桥梁病害综合整治在青藏铁路施工中的应用

摘 要：青藏铁路格尔木至拉萨段横穿青海、西藏，纵跨青藏高原，平均海拔四千米以上，多年冻土冻胀融沉、寒冷、风雪、昼夜温差大、紫外线辐射强等自然条件对路基、桥梁带来诸多不利影响。文章以青藏铁路桥梁病害整治施工实例为研究对象，针对桥台梁缝顶死复位施工技术、桥梁支座更换施工技术、桥墩梁缝顶死复位施工技术研究，以期确保施工安全、加快施工进度，提高经济效益，并为业内提供有效的借鉴和指导。

关键词：桥梁病害;综合整治;青藏铁路

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）13-0128-03

0 引言

青藏铁路工程格拉扩能改造工程范围内唐古拉、唐古拉南、扎加藏布、雪查玛车站均存在冻土融化的反复冻胀、融沉等各项工程地质问题，冻土沼泽（湿地）不良冻土问题以唐古拉站前后范围内桥梁病害较为显著[1]。

青藏铁路桥梁大小林立，随着时间的推移，在荷载以及环境的共同作用下，各种病害相继产生并出现桥台梁缝顶死、梁体支座位移超限、限位块顶死、断裂、支座螺栓弯曲的支座、桥墩梁缝顶死等问题。鉴于以上各种不良情况，对桥梁病害整治施工技术研究是很有必要的。

1 桥梁病害情况简介

随着我国青藏高原铁路建设的发展，高海拔寒冷地区桥梁建成后的施工技术问题日益受到工程界的关注和重视[2]。其中对于高寒地区的桥梁病害问题一直以来是个比较棘手的问题，同时也是亟待解决的一个难题。几乎所有的桥梁病害问题都关系到冻土和冻岩的力学问题，对高寒多年冻土区的桥梁病害整治施工研究显得势在必行。

青藏铁路格拉段共对全线95座桥梁进行调查，发生的病害包括桥梁支座病害整治工程、桥台胸墙与梁端顶死病害整治工程、桥墩墩顶梁缝顶死病害整治工程。其中桥台胸墙与梁端顶死病害50处，支座病害126套，墩顶梁缝顶死病害38孔。具体分布为：

（1）桥台胸墙与梁端顶死病害共50处/42座桥，范围内部分桥梁亦存在支座病害及桥梁墩顶梁缝顶死病害，其中支座病害30套/10座，桥墩梁缝顶死病害7孔/5座。（2）只存在支座病害的桥梁共68套/30座。（3）只存在墩顶梁缝顶死病害的桥梁共14孔/14座。（4）同时存在墩顶梁缝顶死病害和支座病害的桥梁共9座桥，病害支座28套，墩顶梁缝顶死病害17孔。

2 桥台胸墙与梁端顶死病害整治工程

格拉扩能改造共对42座桥50处桥台胸墙与梁端顶死病害进行综合整治，病害占比3.7%（全线共设桥台1352处）。其中除4座桥位于非多年冻土区，38座病害桥位于多年冻土区或靠近多年冻土区。其中单孔病害桥梁25座，双孔及三孔病害桥梁7座，多孔桥病桥梁10座。

桥梁支座病害整治工程：全线桥梁支座病害共126套，病害占比4.4‰（全线支座个数共28720套）。病害主要表现为支座限位块顶死、断裂。

桥梁墩顶梁缝顶死病害整治：全线此类病害共38孔，病害占比5.3‰（全线桥梁孔数为7180孔）。此类型病害可分为两类：（1）桥台附近桥墩墩顶梁缝顶死，此类病害较多;（2）桥墩基础沉降也会引起桥梁中部桥墩墩顶梁缝上下梁缝不一致，梁缝一般上大下小，严重时会出现下缘梁缝局部顶死。另外，施工梁缝误差、桥梁架梁时梁缝不足，也是引起墩顶梁缝顶死的主要原因。

