趙冠剛 張宗魯 聶 磊 王 康

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計院，山東濟(jì)南 250022)

1 概述

某地方鐵路于1992年建成通車，其中，跨越老清河時采用6孔20 m鋼筋混凝土簡支T梁，下部采用鋼筋混凝土圓端形板式橋墩，墩臺均為擴(kuò)大基礎(chǔ)。由于當(dāng)?shù)囟嗄陮拥罒o序采砂，使河床平均下切3 m多，橋墩基礎(chǔ)成為淺基。2011年7月當(dāng)?shù)卦馐芴卮蟊┯?，洪峰過后橋墩基礎(chǔ)均有不同程度的裸露，其中，2號墩橫向發(fā)生傾斜(基礎(chǔ)底至墩頂中心線偏移0.10 m，與線路中心線偏移0.07 m)，并導(dǎo)致了鐵路臨時停運。經(jīng)相關(guān)部門搶險(采用83式軍用墩支承2、3孔梁，對2號墩進(jìn)行部分卸載)通車后，由我單位進(jìn)行2號橋墩的加固及全橋淺基處理設(shè)計。

2 設(shè)計思路

既有橋修補(bǔ)加固工程一般規(guī)模較小，但往往時間緊迫，且施工及運營的安全壓力大。在以往既有橋加固工程中，各單位一般根據(jù)各自經(jīng)驗并參照其他行業(yè)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計，結(jié)構(gòu)的安全儲備、工程的經(jīng)濟(jì)合理性指標(biāo)等不甚統(tǒng)一。

本例工程為老清河大橋2號墩(橫向發(fā)生微傾)的加固設(shè)計，總體設(shè)計思路如下。

(1)根據(jù)現(xiàn)狀河流的狀態(tài)，重新進(jìn)行河道的水力計算，作為現(xiàn)狀淺基防護(hù)及橋墩加固的依據(jù)。

(2)選擇2號橋墩的加固利用方案，進(jìn)行樁基及植筋的計算，保證加固后橋墩穩(wěn)定。

(3)選擇2號墩上部梁跨的支護(hù)方法，并進(jìn)行梁部及臨時支墩的結(jié)構(gòu)驗算。

(4)選擇基坑降水及開挖支護(hù)方案。

3 加固設(shè)計

為保證2號墩不再傾斜而保持穩(wěn)定狀態(tài)，需對其進(jìn)行加固設(shè)計。主要設(shè)計內(nèi)容包括:淺基防護(hù)水力計算、橋墩加固及樁基計算、植筋計算、T梁及83式軍用墩檢算、基坑開挖支護(hù)計算等項目，其中涉及的計算內(nèi)容多，技術(shù)含量高，工作量大。主要設(shè)計過程分述如下。

(1)淺基防護(hù)水力計算

該橋按50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2011年雨季過后，現(xiàn)狀河道的縱、橫斷面，利用《鐵路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》(TB10017—99)的3.6.2和3.6.6系列公式，重新計算河道的水力特征值并與原設(shè)計值相比較(見表1)。

表1 水利特征比較

由表1數(shù)據(jù)可知，根據(jù)一個雨季周期過后，實測河床斷面計算的水力特征值，表明橋墩擴(kuò)大基礎(chǔ)的埋置深度已遠(yuǎn)不能滿足相關(guān)規(guī)范的要求，必然影響橋墩基礎(chǔ)的穩(wěn)定，并對橋梁和鐵路運輸安全造成威脅，故必須進(jìn)行全橋淺基防護(hù)處理。

(2)橋墩加固及樁基計算

本橋已建成通車近20年，橋墩的使用狀況和外觀質(zhì)量均良好，根據(jù)經(jīng)驗判斷外觀質(zhì)量合格。

根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范》(TB10002.1—2005)第5.3節(jié)及《鐵路工務(wù)技術(shù)手冊－橋涵》(1992年2月第二版)第七章第七節(jié)第四部分(表7－7－5)判斷，傾斜后橋墩橫向墊石邊緣至支座底板的距離由原0.30 m減小為0.27 m，但仍大于規(guī)范[1］0.20 m的規(guī)定值，故橋墩仍滿足結(jié)構(gòu)性需要，所以不必進(jìn)行糾偏。

橋墩采用增補(bǔ)樁基加固法:在既有橋墩擴(kuò)基左右兩側(cè)各增設(shè)2根基樁，擴(kuò)基四周設(shè)鋼筋混凝土承臺包裹，為滿足剛性角的要求承臺設(shè)為2層。采用規(guī)范“m”法計算確定為4根直徑1 m的摩擦樁，樁長21 m。

采用MADIS分別建立原橋墩和加固后橋墩計算模型(如圖1)，計算結(jié)果為:墩身混凝土及鋼筋應(yīng)力、墩頂位移等指標(biāo)均滿足原設(shè)計要求，且墩頂位移有較大程度的改善，故從材料性能角度判斷，橋墩可以在傾斜狀態(tài)下繼續(xù)使用(見表2)，不需糾偏。

圖1 橋墩計算模型

表2 橋墩檢算結(jié)果對照

(3)植筋計算

新舊圬工的結(jié)合是本工程的難點之一，目前，鐵路行業(yè)沒有制定相關(guān)的加固設(shè)計規(guī)范，新舊圬的結(jié)合一般采用打牽釘?shù)姆绞?，缺少理論計算依?jù)。

