1· 概述
宁启铁路位于江苏省，经过长江以北冲积平原，所处地区软土覆盖层较厚，易发生桥梁墩台病害。2010年，在进行宁启铁路增建二线某中桥建设过程中，发现一侧的既有线中桥出现梁缝减小甚至顶死、墩台向河中心滑移、桥台支座螺栓剪断、个别支座脱空等病害，影响既有线列车运营安全，不得已对通过列车采取了限速45 km/h 的临时措施。按照上海铁路局工务部门要求，中铁上海设计院根据现场测试资料，对该桥的病害机理及发生原因进行了研究分析，并结合新建二线桥梁完成了整体治理加固设计，希望通过实施过程中的不断调整优化，为类似病害桥梁的整治加固提供借鉴参考。
2· 既有线工程
2. 1 桥梁结构
既有线中桥建成于2002 年，全长62. 42 m，线路垂线与河道交角42°。桥位处线路为直线段，坡度4. 3‰。上部结构为3-16 m 预应力混凝土简支T 梁，圆柱面钢支座。钢筋混凝土圆柱形桥墩，直径2. 0 m。T 形桥台。墩台基础均采用Φ0. 8 m 钻孔灌注桩，持力层位于砂岩层。
新建二线中桥建成于2010 年，与既有桥梁并行，线间距为9. 5 m。全长61. 47 m，直线平坡。为了与既有线桥墩对孔布置，上部结构亦采用3-16 m 预应力混凝土简支T 梁，盆式橡胶支座。钢筋混凝土圆柱形桥墩，直径2. 50 m。空心矩形桥台。墩台基础均采用Φ1. 0 m 钻孔灌注桩。
2. 2 台后路基软土处理
既有线桥梁台后路基高5. 5 m，台后及桥台锥体处地基软土采用粉喷桩加固处理。桩间距1. 1 m，直径0. 5 m，桩深8. 5 ～ 14 m，粉喷桩打穿软土底部0. 2 m以上; 新建二线桥梁台后路基软土地基以及桥台锥体范围内地基也采用了水泥搅拌桩加固，桩径0. 5 m，桩间距1. 0 ～ 1. 3 m，桩长9 ～ 14. 0 m。
2. 3 桥址处地质情况
地质勘探资料揭示，桥址处30. 0 m 厚度内为第四系全新统冲积黏性土、第三系上新统圆砾土以及白垩系泥质砂岩。地面下约15 m 范围内均为流塑状淤泥质黏土，承载力低，为典型的软土地基。河道及岸坡稳定性较差，稍遇外界干扰，即可发生岸坡滑移，造成桥梁病害。各土层特征分别见表1。
3· 桥墩台位移病害
2011 年9 月、2012 年5 月，上海铁路局工务检测部门对既有线桥墩台的位移情况进行了2 次检测，并给出了鉴定评估意见。
3. 1 外形观测
( 1) 梁缝: 全桥各孔间梁缝与竣工图梁缝相比均明显缩小。其中，0号台前墙右侧上缘与梁端顶死，梁端局部开裂; 1 号墩梁端上缘不规则顶紧; 2 号墩梁端上缘顶紧，横隔板开裂; 3 号台前墙左侧与梁端顶紧，横隔板开裂。
( 2) 支座: 第一孔梁固定支座下板螺栓剪断，下板松动、支座吊空，局部有平面内扭转。
( 3) 桥台后路基: 两桥台后路基沉降明显，护锥与台后路基已形成明显台阶，护锥顶部破裂。
3. 2 梁缝测量值
从2011 年9 月、2012 年5 月2 次梁缝测量值比较( 表2) 看出，在不到1 年的时间内，既有线桥梁梁缝有不断减小的趋势。
3. 3 墩台位移量分析
根据支座下板纵向中心距测量结果，与理论设计值相对比，可推测墩台水平变形情况，见表3及图1。
由上看出，墩台纵向位移为22 ～ 77 mm，已经超出了铁路桥梁设计规范中规定的活载作用下容许值20mm。横向最大位移也达到110 mm，对线路平面影响较大，必须进行整治处理，确保行车安全。
4· 病因分析
4. 1 有关计算方法
根据已发生的墩台顶实际位移病害，通过对路基－ 桥台土体整体的最不利滑弧检算和土压力计算对比分析，确定台背土压力是控制荷载。对造成本桥墩台过大位移的可能因素，如桩基持力土层约束作用、台背土压力计算参数选取、桩身水平土推力荷载等进行了计算研究。按照现行铁路桥梁设计和检定规范［1-2］及常用计算分析方法［3-4］，建立桩基计算模型，采用“m法”进行理论分析，探讨各种因素影响的权重值。例如，对纵向位移值最大的0 号桥台，针对桩基持力层软土经粉喷桩实际加固后的不同效果，选取不同的侧向地基比例系数进行模拟计算。最不利时完全不考虑侧向土体的约束作用，按高桩承台计算，分析桩身可能出现的自由端长度。
参照国内对类似病害桥梁的分析资料［5-11］，分析时将目前桥梁设计规范中没有明确规定的桩侧土体水平推力作为外荷载计入，采用侧压力系数法计算［12］。该方法基于弹性半无限空间理论，考虑台背路基填土自重对地基产生的附加竖向压力，然后乘以相应的侧压力系数，得到作用在桩侧的附加水平侧压力( 图2) 。