3 病害原因分析

桥台胸墙与梁端顶死病害整治工程病害原因分析：病害形成的主要原是冻土环境的改变，桥台台后填土填料中粘性土含量过大，由于雨水下渗、地表水虹吸等原因，使台后填土含水率高，导致台后填土的冻胀力过大，当台后冻胀力大于桥台及基础抗力后，使桥台产生纵向位移，此位移的发生是多年多次冻融循环累计值。其次，梁缝施工误差导致部分桥梁桥台胸墙与梁端顶死。

桥梁支座病害整治工程病害原因分析：梁体的纵向移动导致桥梁支座位移超限，进而导致支座限位块顶死、断裂[3];另外，支座安装误差过大等，在活载作用下，位移不能复位，造成支座限位块破坏。

桥梁墩顶梁缝顶死病害整治病害形成原因分析：桥台受台后冻胀力影响，产生纵向位移，推动桥台附近的梁体产生纵向位移，造成墩顶梁缝顶死。桥墩基础沉降、施工梁缝误差、桥梁架梁时梁缝不足，也是引起墩顶梁缝顶死的主要原因[4]。

4 病害整治处理方式

对于桥台处顶死的梁缝，将桥台上的前墙进行切除，形成适当的梁缝（根据每座桥的病害情况，开凿梁缝宽度不小于5cm），释放变形，使梁体能够自由伸缩。胸墙切割的主要施工工艺依次为：现场核实病害情况—搭建施工平台—横向贯穿孔钻孔—切割设备架设—无振动静力切割—拆除物破碎凿除—切割面防腐处理—现场恢复。

对病害桥梁支座进行更换，更换支座采用青藏线原设计所采用的圆柱面钢支座，支座具体尺寸与原设计相同。根据运营部门所提供的格拉段2013年桥梁秋检资料，共对全线126套病害支座进行更换。支座更换须在天窗点内施工，主要施工流程为：现场核实病害情况—搭建施工平台-处理移梁平面-封锁线路-清理道碴-松开钢轨护轨扣件-梁体同步顶升-拆除原支座-更换梁底支座-液压落梁-锚固支座-紧固钢轨护轨扣件-线路恢复-开通慢行。

对于桥墩处顶死的梁缝，需将顶死梁体进行纵向移梁，形成适当的梁缝，使梁体能够自由伸缩。纵向移梁需在天窗时间内进行，主要施工流程为：现场核实病害情况—搭建施工平臺-处理移梁平面-安装移梁导轨-封锁线路-清理道碴-松开钢轨护轨扣件-梁体同步顶升-拆除原支座-液压落梁-梁体纵向顶推-梁体同步顶升-更换梁底支座-液压落梁-锚固支座-紧固钢轨护轨扣件-线路恢复-开通慢行。

5 工程实例分析

K1422+935处22-32m预应力混凝土T梁：

5.1 地质

桥址位于唐古拉山垭口南山前倾斜冲洪积平原地形开阔，地势略有起伏，左高右低。低温基本稳定区（Tcp-III）。

5.2 桥涵

桥梁病害表现为：格台胸墙和梁端顶死，桥头路基下沉严重。14#墩左右侧支座限位块顶死，15号墩拉方右侧支座限位块向拉方顶死。首先，对顶死处桥台胸墙切割5cm，以保证梁体自由伸缩。胸墙切割的主要施工工艺依次为：现场核实病害情况—搭建施工平台—横向贯穿孔钻孔—切割设备架设—无振动静力切割—拆除物破碎凿除—切割面防腐处理—现场恢复。胸墙切割完成后，采用1-24m +1-12m施工便梁架空K1422+529.67～K1422+566.67段线路，D型施工便梁下设8根直径1.5m的挖孔桩支撑，桩长分别为15m、10m和2m，由于此处路基填方较高，路基开挖后1号挖孔桩悬臂高度过高，故采用系梁将四根桩纵横连接，以保证其稳定性。最后，对线路进行应力放散后，更换14、15号墩墩顶病害支座。线路架空方案如图1所示。

