既有铁路线鱼腹式预应力混凝土梁换梁施工

2012-08-15高利艳

山西建筑 2012年24期

高利艳

(西平铁路有限责任公司，陕西咸阳 712046)

建设年代较早的既有铁路桥梁，随着时间的推移，混凝土出现开裂、剥落等病害，尤其是无碴无枕桥面，列车直接冲击固定钢轨的支撑块，造成支撑块开裂、松动，线路几何尺寸难以保证，采取换梁的措施是解决既有梁体病害的有效途径。但是，既有铁路换梁施工难度极大，必须统筹考虑，研究合理可行的施工方案。现结合工程实例，对鱼腹式预应力混凝土梁换梁工程施工方案进行研究、比选。

1 桥梁基本情况

襄渝上行线K544+473．53龙殿寺1号大桥位于襄渝上行线宣汉—石柱槽区间，既有桥梁为4-24．0 m预应力混凝土无碴无枕桥，上部结构为鱼腹梁，下部结构为石砌墩台，明挖扩大基础。全桥位于纵坡为5．7‰的直线上。

经多年运营，此桥出现病害，主要表现在桥上钢轨扣件、弹条、锚栓经常松动折断，线路几何尺寸无法保持，经常造成晃车和几何尺寸超限。2006年1月～3月期间，该桥上弹条折断多达110次，之后虽然经过大力整治，该病害得以缓解，但在2006年12月～2007年2月期间，仍然发生弹条折断17次。

2 病害原因分析

1)该桥为预应力混凝土无碴无枕桥，桥梁减震效果不好，列车提速后通过时冲击力较大，长时间对钢轨扣件、支撑垫块等造成冲击，因此造成钢轨扣件松动，弹条折断，锚栓失效等问题，线路维修保养比较困难。2)桥上线路使用的胶垫较厚，设计胶垫厚度达到20 mm，直接导致扣件上亢，扣压力不足，螺栓松动失效。3)桥梁减震不好，桥梁震动较强，导致支撑块挡肩容易开裂失效，不能有效的保持轨距。4)桥台与路基结合部衔接不好。桥梁两端线路为有碴道床，而桥上线路为无碴明桥面线路，列车通过桥梁时，道床弹性不均匀，在桥梁与路基结合部病害集中发生，方向不良、几何尺寸经常超限，因此造成晃车。5)承轨台支承块开裂、破损、翻浆等问题严重，造成锚固螺栓失效达30%以上。

3 施工方案比选

针对襄渝线上行K544+473．53龙殿寺1号桥换梁工程的设计方案，局总工室、工务处多次组织有关单位讨论、研究，形成以下方案:

1)不中断列车运行，利用天窗点人工换梁。

方案一:不中断既有襄渝上行线行车，在慢行条件下利用天窗点将既有24 m鱼腹式梁更换为24 m超低高度预应力混凝土梁。

既有桥梁形式为4孔24 m鱼腹式钢筋混凝土梁，根据现场调查情况，既有轨底至墩台顶2．02 m，超低高度梁轨底至梁底高度为1．75 m(图号叁桥2005(A))，支座加垫石高0．3 m，更换超低高度梁后，既有线路轨面标高保持不变。施工时，为锚固支座锚栓，墩顶铺设锚固钢筋网，需将墩顶向下凿除17 cm，梁就位后再重新灌注15 cm厚钢筋混凝土。根据设计单位现场调查及基础承载力的计算，既有桥梁石砌墩台无需加固处理。方案二:不中断既有襄渝上行线行车，在列车慢行条件下利用天窗点将既有24 m鱼腹式梁更换为24 m普通高度预应力混凝土梁。

采用通桥(2005)2101普通高度混凝土梁更换既有鱼腹梁，设计标准为时速160 km客货共线梁，轨底至梁底2．75 m，新梁梁顶宽 4．9 m，轨底到梁顶0．65 m，梁高2．1 m，梁重197．3 t，二期恒载重179．2 t，支座加垫石高度最小按0．3 m考虑，轨底至墩顶总高3．05 m，加上支座锚栓需将既有墩最少凿除1．18 m。既有墩帽高1．5 m，墩帽凿除1．18 m后，既有墩帽仅余32 cm，无法保证安全，因此需将墩帽全部凿除重做，现行通桥2101标准图墩帽高2 m，轨底至新墩帽底高5．05 m，共需凿除既有桥墩、台3．03 m。