其地面以下深度为z 的附加水平侧压力为
Pz = ξKsγhH ( 1)
式中，ξ 为侧压力系数; Ks为竖向压力分布系数;γh为路基填土容重; H 为路基填土高。
4. 2 计算工况及分析
本次分析共采用了4 种计算工况，将所得计算结果与实际测量值进行对比，判断可能发生的最大影响因素。表4 为各计算工况组成情况，表5 为0 号台顶水平位移计算结果。
从表5 中看出，工况4 情况下，即不考虑地面下7. 5 m 范围内的约束作用时( 假定自由桩长L0 =7. 5 m) ，台顶位移达到74. 4 mm，与实测最大值77 mm比较接近，说明桩基持力层土体的约束作用极弱，是引起墩台位移较大变形的主要原因。计算结果还表明，此时桩身混凝土应力最大8. 7 MPa，钢筋应力最大148. 7 MPa，均在设计规范允许范围内，可以推断结构尚未出现大变形和损害。
根据上述实测及分析结果，可以初步判断本桥病害原因是由于地基软弱，在台背土推力或其他外界因素的作用下，原有土体的相对平衡失稳，导致河岸两侧土体向河中心处缓慢滑移，推动桥台及桥墩水平变形所致。因线路与河流斜交，故墩台同时发生纵向及横向位移。现场调查还表明，在新建桥梁施工前，既有线桥墩台已发生滑移，而新建桥施工时又扰动了周围土体，加剧了河道的滑移趋势。由于两桥相距较近，共处于一个整体的滑移带内，故新建桥梁也发生了墩台的滑移，应采用针对性的方法进行整体治理。
5· 整治加固工程
5. 1 桥梁加固方案
对既有线、新建二线的桥墩基础均采用“纵向顶撑，横向限位”的加固原则，阻止其继续位移。同时采用顶推等方法，将已经产生滑移的墩台尽量复位，恢复原有梁缝，满足桥梁上部结构的伸缩功能要求。
具体做法是，加固桥梁基础结构和周边土体，固定墩台以防止其继续滑移; 对台后土体进行减载，减小水平推力，并通过顶推复位或结构整治，恢复梁缝，必要时采用链锯锯除桥台部分胸墙，满足列车运营时所需要的梁缝要求; 更换支座，保证结构受力正常及安全。对结构的加固方法，考虑了以下3 个设计方案。
方案一，墩台之间设置纵向水平系梁，在承台处形成强大的水平支撑，提高墩台的水平抗推刚度，效果最好，可有效阻止其继续滑移。
方案二，在原墩台基础上增加新桩，加大基础抗推刚度，抵抗水平位移。同时在桥台及桥墩靠近河心侧采用高压旋喷桩加固软土层，提高土体的侧向承载力。方案三，对桥位处河床进行高压旋喷桩地基加固，全桥范围内加固软土层，整体性改变软土地基的性质，阻止滑移的继续发展。
经比选，方案一具有效果明确、对建成桥墩的影响小、施工难度小以及工程投资较省等优越性，推荐采用。
5. 2 加固设计要点
( 1) 纵向顶撑
既有线桥、新建二线桥梁各墩台之间设置2 道100 cm × 100 cm 钢筋混凝土纵向水平系梁，保证各墩台之间不再发生相对位移，进而限制墩台的继续滑移。在系梁下设Φ80 cm 钢筋混凝土钻孔灌注桩，平衡系梁受力时可能产生的竖向上拔力。系梁之间加设100cm × 100 cm 钢筋混凝土横梁，保证共同受力，详见图3。
( 2) 横向限位
在既有桥3 号桥台、新建桥0 号桥台外侧设置钢筋混凝土承台，承台下为Φ100 cm 钻孔桩，限制可能继续发生的桥台横向位移。
( 3) 台后应力释放
桥台后土体卸载、结构恢复就位过程中，可在台后施打2 排Φ60 cm 应力释放孔，孔间距1 m，按正方形布置。此项措施是为释放台后地基中的应力，帮助桥台复位。桥台复位后，在钻孔内填充轻质混凝土。
( 4) 桥墩包箍
增加既有桥桥墩截面，提高墩身横向刚度。采用桥墩植筋、并在原墩身包箍钢筋混凝土结构外层的方法，将桥墩直径加大至2.5 m。
( 5) 桥台补强
在桥台复位时，如果梁缝恢复达不到标准要求，则应锯除桥台部分胸墙，保证必须的梁缝，并根据受力要求在相关部位采用植筋、浇筑钢筋混凝土的方式进行结构补偿。
6 ·结语
( 1) 本桥墩台滑动方向基本指向河中心，位移较大，为典型的软土地区桥梁基础滑移病害，必须进行整治处理以确保列车运营安全。
( 2) 理论分析表明，墩台桩基持力层土体的约束作用极弱，是引起墩台位移变形病害的主要原因，外界施工干扰则进一步加剧了病害发展。分析计算时采用自由桩长的假定能够较好说明实际病害情况。
( 3) 提出的“纵向顶撑、横向限位”设计思路具有较强针对性，实施中采用了墩台之间设置水平系梁、桥台外侧设置横向限位桩、台后地基钻孔释放应力等整治和施工方法。
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