5.3 路基

K1422+935桥格台胸墙与梁端顶死，分析认为系路基填土冻胀所致，对台背土体挖除换填处理。具体处理方式如下：

（1）架空K1422+529.67～K1422+566.67段线路后，按纵断面图、横断面图自上而下开挖路基至既有路基基底片石层，边坡分层开挖宽度不小于1m台阶。

（2）底部留置层顶面做成坡度≮4%的向外排水横坡，铺设橡胶合成纤维土工布隔水层。

（3）基床表层（厚度0.6m）填筑级配碎石，压实标准：地基系数K/30（MPa/m）≥150，孔隙率（%）<28。基床底层（厚度1.9m）填筑碎石，碎石粒径5～8cm，压实标准：孔隙率<31%，地基系数K/30≥130MPa/m。

（4）为主动保护多年冻土，基床以下倾填片石，片石为无级配、不易风化的坚硬石块，粒经10～30cm。

（5）基床碎石边坡设倾填片石护坡防护，顶面宽度0.8m。片石为无级配、不易风化的坚硬石块，粒经10～30cm。

（6）施工完成后恢复栅栏。

（7）台后换填纵断面如图2所示。

5.4 支座更换

施工步骤：搭建工作平台→清除杂物→布顶→松开梁端轨道扣件，清理梁端道碴→多跨分阶整体同步顶升→拆取原支座→特殊材料找平→安装新支座→卸压还原→观察测量→撤顶→恢复线路。

（1）搭建工作平台及支座承重平台。根据部分桥梁支座的现场情况，做好施工场地工作平台及承重平台（采用钢管Φ48×3.0mm 的管件，管件间距50cm，搭建高度与垫石高度一致，宽度为墩身周围一米净宽）的搭建，工作平台要牢固可靠，保证人员安全。

（2）清除杂物。清理桥台、墩台及垫石处的堆积杂物，为支座更换创造便利条件。

（3）布顶。对更换支座的墩台情况进行数据复核，记录墩台、垫石有无裂缝、梁端砼有无掉块脱落、钢筋有无外露锈蚀情况。

根据梁体荷载及梁体的结构特点设置墩台上相应的顶升点，并将液压顶按照顶升点均匀布置在墩台或临时垫石上，同时加垫牢固临时支撑，为增大液压顶与梁底间的受力面积，在梁底与液压顶间安装专用垫板，接通高压输油管道，调试PLC液压控制系统，检查油管密封情况。在墩台与梁底间安装限位器，以准确控制同步顶升的高度;在墩台上安装千分表，以准确测量梁体顶升高度的变化。每片梁体每端设两处千斤顶，对称布置。

（4）松开梁端轨道扣件，清理梁端道碴。将需顶升梁体梁端外端轨道扣件松开（不超过7枕），同时检查梁端道碴及挡碴墙，防止顶升过程中石碴掉落到梁缝间，卡死梁缝。

（5）多跨分阶整体同步顶升。1）在病害支座相应的墩台处，分别布设千斤顶，布设两套顶升设备以备分阶顶升倒顶，预紧液压顶，由专业人员启动PLC液压控制系统进行预顶，以调整液压顶上下垫板间隙，使垫板和梁底紧密接合。2）使液压表、限位器、千分表归零，开始单/多跨分阶同步顶升。按照每分钟0.1-1mm的上升速度开始顶升，当顶起高度达到1mm时，停止顶升，由专业人员观察梁体微小变化;当顶起高度达到3mm时，停止顶升，采集限位器、千分表的位移数据及PLC控制系统的压力、顶升行程数据，并与理论计算数据复核，如果实测数据与理论计算数据相吻合，方可继续上升，否则应立即查找和分析原因。

