鐵路電氣化改造中上跨橋梁的頂升

孫 鍵

(武漢鐵路局，武漢 430063)

1 工程概況

鐵路以往修建的上跨橋梁，橋下凈空不足，滿足不了接觸網(wǎng)安全距離要求，必須對(duì)橋梁進(jìn)行改造。以往的方案是將原有橋梁拆除，新建橋梁以滿足橋下凈空距離要求。在京九線(北京～九龍)電氣化改造項(xiàng)目中，將K1 039+630段公跨鐵立交橋原有的拆除重建方案改為橋梁頂升方案，在不影響既有鐵路運(yùn)輸?shù)那闆r下，將梁體抬高，簡(jiǎn)化了施工過(guò)程，節(jié)約了大量工程投資。

2 總體方案

京九K1 039+630橋?yàn)楣玷F立交橋，為河南省新縣至湖北省麻城之間縣級(jí)公路跨京九鐵路而設(shè)的立交橋，孔徑為13 m+16 m+13 m，現(xiàn)澆鋼筋混凝土板橋，U形橋臺(tái)。該橋于1993年建成通車(chē)，公路與鐵路斜交，斜交角為10.8°，路面寬為1.5 m+4.0 m+1.5 m，混凝土路面，如圖1。按照設(shè)計(jì)，為滿足接觸網(wǎng)架線需要，橋梁需要提升0.7 m?？紤]到該橋狀況良好，選取該橋進(jìn)行頂升加固施工。

圖1 全橋示意圖

2.1 頂升裝置的布置方案

經(jīng)過(guò)初步檢算，全橋共需設(shè)置千斤頂36個(gè)。頂升過(guò)程中要求36個(gè)頂升點(diǎn)必須同步頂升，防止出現(xiàn)橋面開(kāi)裂等病害。其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 液壓控制系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

橋臺(tái)布置方案，利用原橋臺(tái)臺(tái)帽作為頂升的反力基礎(chǔ)，用鋼托架法頂升梁體。在橋墩蓋梁側(cè)面通過(guò)植入錨固螺栓固定鋼牛腿，作為千斤頂?shù)南虏恐c(diǎn)。在梁底焊接鋼板，將千斤頂焊接在鋼板上進(jìn)行頂升，如圖2。為保證橋梁在頂升過(guò)程中不出現(xiàn)縱橋向和橫橋向位移，需對(duì)T梁設(shè)置鋼限位架。

圖2 橋墩頂升布置方案

2.2 頂升系統(tǒng)的配置要求

頂升系統(tǒng)主要分三個(gè)部分，即監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、頂升系統(tǒng)和配載系統(tǒng)。

1)監(jiān)測(cè)系統(tǒng):頂升過(guò)程中，梁體縱向偏差、傾斜率、伸縮縫處的板梁間隙等會(huì)發(fā)生變化，須安裝精度為0.1 mm的位移傳感器，以測(cè)定橋梁頂升過(guò)程中的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，精確控制頂升過(guò)程。橋梁結(jié)構(gòu)變化值大于限制值時(shí)，應(yīng)停止頂升作業(yè)并進(jìn)行調(diào)整［2］。

2)頂升系統(tǒng):梁體頂升的重點(diǎn)在于保持梁結(jié)構(gòu)的完整性，防止由于頂升作用點(diǎn)的不同步而導(dǎo)致梁體扭曲，出現(xiàn)裂縫等病害。由高壓液壓千斤頂，按照梁的實(shí)際荷重，平穩(wěn)地頂舉梁體，減少頂升過(guò)程中梁體受到的附加內(nèi)應(yīng)力。根據(jù)分布位置分成組，液壓千斤頂與位移傳感器組成位置閉環(huán)，以便控制頂升的位移和姿態(tài)，保證頂升過(guò)程的同步性。

3)配載系統(tǒng):根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，適當(dāng)調(diào)整橋梁荷載，以保證頂升過(guò)程中荷載的穩(wěn)定。

