蘇欣羽

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，上海 200070)

1 橋梁設(shè)計(jì)概況

既有35號(hào)橋位于余家營—儀征區(qū)間內(nèi)，跨越后胥河，橋梁全長62.42 m。橋墩為圓柱形橋墩，橋臺(tái)為T形橋臺(tái)，墩臺(tái)基礎(chǔ)均采用φ0.8 m鉆孔樁。新建后胥河中橋與既有35號(hào)橋延河道方向?qū)撞贾茫瑯蛄喝L61.47 m。橋墩為圓柱形橋墩，橋臺(tái)為矩形空心橋臺(tái)，墩臺(tái)基礎(chǔ)均采用φ1.0 m鉆孔樁。既有35號(hào)橋與新建后胥河中橋的平面關(guān)系見圖1。

橋址處30 m厚度內(nèi)為第四系全新統(tǒng)沖積黏性土、第三系上新統(tǒng)圓礫土以及白堊系泥質(zhì)砂巖，地基土的基本設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

圖1 既有35號(hào)橋與新建后胥河中橋橋址平面

2 橋梁病害情況

在寧啟復(fù)線修建過程中，既有線路基段軌道幾何結(jié)構(gòu)持續(xù)發(fā)生變化，既有橋0號(hào)橋臺(tái)梁縫持續(xù)縮小直至梁端頂緊，全橋各孔間梁縫與竣工圖相比均明顯縮小;第一孔梁固定支座下板螺栓剪斷，下板松動(dòng)，支座吊空，局部有平面內(nèi)扭轉(zhuǎn);橋梁兩端路基沉降明顯，錐體護(hù)坡頂部破裂，與臺(tái)后路基已形成明顯臺(tái)階。根據(jù)上海鐵路局工務(wù)檢測所的檢查，既有35號(hào)橋現(xiàn)場病害實(shí)測數(shù)據(jù)如表2所示。

表1 地質(zhì)資料參數(shù)

表2 病害情況實(shí)測數(shù)據(jù)匯總

3 病害原因分析

3.1 既有橋設(shè)計(jì)情況

既有35號(hào)橋的橋梁墩、臺(tái)設(shè)計(jì)基本參數(shù)及計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 橋梁設(shè)計(jì)基本參數(shù)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，既有35號(hào)橋的墩臺(tái)剛度均滿足規(guī)范要求(即橋墩剛度＞100 kN/cm，橋臺(tái)剛度＞1 500 kN/cm)。

3.2 病害模擬計(jì)算情況

(1)考慮臺(tái)后土體加固

根據(jù)竣工圖，既有橋臺(tái)后范圍內(nèi)采用粉噴樁加固，按照《鐵路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，地基比例系數(shù)m按5 000 kPa/m2取值。不考慮附加水平力作用，采用m法計(jì)算荷載作用下樁基礎(chǔ)變形情況，結(jié)果見表4。

表4 m=5 000 kPa/m2時(shí)荷載作用下樁基礎(chǔ)變形情況

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，推算橋臺(tái)頂水平位移為0.3～0.4 cm，僅為實(shí)際發(fā)生位移值的4%。

(2)不考慮臺(tái)后土體加固

按照《鐵路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，淤泥質(zhì)黏土的地基比例系數(shù)m按1 000 kPa/m2取值。不考慮附加水平力作用，采用m法計(jì)算荷載作用下樁基礎(chǔ)變形情況，結(jié)果見表5。

表5 m=1 000 kPa/m2時(shí)荷載作用下樁基礎(chǔ)變形情況

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，推算橋臺(tái)頂水平位移為0.6～0.7 cm，為實(shí)際發(fā)生位移值的10%。

(3)考慮臺(tái)后附加水平力

荷載計(jì)算時(shí)，增加軟土地區(qū)臺(tái)后路基填土對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生附加水平力，采用側(cè)壓力系數(shù)法對(duì)附加水平力進(jìn)行計(jì)算。側(cè)壓力系數(shù)法是按彈性半無限空間理論計(jì)算橋頭路基填土自重對(duì)地基產(chǎn)生的附加豎向壓力，然后乘以側(cè)壓力系數(shù)，求得地基基礎(chǔ)上的附加水平側(cè)壓力。計(jì)算結(jié)果見表6。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，考慮臺(tái)后附加水平力后，臺(tái)頂位移增加至1.2～1.3 cm，約為實(shí)際發(fā)生位移值的20%。

(4)考慮沖刷產(chǎn)生的自由樁長

根據(jù)實(shí)際位移情況，假設(shè)了由于河道泄洪可能導(dǎo)致出現(xiàn)的自由樁長，地基比例系數(shù)m按1 000 kPa/m2取值，不考慮附加水平力作用，采用m法計(jì)算荷載作用下樁基礎(chǔ)變形情況，結(jié)果見表7。