顶升数据经专业人员核查无误后，按每阶顶升3mm停止一次，将采集的每阶顶升位移、压力数据与理论数据进行复核，并根据顶升高度随时加垫牢稳临时支撑，直到顶升高度达到施工要求（螺栓底部距垫石顶部6cm）。根据各墩台需调高程度不同，结合天窗时间进行分段完成，直至顶升高度满足更换要求后（以施工方便，支座进出顺利为宜），对需更换支座进行拆除，并安装新支座，调试安装，泄压落梁，并采用配套锚栓锚固新支座。

根据支座结构情况，当原支座能够顺利取出时，必须马上停止顶升，并利用千斤顶自带液压卡扣栓固定千斤顶，用以临时支撑，确保安全。

（6）拆取原支座。在液压系统保持恒定压力及临时支撑的稳定性满足要求后，割除过长及变形的的预埋螺栓，拆除原损伤支座，并将原损伤支座沿预设轨道顺桥向平移取出，置于承重平台上，清理支座放置位置及周围的杂物，保持原支座位置的洁净。

（7）特殊材料找平。安装新支座前，先进行新支座安装处的找平处理，采用粘钢胶对支座安装位置的混凝土进行找平，以确保垫石与梁底平行状态。

（8）安装新支座。支座在更换前，先检查特制支座的规格型号是否与原支座相符，并根据青藏高原的特殊气候，以零下10°时的位移量对支座的中心位置进行调整（温差按80°计算，即零下50°—零上30°）。安装新支座前应将中心位置调整好的新支座沿预设轨道安放，并进行锚固处理，对支座焊接处及防锈漆破损处进行防腐处理。

（9）卸压还原。支座安装符合要求后，开始缓慢落梁，以每分钟下落3-5mm为宜，当达到支座完全受力状态时，落梁完成。

注意：落梁时临时支撑的拆除应分阶段进行，不得一次拆除。

（10）觀察测量及撤顶。梁体就位后，由专业人员观察支座的动向及梁体的变化，采集位移数据及新旧支座的残余值，并与设计数据进行复核，如有异常及时调整。

观察测量无误后用棉丝擦洗支座及周围污垢，保持墩台及支座清洁，紧固螺栓。

撤除液压顶升设备，清理施工现场，并安装防尘装置。

（11）恢复线路。拆除扣件部分钢轨处于自由状态，设置1个临时位移观测点，临时观测点可标于混凝土枕上易于观测的地方。

在钢轨上测量两点轨温，各点固定人员进行位移观测，至规定锁轨温度下进行紧固扣件。

两根轨道同时补齐扣件，标记位移观测“零”点。

6 结语

在青藏铁路格拉扩能改造工程施工过程中，本着由点带面、由少及多的态度，认真制定施工方案，在不断的探索过程中总结和优化施工工艺。多年冻土在我国分布较广，多年冻土地带在国土范围内分布广泛，基于多年冻土发展及研究较晚。国家在基础设施方面的鼎力推动，桥梁病害的整治与防治研究迫在眉睫，从青藏铁路工程桥梁病害整治施工实例出发，将桥梁病害的种类、成因、综合整治的方法。通过实例证明多年冻土桥梁病害的严重性及根据桥梁病害的不同形式选择相对应的综合整治办法，以期将多年冻土桥梁病害降低至最低程度，并得到完全根治的目的[5]。

参考文献

[1] 李学峰.浅析高原多年冻土路基病害成因与整治方法[J].价值工程，2018（05）：196-198.

[2] 黄银豪.寒区炭质页岩隧道设计支护参数及稳定性研究[D].重庆交通大学，2016.

[3] 陈木增.浅谈既有线桥梁支座病害成因及防治[J].科技风，2015（6）：168.

[4] 杜杰.连续刚构桥梁施工控制策略探究[J].建筑工程技术与设计，2016（15）：1573.

[5] 余洋.企业能源管理个性化报表设计与实现[J].价值工程，2018（05）：198-200.