该桥既有石砌桥墩最高28 m，将既有石砌桥墩台向下凿除3．03 m，在不中断既有线行车条件下凿除墩帽施工，稳定既有梁体维持正常行车难度极大，安全风险很高;另外，既有桥墩为浆砌块石，凿除施工极有可能会对凿除部位以下的石砌桥墩产生较大的振动损伤，威胁行车安全。

综合考虑以上因素，不中断行车的条件下，将既有24 m鱼腹式梁更换为24 m普通高度混凝土梁方案施工难度极大，安全风险很高，很难保证行车及人身安全。

另外，更换为24 m普通高度混凝土梁后，桥墩及基础承受荷载较既有桥设计荷载增加165 t，原墩台为石砌墩台，地基设计承载力为586 kPa，基础承载力720 kPa，墩顶尺寸为3．6 m×2．3 m，小于现行标准设计墩帽尺寸，需对既有石砌桥墩进行加固处理，墩身包箍后还要增加荷载约280 t，基底应力增加147 kPa，需对既有墩台基础进行包箍处理，施工期间对既有基础扰动较大，施工安全风险高。

2)封闭襄渝上行线，采用架桥机换梁。

方案一:封闭襄渝上行线路，原位更换24 m梁方案。采用该方案根据上面计算需加固桥墩，施工工序繁琐，对行车安全影响较大，加固三个桥墩估算费用约150万元，更换梁体费用约450万元，总计工程直接费用约600万元(未包括增设线路所、电化改造等费用)。工期估算:拆除四孔旧梁4 d，凿除两侧部分桥台15 d，现浇台帽及养生约30 d，架设新梁3 d，恢复线路8 d，封闭襄渝上行线原位更换24 m普通钢筋混凝土梁，总工期约60 d。方案二:拆除旧桥，新建3-32 m梁方案。将既有4-24 m鱼腹式预应力钢筋混凝土无碴无枕桥改建为3-32 m预应力混凝土梁，新建2个混凝土实体墩。为避免墩身基础施工危及相邻既有桥墩，设计采用6根1．25 m钻孔桩基础。新设桥墩距既有桥墩中心8．3 m，基础结构外缘净距2．7 m，新作桥墩基础施工与既有石砌桥墩基础互不干扰。跨度32 m梁体高度较高，轨底至墩顶3．45 m，墩顶在既有24 m鱼腹式梁底以下，施工时，不需封闭线路可完成新墩的施工。新墩施工完毕后封闭线路，采用架桥机将既有24 m梁拆除，再将旧墩及两侧桥台拆除至新设桥设计标高，预制桥台顶帽及埋设支座，养生至龄期后架设新梁，架梁完毕后恢复线路。新梁及旧梁考虑在上行线右侧设临时存梁平台，架设临时移梁龙门吊喂梁，架梁完成后拆除设备恢复线路。工期估算:封闭线路拆除24 m梁4 d，凿除两侧部分桥台15 d，现浇桥台帽及养生约30 d，架设新梁3 d，恢复线路8 d，封锁上行线路共计约60 d。新设桥墩与下行线桥对应设置，对桥下排水较为有利，工程直接费用约550万元。另外，采用架桥机换梁方案需在拆除旧梁及架设新梁期间封锁襄渝上行线路，在龙殿寺一号桥两侧设线路所，将该段上行线临时改移至襄渝下行线。下行线与上行线间距为14．9 m，设线路所单侧改线长度约200 m，需避过龙殿寺2号桥。新设线路所需增设4组道岔，2条安全线，区间改为半自动闭塞区间，费用约300万元;接触网需增设临时杆约12根，费用约100万元;通信及电力临时改移电缆，费用约50万元，以上各项合计约需要450万元。因此，架桥机架设更换梁体方案需在工程直接费用的基础上增加过渡工程费用约450万元，亦即原位更换4-24 m梁方案工程估算总费用约1 050万元;改为3-32 m梁方案工程估算总费用约1 000万元。

综合上述比较，既有梁体更换为24 m超低高度预应力混凝土梁方案运输干扰小，工程造价低，并且具有成熟的施工经验，安全风险小。因此，建议采用此种方案。