支承垫石及墩顶帽石开裂，为消除隐患，确保行车安全，适应列车提速的需要，故需对桥梁进行加固。

加固方案为：将原7×32m+6×32m柔性墩结构体系转换成13×32m普通简支梁结构体系。加固整治内容：加固基础，柔性墩刚性化，置换支座。

1基础加固

由于桥墩的刚性化增大了桥墩尺寸，桥墩荷载增大，为避免荷载变化对桥梁产生不利影响，因此在桥墩刚性化的同时，对基础进行加固，将整个桥墩基础置于完整岩层内。

加固方案为：A联1#～6#墩以9.32×9.32×3米的配双层钢筋的钢筋混凝土扩大基础将原基础及部份墩身包裹在其中。B联8#～12#墩以10m（横向）×11m（纵向）×3米的配双层钢筋的钢筋混凝土扩大基础将原基础及部份墩身包裹在其中。

2原柔性墩改造为刚性墩

采用C30号钢筋混凝土对既有柔性墩加宽，具体加宽尺寸见表1。

新圬工断面四周布设直径12mm、间距15～20cm的竖向钢筋网。新旧圬工的连接表面凿毛冲洗干净，并用φ20牵钉连接，牵钉植入旧圬工应不少于30cm，按4个/m2设置。对墩身的加固分段进行，每段3至4m。

注：表中桥墩尺寸以厘米计

3原支座全部更换成“YZM”圆柱面钢支座。

原有支座是柔性墩桥传递顺桥向水平力的结构的关键一环，为此柔性墩桥的刚性化必须更换原有支座，改为不参与顺桥水平力传递的普通简支梁桥的固定、活动支座。

将本桥原使用的铸钢橡胶组合支座改为YZM圆柱面钢支座，型号为YZM250GD-Z8与YZM250HD-Z8，固定支座设在南宁方向，活动支座设在昆明方向。该支座是由铁科院与衡水通途工程公司共同开发的一种新型桥梁支座，支座总高度H=150mm（H=支座结构高度139mm＋上支座板顶石棉垫6mm＋下支座底板干硬性砂浆层5mm）。

将原桥墩支承垫石结构尺寸由1600mm（纵）×1300mm（横）×200mm（高）；桥台支承垫石结构尺寸由1000mm（纵）×1300mm（横）×200mm（高）调整为1000mm（纵）×1300mm（横）×350mm（高）；支承垫石采用C40级砼，其垫石内的钢筋网采用直径为12mm的钢筋，纵横向间距均为100mm,层数四层。

施工时先将原支承垫石人工凿除，再按上述要求浇注新的支承垫石，为增强新浇注支承垫石与顶帽的连接，应于顶帽的新支承垫石平面范围内成梅花状植入φ16mm的螺纹钢牵钉（牵钉长500mm，其植入顶帽内深度为300mm，埋于垫石内长度为200mm），间距250mm。

置换支座时，一孔梁两端支座不能同时置换，只允许一端支座置换完毕后方可置换另一端支座。

4桥墩墩顶横向刚度分析

把桥墩单独作为研究对象时，可近似视其为一悬臂柱，当墩顶在某方向发生单位位移时，所需要力的大小即为在这个方向上的墩顶刚度。当沿桥墩横向发生单位位移，则所需的力即为墩顶横向刚度。

桥墩墩顶横向刚度值为

桥墩加固前后刚度见表2。

计算时桥墩弹性模量E取27Gpa

由表2计算结果可以看出加固后桥墩刚度是加固前的2.36～3.36倍，3#～6#墩刚度小于250×106N/m，8#～12#墩的刚度不小于400×106N/m。

加固结束后的检测数据显示，8#～12#墩横向振幅明显比3#～6#墩的小。由此可以看出只有当桥墩横向刚度达400×106N/m以上时桥墩横向刚度才会大幅减小。

5施工顺序及注意事项

5.1施工顺序

灌注扩建基础及塔架基础后再按如下步骤完成加固；

第一步：

（1）完成6号墩处梁部两端的扣轨梁（搭设6号墩处塔架，用6号墩处塔架将左右两侧梁托起。

（2）进行6号墩墩身刚性化加固改造（凿除6号墩原支承垫石按“YZMX系列钢支座”要求完成支承垫石，安装圆柱面钢支座（南宁端为固定支座，昆明端为活动支座），落梁到位。

