铁路车站大跨度连续刚构桥运营安全性评估

铁路车站大跨度连续刚构桥运营安全性评估

1下部结构与病害分析为了提高4号线的可访问性能力，铁路部门将增加4号线。4号线与原1和2号线之间的中心距离为8m。相对位置如图1所示。其中1、2号线为准高速线,修建于20世纪90年代初,在K45+700处为双线铁路桥。桥跨布置为7×16m+67×10m+94×8m,全桥长1636.44m。上部结构采用预应力混凝土简支T梁,下部结构采用柱式墩、T型台,钻孔灌注桩基础。8m、10m跨采用双柱墩,承台与帽梁合一,基础采用直径1.0m的钻孔桩。典型横断面图见图2。新建4号线基础下有厚度0.5～15.0m的软土层,设计对4号线软土地基采用注浆法进行加固。在对应于1、2号线64#墩位置附近区域的试验段采用钢花管注浆加固过程中发现,1、2号线63#～66#墩右侧墩柱外侧帽梁下均有环向裂纹。最大宽度裂缝为1号线64#墩外侧墩柱的环向裂缝(见图3),最大宽度达0.4mm。同时1、2号线线路中心线均向远离4号线方向产生横向位移,实测线桥相对偏移量最大值位于64#墩顶,该位置1号线轨道偏移量大106.5mm,超出了《铁路桥梁检定规范》限值70mm。结构产生病害的主要原因是4号线软基加固造成土体侧向压力骤增,对1、2号线基础产生了挤推力,从而造成1、2号线墩柱开裂、线路出现偏位。鉴于此,从桩柱完整性检测、列车通行状态下结构响应检测、结构受力检算三个方面开展了结构运营安全性评估工作。2桩长施工对桩身及桩身的影响采用低应变法对墩柱完整性进行了测试,通过对比分析方法对桩柱的完整性进行评估。具体测试方法是将传感器放置于帽梁顶及在墩柱侧面凿出的布置测点用的槽位处,然后通过力棒进行激励,见图4、图5。通过对比开裂桥墩和未开裂桥墩的波形,结合竣工图纸中桩长资料对声时、波的传播特性等参数的分析,扣除帽梁及开裂墩柱实测波段的影响,目的是判断4号线施工是否对1、2号线的桩基础带来损伤。测试及评定时,选取受施工影响很小的墩柱(61#墩、69#墩)作为对比桩柱,先对同一墩的两个桩柱的测试结果进行对比,然后与对比桩柱进行比较,综合分析实测波形情况及桩柱混凝土的波速,对桩柱的完整性进行评估。各桩柱测试结果见表1。由表1可知,开裂墩柱桩基与未开裂墩柱桩基的波形及波速参数相比差异不明显,说明4号线施工对1、2线下部结构的影响主要集中表现在墩柱开裂,对原桩基影响甚微。多数桩身应力波波形中桩底反射波形较为明显,桩身混凝土应力波波速基本正常,表明各桩身完整性基本良好。后对有缺陷信号的部位进行了开挖检查,发现桩身混凝土表观质量较差,是原施工工艺控制不良所致。3横向强迫振动特性按照《铁路桥梁检定规范》中桥梁运行性能的评价方法,主要测试桥梁的横向振动,测试内容如下:1)运营状态下62#～67#墩墩顶横向强迫振动特性,同时选择2个没有出现病害的墩进行对比试验;2)运营状态下63#～66#跨梁体的强迫振动特性。图6～图9给出了部分实测结果。从实测分析来看,桥梁的横向振动幅值都在文献的安全限值范围内。开裂桥墩与正常桥墩的振动大小和规律几乎一致,振动波形和频谱特征正常,表明裂缝还没有影响到桥墩和桥梁的整体工作状态。桥梁的状态满足准高速列车的安全运营。4结构验算的内容为合理评定线桥偏位对结构受力的影响,选取直线段8m梁和曲线段10m梁各一孔进行结构验算。线桥偏位按11cm、6cm两种考虑,作为对比,还将对线桥零偏位时的结构进行计算。主要计算内容如下:1)结构在主力作用下的正截面强度验算;2)结构在运营阶段的截面抗裂性验算;3)结构在运营阶段的刚度验算。采用桥梁博士和MIDASCivil两种软件对结构进行了计算复核,计算模型分别见10、图11。验算结构受力状态正常,强度、抗裂性和刚度都基本上能满足《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3—99)的要求。由于线桥偏位的影响,局部构件抗弯强度安全系数略低于规范要求,且截面受拉区出现了较小的拉应力,但不致对结构的正常运营造成大的影响。5大建设施不再对1、2号线影响评估工作结果显示,施工致使准高速铁路大桥出现的病害尚不会危