本例工程參照《公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范》(JTG/T J22—2008)、《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》(GB50367—2006)和《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》(JGJ145—2004)進(jìn)行設(shè)計。橋墩加固采用植筋技術(shù)，選用直徑為20 mm的HRB335鋼筋。

植筋根數(shù)計算:橋墩基礎(chǔ)底主要受豎向力(7 565 kN)影響，根據(jù)第四強(qiáng)度理論最大切應(yīng)力[τ］=0.577[σ］，植筋的切應(yīng)力為193 MPa，計算共需鋼筋125根。

植筋驗算:根據(jù)規(guī)范要求，對鋼筋和基材混凝土進(jìn)行受拉、受剪，以及受拉、剪作用下強(qiáng)度驗算，確保鋼筋和基材混凝土不發(fā)生破壞。

①植筋錨固深度

按規(guī)范公式計算，結(jié)果為Id=479 mm，取500 mm。

②基材混凝土的抗剪承載力設(shè)計值

按規(guī)范公式計算，設(shè)計值Vc=8 591.6 kN＞基底處外力為7 565 kN。

由以上結(jié)果可知，鋼筋、基材混凝土都不會發(fā)生破壞，設(shè)計滿足要求。

(4)T梁及83式軍用墩檢算

搶險時采用83式鐵路輕型軍用墩，作為2、3孔梁的臨時支點，部分卸除2號墩的上部荷載，雖能保證全橋限速10 km/h的通行需要，但各墩受力分配不明確。

施工需完全卸載2號墩上部荷載，而既有2、3孔梁亦成為懸臂梁，故需對梁及83式軍用墩進(jìn)行受力檢算，并應(yīng)保證梁及臨時墩的絕對安全，采用MADIS建立空間模型(如圖2)，計算(結(jié)果見表3、表4)。

圖2 臨時墩支承梁體計算模型

表3 八三式鐵路輕型軍用橋墩檢算結(jié)果

表4 20 m鋼筋混凝土T梁驗算結(jié)果

(5)基坑開挖支護(hù)設(shè)計

基坑開挖時2號墩基礎(chǔ)僅留0.5 m埋入土中，其他部位與四周土體完全剝離、裸露，失去了側(cè)向土體的支承，是施工過程中的危險環(huán)節(jié)之一，故基坑開挖的安全防護(hù)尤為重要。設(shè)計采取了以下幾個主要措施:①在基坑開挖影響范圍內(nèi)注水泥砂漿封堵地下水，同時加固基礎(chǔ)下土層;四周設(shè)大口井，輔助降低地下水位至設(shè)計基底下1 m。②在2號橋墩橫向傾面設(shè)H形鋼輔助支承頂撐墩身。③基坑開挖時，坑壁采用鋼板樁圍堰進(jìn)行支護(hù)，圍堰間適當(dāng)增設(shè)橫撐。④建立觀測點，實時觀測墩身及地表變形情況;制定全面的應(yīng)急預(yù)案，及時處理突發(fā)情況。

4 結(jié)束語

工程竣工通車后，經(jīng)半年的持續(xù)觀測，橋梁使用狀態(tài)良好，且列車運行的平穩(wěn)性有所提高，運營條件有所改善。根據(jù)本工程采取的設(shè)計措施及取得的實際效果，筆者認(rèn)為有以下幾點經(jīng)驗值得肯定。

(1)2號墩采用增補(bǔ)樁基加固法，既保證了橋墩的穩(wěn)定，又大大提高了其整體剛度，改善了鐵路運輸條件，故在既有淺基橋梁的處理中，增補(bǔ)樁基加固法可為首選方案。

(2)新舊圬工結(jié)合采用的植筋技術(shù)效果很好，說明建設(shè)部等部門頒發(fā)的相關(guān)行業(yè)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，對鐵路工程也是適用的。

(3)83式軍用墩為標(biāo)準(zhǔn)桿件模數(shù)化制作拼裝，其重復(fù)利用率高、性能穩(wěn)定、地基適應(yīng)性強(qiáng)，與鋼管混凝土、萬能桿件等支承形式相比，經(jīng)測算可節(jié)省支承工程費約4%，故可作為臨時支墩的首選。采用注水泥漿(加水玻璃)封堵地下水并加固地基，也達(dá)到了較好的效果，說明在細(xì)圓粒土層中采用注漿的辦法是可行的。

[1]鐵道第三勘察設(shè)計院.TB 10002.1—2005 鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范[S］.北京:中國鐵道出版社，2005

[2]中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司.TB 10002.3—2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S］.北京:中國鐵道出版社，2005

[3]鐵道第三勘察設(shè)計院.TB 10002.5—2005 鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S］.北京:中國鐵道出版社，2005

[4]鐵道第三勘察設(shè)計院.TB 10017—99 鐵路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范[S］.北京:中國鐵道出版社，1999

[5]鐵道部工務(wù)局.鐵路公務(wù)技術(shù)手冊-橋涵[M］.北京:中國鐵道出版社，1992:266-267

[6]中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司.JTG/T J22—2008 公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范[S］.北京:人民交通出版社，2008

[7]四川省建筑科學(xué)研究院.GB50367—2006 混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范[S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006

[8]中國建筑科學(xué)研究院.JGJ145—2004 混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程[S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004