（3）完成后，将6号墩塔架与梁体脱离。

第二步：折除6号墩处塔架及扣轨梁后比照第一步的顺序完成5号墩的加固工作。

第三步：折除5号墩处塔架及扣轨梁后比照第一步的顺序完成4号墩的加固工作。

第四步：（1）折除4号墩处塔架及扣轨梁后比照第一步的顺序完成3号墩的加固工作。

（2）完成2号墩处梁部两端的扣轨梁（搭设2号墩处塔架，用2号墩处塔架将左右两侧梁托起，同时将2号墩处塔架与梁体脱离）。

第五步：（1）折除3号墩处塔架及扣轨梁后比照第一步的顺序完成3号墩的加固工作。

（2）完成1号墩处梁部两端的扣轨梁（搭设1号墩处塔架，用1号墩处塔架将左右两侧梁托起，同时将1号墩处塔架与梁体脱离）。

第六步：（1）折除2号墩处塔架及扣轨梁后比照第一步的顺序完成1号墩的加固工作。

（2）完成0号台处梁部两端的扣轨梁（搭设0号台处塔架，用0号台处塔架将左右两侧梁托起，同时将0号台处塔架与梁体脱离）；

第七步：折除1号墩处塔架及扣轨梁后比照以上相关步骤完成0号台的支座置换工作。

第八步：折除0号台处塔架及扣轨梁。

第九步：比照以上施工步骤，按先后顺序完成12～8号墩的加固工作；特别注意8号墩处塔架与梁体脱离之前必须先搭设7号墩处塔架并将左右两侧梁托起；

第十步：比照以上相关步骤完成13号台及7号墩的支座置换工作。

5.2施工注意事项

（1）基础土体承载力不小于400kpa；扩大基础基底应按有关规范清洗干净并用C10砼整平；开挖深度超过6米的基坑须采用喷混凝土支护。

（2）施工承台时应预埋好墩身钢筋，如承台钢筋与墩身钢筋有干拢时，可适当调整承台钢筋。

（3）在既有墩身钻眼时，应分批间隔布置钻眼，前一批钻眼压浆封闭后方可进行下批钻眼施工。

（4）新旧圬工的所有连接面均应凿毛清洗干净，并植入牵钉，以确保新旧圬工连接牢固。

（5）施工时应先用混凝土注缝胶进行裂纹修补，再进行加固改造处理。

（6）对墩身的加固应分段进行，每段3至4m，待一段墩身施工完成后，再进行下一段墩身的施工，以减小安全隐患。

（7）施工时应逐个墩进行，待一个墩施工完成后方可进行下一个墩的施工，并应对全桥进行观测，加强必要的防护措施，以确保行车及施工安全。

（8）采用钢塔架卸载进行施工，施工期间列车限速25km/h通行。

（9）底层塔架必须用地脚螺栓与基础连接牢固。

（10）钢塔架托梁后，钢塔架与要置换的支座同时受力时，不允许列车通行，待要置换的支座与梁体脱空后，方可通行列车。

（11）塔架基础应与扩建基础整体浇注，使其联为整体；桥台及7号墩处塔架基础（C15片石混凝土）埋入表层或第二层要求不少于1米。

（12）桥台处塔架支点位置为满足梁体应力要求的极限位置，桥墩处满足梁体应力要求的允许支点范围，塔架支点到梁端部距离≤3.5m（本桥施工选用塔架支点到墩中心线距离2.74m），同时为保证塔架安全，支点到最外排立柱中心距不得小于0.92m。

6结束语

经过加固桥墩横向自振频率均符合现行《铁路桥梁检定规范》要求，全桥横向刚度得以提高，全桥技术状态得到改善。

参考文献

[1]中华人民共和国铁道部.《铁路桥梁检定规范》.北京：中国铁道出版社，2004.

[2]铁道部第四勘测设计院.《铁路工程设计手册（桥梁墩台）》.北京：中国铁道出版社，2002.