表6 考慮臺(tái)后水平力時(shí)的變形情況

表7 假定自由樁長后橋梁荷載作用下樁基礎(chǔ)變形情況

經(jīng)試算，當(dāng)自由樁長L0=7.5時(shí)，臺(tái)頂水平位移值與實(shí)際發(fā)生值基本接近，此時(shí)計(jì)算模型的受力情況基本接近于實(shí)際的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。在此狀態(tài)下，樁身混凝土最大應(yīng)力為8.78 MPa，鋼筋最大應(yīng)力為148.73 MPa，均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，據(jù)此可以推斷樁基礎(chǔ)尚未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞性變形。

3.3 病害原因分析

根據(jù)上述計(jì)算分析結(jié)果與實(shí)際病害測量值的對(duì)照，可以初步判斷本橋病害原因是由于橋址處地質(zhì)情況較差，流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層厚較深，整體河道及岸坡穩(wěn)定性較差。既有橋臺(tái)后荷載不均衡，河岸兩側(cè)土體受后胥河河道泄洪沖刷影響向河中心處滑移，推動(dòng)橋臺(tái)及橋墩位移所導(dǎo)致。同時(shí)，在新建橋施工過程中擾動(dòng)了橋址周圍的土體，加劇了河道的滑移趨勢。因線路與河流斜交，故墩、臺(tái)會(huì)同時(shí)發(fā)生縱向及橫向位移。

4 病害整治辦法

病害整治的主要原則是:在橋墩基礎(chǔ)處采用“縱向頂撐，橫向限位”的方法，固定墩臺(tái)防止繼續(xù)滑移。同時(shí)采用頂推等方法，將已經(jīng)產(chǎn)生滑移的墩臺(tái)盡量恢復(fù)原位，必要時(shí)采用鏈鋸鋸除橋臺(tái)部分胸墻，保證正常運(yùn)營時(shí)的梁縫。根據(jù)此原則，采取了以下措施進(jìn)行病害整治:

①在臺(tái)尾架設(shè)便梁，挖除臺(tái)后路基土，對(duì)臺(tái)后土壓力進(jìn)行卸載。用高壓旋噴樁機(jī)具施工臺(tái)后應(yīng)力釋放孔，進(jìn)行應(yīng)力釋放。在對(duì)臺(tái)后土體卸載的同時(shí)，在3號(hào)橋臺(tái)外側(cè)施工橫向限位承臺(tái)下鉆孔樁基礎(chǔ)。

②施工橋墩基礎(chǔ)承臺(tái)間連地梁和系梁，在系梁上設(shè)置連桿，安裝千斤頂，對(duì)橋墩承臺(tái)施加頂力，進(jìn)行糾偏復(fù)位。

③施工橋臺(tái)與橋墩之間連地梁下鉆孔灌注樁，然后澆筑承臺(tái)間連地梁和系梁，在靠近橋臺(tái)側(cè)系梁上位置設(shè)置連桿，安裝千斤頂，同時(shí)對(duì)兩側(cè)橋臺(tái)承臺(tái)施加頂力，進(jìn)行糾偏復(fù)位。

④在既有35號(hào)橋3號(hào)臺(tái)外側(cè)，澆筑橫向限位承臺(tái)。

⑤采用輕質(zhì)混凝土對(duì)應(yīng)力釋放孔進(jìn)行填充，對(duì)臺(tái)后土體進(jìn)行加固。

⑥既有橋橋墩植筋后采用鋼筋混凝土包箍，將橋墩直徑加大至2.5 m，以增加橋墩剛度。

⑦采用鏈鋸鋸除橋臺(tái)部分胸墻，對(duì)梁體進(jìn)行糾偏復(fù)位，對(duì)支座進(jìn)行整修更換，恢復(fù)1號(hào)、2號(hào)墩上梁縫，0號(hào)、3號(hào)臺(tái)上梁縫。

⑧在橋址及上、下游25 m范圍內(nèi)，進(jìn)行河床鋪砌，防止河道水流沖刷。

［1］ TB 10002.1—2005 鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范［S］

［2］ TB 10002.5—2005 鐵路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［3］ TG/GW103—2010 鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則［S］

［4］ JTG/T J22—2008 公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［5］ 張俊平．橋梁檢測與維修加固［M］．北京:人民交通出版社，2011

［6］ 鄔曉光，白青俠，雷自學(xué)．公路橋梁結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算示例［M］．北京:人民交通出版社，2011

［7］ 劉來君，趙小星．橋梁加固設(shè)計(jì)與施工技術(shù)［M］．北京:人民交通出版社，2004

［8］ 蒙云，盧波．橋梁加固與改造［M］．北京:人民交通出版社，2005

［9］ 趙冠剛，張宗魯，等．某既有鐵路橋墩的加固設(shè)計(jì)［J］．鐵道勘察，2012(2)

［10］劉俊龍．輕型墩橋梁墩臺(tái)加固設(shè)計(jì)與施工［J］．鐵道勘察，2006(4)