隨著鐵路既有線的不斷提速，我局既有線上大量圓柱形橋墩出現(xiàn)了橫向振幅大幅超過《檢規(guī)》規(guī)定限值的問題 ,嚴(yán)重危及行車安全，以致必須采取限速措施，制約了既有線運(yùn)輸能力的提高。如何通過加固以增強(qiáng)圓柱形橋墩的橫向剛度，小橋墩橫向振幅，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和提速列車的安全運(yùn)行， 已成為目前急需解決的問題之一。
本文選擇我局皖贛線下行K7
+110竹絲港大橋其典型的圓柱形橋墩的加固作一介紹。
皖贛線下行2 乙號(hào)竹絲港特大橋全長1311.14m，中心里程K7
+110，上部結(jié)構(gòu)由19孔32m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁+1孔48m下承式栓焊鋼桁梁+19孔32m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁組成。除主跨鋼桁梁所處19# 、20#兩橋墩為圓端形墩外，其余均為Φ2.3-2.8（m）圓柱形橋墩，全橋基礎(chǔ)均為鉆孔樁基礎(chǔ)。大橋平面布置呈“S”狀，除橋中間部分設(shè)在直線上外，兩端均在R=600m的曲線上。
2007年6月上海鐵路局技術(shù)中心橋梁技術(shù)檢定所對(duì)該橋進(jìn)行了振動(dòng)測試，測試結(jié)果表明該橋圓柱形墩墩頂橫向振幅偏大，且根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及同類結(jié)構(gòu)測試數(shù)據(jù)，該類圓柱形橋墩橫向剛度總體偏弱，建議工務(wù)段對(duì)其進(jìn)行加固。
1
.橫向振幅嚴(yán)重超限的原因分析及加固方案比選
1.1 橫向振幅嚴(yán)重超限的原因分析
橋梁的振動(dòng)是由橋上運(yùn)行列車引起的外激振動(dòng)，其振動(dòng)響應(yīng)的大小與外界激勵(lì)的大小和橋梁本身抵抗變形的能力即橋梁的剛度有關(guān)。從橋墩本身看，橋墩橫向剛度不足會(huì)使橋墩頂部產(chǎn)生較大的橫向位移，而墩頂?shù)臋M向位移會(huì)加劇橋梁的橫向振動(dòng)。因此，要減小橋梁的橫向振動(dòng)，可從提高橋墩橫向剛度人手。
該橋原橋墩設(shè)計(jì)采用圓柱式橋墩，是為了確保有一定的流水特性，同時(shí)也減輕橋墩的自重，減小圬工數(shù)量。然而相應(yīng)的帶來了墩身截面變小、剛度較弱、橫向振幅變大等不利問題。
1 .2 加固方案的比選
以皖贛線下K7
+110竹絲港大橋典型的圓柱形橋墩為研究對(duì)象，提出以下二種加固方案：
?。?）原墩身采用鋼筋砼包箍，即將原直徑為Φ2.3-2.5（m）圓柱形橋墩包箍為圓端形，橫橋方向加寬至4.0m（如圖1 所示）。
?。?）原墩身采用增設(shè)翼式鋼筋砼板，即將直徑為Φ2.3-2.5（m）圓柱形橋墩增設(shè)厚1.4m翼式板，橫橋方向加寬至4.0m（如圖2 所示）。
圖1 方案一模型 圖2 方案二模型
2.加固方案的檢算
以15#橋墩為例，進(jìn)行加固方案檢算，其技術(shù)資料詳見表1 。
表1 #15橋墩技術(shù)資料
2.1 橋墩橫向抗推剛度的計(jì)算
K=3EI/H
3
式中：K―抗推剛度，單位：KN/c m ；