3 結(jié)構(gòu)檢算

3.1 恒載計(jì)算

長(zhǎng)13 m梁參數(shù):梁長(zhǎng)13 m，梁寬6.8 m，梁高0.9 m，鋼筋混凝土密度2.6 t/m3。梁重為13×6.8×0.9×2.6=2 069 kN。

長(zhǎng)16 m梁參數(shù):梁長(zhǎng)16 m，梁寬6.8 m，梁高1.0 m，鋼筋混凝土密度2.6 t/m3。梁重為16×6.8×1.0×2.6=2 829 kN。

橋面鋪裝重量計(jì)算參數(shù):橋面寬7.0 m，鋪裝平均厚度0.096 m，橋長(zhǎng)42 m，素混凝土密度2.5 t/m3。橋面鋪裝重量7.0×0.096×42×2.5=705.6 kN。

人行道構(gòu)件按300 kN計(jì)算。

每片梁安裝千斤頂12個(gè)，將42 m橋面鋪裝和人行道構(gòu)建重量按16 m換算后，單個(gè)頂升承受最大壓力P=［2 829+(705.6+300)×16/42］/12=268 kN，即單個(gè)牛腿實(shí)際所受剪力也為V=268 kN。

3.2 鋼牛腿的結(jié)構(gòu)檢算

鋼牛腿使用M20螺栓，其受力如圖3所示，主要檢算抗剪和抗拉兩種外力。

圖3 鋼牛腿受力情況

3.3 抗剪驗(yàn)算

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和8.8級(jí)M20螺栓結(jié)構(gòu)強(qiáng)度［3］，可得=320 MPa和=400 MPa，單個(gè)螺栓的最大抗剪力=nvπd2/4。式中為螺栓的單位面積抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為螺栓的單位面積抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;d為螺栓直徑;nv為剪切面數(shù)量，取1.0。

安裝8條螺栓的鋼牛腿最大抗剪力為

可知，抗剪強(qiáng)度滿足要求。

3.4 抗拉驗(yàn)算

同樣，按最不利偏載考慮單個(gè)螺栓受拉。

最不利情況下，單個(gè)螺栓最大拉力

可知，抗拉強(qiáng)度滿足要求。

3.5 組合荷載驗(yàn)算(同時(shí)受剪、受拉)根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，有

代入數(shù)值即得到

可知，組合荷載情況下受力滿足要求。

4 結(jié)語(yǔ)

施工時(shí)，通過(guò)三次頂升使梁體達(dá)到預(yù)定高度。采用400 mm×400 mm×15 mm專用鋼墊塊作為頂升過(guò)程的臨時(shí)支撐，鋼墊塊高度與千斤頂?shù)男谐滔噙m應(yīng)，鋼墊塊間用螺栓牢固連接。頂升完畢后，將橋臺(tái)、橋墩植入鋼筋，然后架設(shè)模板進(jìn)行現(xiàn)澆加固處理，如圖4。

圖4 頂升后加固

由于采用橋梁頂升方案，避免了原拆除改建方案中的拆舊橋、架設(shè)便橋、建新橋等煩瑣工作，施工時(shí)不影響既有線鐵路行車(chē)，大大降低了施工復(fù)雜程度，節(jié)約工程投資130萬(wàn)元。施工后橋梁使用情況良好，取得了非常好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］李衛(wèi)東，徐桃義，朱斌.漢水橋更換縱梁上蓋板大修設(shè)計(jì)——橫梁腹板的局部穩(wěn)定設(shè)計(jì)［J］.鄭鐵工務(wù)通訊，2002(2):44-45.

［2］吳家麟.電測(cè)試技術(shù)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1994.

［3］吳雪寧，楊松.影響B(tài)V型系列橋梁振動(dòng)檢測(cè)儀測(cè)量結(jié)果的幾個(gè)因素［J］.鐵道工務(wù)，2004(2):10-11.