圆柱形桥墩横向刚度加固方案探讨

随着铁路既有线的不断提速，我局既有线上大量圆柱形桥墩出现了横向振幅大幅超过《检规》规定限值的问题 ,严重危及行车安全，以致必须采取限速措施，制约了既有线运输能力的提高。如何通过加固以增强圆柱形桥墩的横向刚度，小桥墩横向振幅，确保结构的稳定性和提速列车的安全运行， 已成为目前急需解决的问题之一。

本文选择我局皖赣线下行K7+110竹丝港大桥其典型的圆柱形桥墩的加固作一介绍。

皖赣线下行2 乙号竹丝港特大桥全长1311.14m，中心里程K7+110，上部结构由19孔32m预应力混凝土T梁+1孔48m下承式栓焊钢桁梁+19孔32m预应力混凝土T梁组成。除主跨钢桁梁所处19# 、20#两桥墩为圆端形墩外，其余均为Φ2.3-2.8（m）圆柱形桥墩，全桥基础均为钻孔桩基础。大桥平面布置呈“S”状，除桥中间部分设在直线上外，两端均在R=600m的曲线上。

2007年6月上海铁路局技术中心桥梁技术检定所对该桥进行了振动测试，测试结果表明该桥圆柱形墩墩顶横向振幅偏大，且根据经验及同类结构测试数据，该类圆柱形桥墩横向刚度总体偏弱，建议工务段对其进行加固。

　　1.横向振幅严重超限的原因分析及加固方案比选

　　1.1 横向振幅严重超限的原因分析

　　桥梁的振动是由桥上运行列车引起的外激振动，其振动响应的大小与外界激励的大小和桥梁本身抵抗变形的能力即桥梁的刚度有关。从桥墩本身看，桥墩横向刚度不足会使桥墩顶部产生较大的横向位移，而墩顶的横向位移会加剧桥梁的横向振动。因此，要减小桥梁的横向振动，可从提高桥墩横向刚度人手。

　　该桥原桥墩设计采用圆柱式桥墩，是为了确保有一定的流水特性，同时也减轻桥墩的自重，减小圬工数量。然而相应的带来了墩身截面变小、刚度较弱、横向振幅变大等不利问题。

　　1 .2 加固方案的比选

　　以皖赣线下K7+110竹丝港大桥典型的圆柱形桥墩为研究对象，提出以下二种加固方案：

　　（1）原墩身采用钢筋砼包箍，即将原直径为Φ2.3-2.5（m）圆柱形桥墩包箍为圆端形，横桥方向加宽至4.0m（如图1 所示）。

　　（2）原墩身采用增设翼式钢筋砼板，即将直径为Φ2.3-2.5（m）圆柱形桥墩增设厚1.4m翼式板，横桥方向加宽至4.0m（如图2 所示）。 图1 方案一模型图2 方案二模型

　　2.加固方案的检算

　　以15#桥墩为例，进行加固方案检算，其技术资料详见表1 。

　　表1 #15桥墩技术资料

2.1 桥墩横向抗推刚度的计算

K=3EI/H3式中：K―抗推刚度，单位：KN/c m ；

　　E-C30砼抗压弹性模量，E=3.2x104M p a ；

　　I-截面惯性矩，单位：m；

　　H 一桥墩高度，即桩承台顶至墩顶距离，H=9.97m 。

　　(1)加固前原桥墩墩身截面惯性矩(如图3所示)：

　  图3 原墩身断面

　　(2)加固方案一墩身截面惯性矩(如图4所示)：

　　(3)加固方案二墩身截面惯性矩(如图5所示)：

　　2.2桩顶竖向荷载计算

　　(1)加固前原墩桩顶最大竖向力N0：

　(2) 加固方案一桩顶竖向荷载N1：

　　 (3) 加固方案二桩顶竖向荷载N2：

　　 计算结果见表2。

　由表2数据可以看出，两种加固方案对桥墩横向抗推刚度的提高均比较明显，方案一更为有效，但方案一竖向荷载提高较大，由于该桥建成投入运营不到8年，地基承载力难以满足要求，需对基础加固，若实施此方案，程造价高，施工工艺相对复杂，工期较长。

与方案一相比，加固方案二竖向荷载提高不到5%，地基承载力满足要求，基础不需加固，且垢工用量小，更经济，工期短，施工工艺相对简单，易操作。因此，采用第二套加固方案，即在原墩身增设翼式铡筋混凝土板的方法对桥墩加固，是经济、合理、有效的加固方案。

　　3.加固工艺要求及加固后振动测试

　　3.1加固工艺要求

　　为保证钢筋砼板与立柱的整体性，加固s应注意以下几点：

　　(1)加固范围内旧砼面应凿毛洗净，并涂界面剂，以保证新旧砼结合良好；

　　(2)翼板与原墩接筑面处，将原墩身凿除5cm，并将翼板箍筋与原墩立柱箍筋焊接；

　　(3)基础顶部、墩帽底部均凿埋牵钉与板连接，植人墩身有关牵钉均采用FH—El31化学锚同剂工艺；

　　(4)托盘以上部分砼板浇筑采用新型材料微膨胀砼；

　　(5)浇筑砼应在列车行车间隙进行，以防砼产生离析。

　　3.2加固后振动测试

　　2008年芜湖工务段对该桥除16#-20#墩外的26个Φ2.3m及7个Φ2.5m共计33个圆柱形桥墩进行了加固，采用第二套加固方案施工，即将原墩身增设翼式钢筋混凝土板，板厚1.4m，横向宽度由隙来的2.3-2.5(m)均加宽至4m。

　　2009年6月25日上海铁路局技术中心桥梁技术检定所对该桥部分加固后桥墩进行了振动测试，以检验其加固效果，其中15#桥墩加固前后检测指标详见表3。