E-C30砼抗壓彈性模量，E=3.2x10
4M p a ；
I-截面慣性矩，單位：m；
H 一橋墩高度，即樁承臺(tái)頂至墩頂距離，H=9.97m 。
(1)加固前原橋墩墩身截面慣性矩(如圖3所示)：
圖3 原墩身斷面
(2)加固方案一墩身截面慣性矩(如圖4所示)：
(3)加固方案二墩身截面慣性矩(如圖5所示)：
2.2樁頂豎向荷載計(jì)算
(1)加固前原墩樁頂最大豎向力N
0：
(2) 加固方案一樁頂豎向荷載N
1：
(3) 加固方案二樁頂豎向荷載N
2：
計(jì)算結(jié)果見表2。
由表2數(shù)據(jù)可以看出，兩種加固方案對(duì)橋墩橫向抗推剛度的提高均比較明顯，方案一更為有效，但方案一豎向荷載提高較大，由于該橋建成投入運(yùn)營不到8年，地基承載力難以滿足要求，需對(duì)基礎(chǔ)加固，若實(shí)施此方案，程造價(jià)高，施工工藝相對(duì)復(fù)雜，工期較長。
與方案一相比，加固方案二豎向荷載提高不到5%，地基承載力滿足要求，基礎(chǔ)不需加固，且垢工用量小，更經(jīng)濟(jì)，工期短，施工工藝相對(duì)簡單，易操作。因此，采用第二套加固方案，即在原墩身增設(shè)翼式鍘筋混凝土板的方法對(duì)橋墩加固，是經(jīng)濟(jì)、合理、有效的加固方案。
3.加固工藝要求及加固后振動(dòng)測試
3.1加固工藝要求
為保證鋼筋砼板與立柱的整體性，加固s應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
(1)加固范圍內(nèi)舊砼面應(yīng)鑿毛洗凈，并涂界面劑，以保證新舊砼結(jié)合良好；
(2)翼板與原墩接筑面處，將原墩身鑿除5cm，并將翼板箍筋與原墩立柱箍筋焊接；
(3)基礎(chǔ)頂部、墩帽底部均鑿埋牽釘與板連接，植人墩身有關(guān)牽釘均采用FH—El31化學(xué)錨同劑工藝；
(4)托盤以上部分砼板澆筑采用新型材料微膨脹砼；
(5)澆筑砼應(yīng)在列車行車間隙進(jìn)行，以防砼產(chǎn)生離析。
3.2加固后振動(dòng)測試
2008年蕪湖工務(wù)段對(duì)該橋除16#-20#墩外的26個(gè)Φ2.3m及7個(gè)Φ2.5m共計(jì)33個(gè)圓柱形橋墩進(jìn)行了加固，采用第二套加固方案施工，即將原墩身增設(shè)翼式鋼筋混凝土板，板厚1.4m，橫向?qū)挾扔上秮淼?.3-2.5(m)均加寬至4m。
2009年6月25日上海鐵路局技術(shù)中心橋梁技術(shù)檢定所對(duì)該橋部分加固后橋墩進(jìn)行了振動(dòng)測試，以檢驗(yàn)其加固效果，其中15#橋墩加固前后檢測指標(biāo)詳見表3。
結(jié)果表明，加固后15號(hào)墩實(shí)測橫向最大振幅為0.38mm，加固前為1.16mm，加固后橋墩的橫向振幅大幅減小，其實(shí)測最大橫向振幅已小于《檢規(guī)》對(duì)該類墩所規(guī)定的橫向振幅通常值；實(shí)測橋墩橫向自振頻率為2.24Hz，也滿足《檢規(guī)》最低限值的要求。
4.結(jié)論及建議
圓柱形橋墩橫向剛度的加固采用墩身增設(shè)翼式鋼筋混凝土板的方法，能有效提高既有線上該類型橋墩的橫向自振頻率和橫向剛度，是減小該類橋墩橫向振幅的有效方法。該加固方案對(duì)鐵路運(yùn)輸干擾小，施工技術(shù)簡單，工程造價(jià)低，適合推廣應(yīng)用。
