铁路桥梁桥墩技术状态的检测和评估分析

铁路桥梁桥墩技术状态的检测和评估分析　西安铁路局工务处李怀红　１　前言　检测试验。下面结合对该线桥墩的　置测点，才能分析判断造成桥墩振　检测实例，总结我们对铁路桥梁技　动异常的原因所在；所使用的检测　宁西线（货车）开通运营一年多　术状态检测和评估分析的一些体　仪器应能记录测点振动的全过程。　来，西安局宁西工务管理中心对管　会和认识，以期交流和提高。　内桥梁进行了桥墩振动幅值普查　３宁西线墩顶振幅超限的部　检测，发现某些桥梁桥墩振动异　２　检测布点　分实例资料摘录　常一墩顶横向水平振幅超出《铁路　在列车动载作用下，墩顶振动　根据“检定评估报告”摘录部　桥梁检定规范》通常值的要求。为　是墩身和基础振动的综合反映，墩　分墩顶振幅超限桥墩的详细资料　了掌握这些桥墩的技术状态和分　顶振幅超限，反映出墩身或基础或　如下。　析造成振幅超限的原因、应采取的　两者同时存在问题。在进行这类桥　相应措施，我们做了进一步的振动　墩振动检测时墩顶、基顶应同时布　宁西线部分墩顶振幅超限桥墩资料统计表　表１　茎　图号　ｉ雌±　Ｉｍｍ　实墩顶Ｉｌ　速ｌｍ测ａ度／最ｈ　大Ｉ　值基（顶棚）　Ｉｌ｛ｌ速ｍｌ度／ｈ　　Ｉ通常值ｆｌ　实自振测频Ｉ率通Ｈ常ｚ　里程　Ｋ４４＋５２５　康家沟中桥　３－２４ｍ预应力钢筋混凝土梁桥　直线圆端　参桥９４　ｌＩ　４＊ｌｍ　Ｉ　ｌ砂粘土广　ｉ　０．—９７　Ｉ—＿１　１＿———１．７６３　Ｉ　６６　ｌ＿＿——１———＿　０．２８　Ｉ　ｒ＿——＿６６　ｌ＿１　１．————＿８１８　Ｉｒ　２．一——＿６４　ｌ－１　２．—６２　　２　形桥墩　４０２３｛钻孔桩Ｉ　Ｉ　Ｏ．８ｌ　Ｉ１．３６８　ｌ　６３　ｌ　０．３６　Ｉ　６２　ｌ　１．６８９　ｌ　２．８３　Ｉ　２．９７　评估结论：基项振幅值较大，桩基础横向稳定性不足。　里程　ＫＢＴ＋０５０稀释沟大桥　６．３２ｍ预应力钢筋混凝土梁桥　１：　圆端形　参桥９４　ｌ　４＊ｌｍ　ｌ黄土质Ｉ　２．４７１　Ｉ　２．７５２　ｌ　６８　１　０．３９４　ｉ　６８　ｌ　１．１１４　ｌ　１．６６　Ｉ　１．４８１　４０２３　ｌ钻孔桩　Ｉ砂粘土ｌ　０．７７ｌ　ｌ　１．９６１　Ｉ　７３　１　０．１２１　Ｉ　６６　ｌ　２．５４３　ｌ　２．１５　Ｉ　３．０６　评估结论：　ｌ撑墩桩基础横向稳定性不足：　甜墩墩身横向刚度不足。　里程Ｋ１２８＋３９６岭底板桥河大桥　３．２４＋９．３２＋１－２４　ｍ预应力钢筋混凝土梁桥　ｉ　３　Ｉ。一——　５　圆圆形墩形墩１ｌ肆　Ｉ４０桥ｌ３４　桩Ｉ｛　４＊ｌｍ桩基ｌ片基ｌ　Ｉ片岩　１．４３５８２１　Ｉｆ　２．０５ｏ５６　Ｉ　４５６８　１　ｌ　０．－３３４３０＂　ｌＩ　５２２｝１　ｌ　１．７４５６３　　１Ｉ２．１５　　Ｉ１．９８８１　＿ｌ一　７　１．５ｌ６　Ｉ　１．６１０　１　５５　ｌ　０．２６０　ｌ　５５　１　１．０６２　Ｉ　２．１５　ｌ　１．８８３　　ｌ１０　１．４４８　Ｉ　１．４０Ｏ　Ｉ　４６　１　Ｉ　１　０．９６７　Ｉ　Ｊ　１．９３４　西铁科技ｑ　二］　固　维普资讯 http://www.cqvip.com

铁路桥梁桥墩技术状态的检测和评估分析　评估结论：基顶振幅值较大，桩基础横向稳定性不足。　里程３　圆端形　４　４０２３　Ｋ１２９＋３８４　沉井　石鸠河大桥　７．３２＋　２４　ｍ０．９２６　１．３０３　７０　卵石ｉ　０．９２６　１．７６９　７０　预应力钢筋混凝土梁桥　１．４０７　０．２３３　７０　１．９１０　参桥９４　２．６４　２．８２　２．６４　２．８２　评估结论：基顶振幅值较大，基础横向稳定性不足。　Ｋ１５１＋４５８唐塬丹江特大桥　３－２４（直）＋８．３２（直）＋ｌ３．３２（曲）ｍ预应力钢筋混凝土梁桥　９　砾岩　１．２＝２３　２．２４８　７０　Ｏ－３０４　７０　１．８３８　２．５４　２．２４８　参桥９４　ｌＯ　ｌｌ　４．１－２５　夹　１．１７８　１．８４８　７２　１．０８６　１７７４　．圆端形　４０２３　钻孔桩　１．５６９　２．４４　２－３０３　０．３３７　６２　１．６３４　２．４　６２．４２６　泥岩　６２　评估结论：基顶振幅值较大，桩基础横向稳定性不足。　Ｋ１６４＋４８４两岔乡丹江特大桥８　参桥　４．１－２５　５－３２（曲）＋ｌ９－３２（直）ｍ预应力钢筋混凝土梁桥　限速６０ｋｍ／ｈ　砾岩　２．２３１　２．９９９　４６　０．２２３　４６　１．３４　１．６６　１．５ｌ６　９　１０　圆端形　（９４）　４Ｏ２３　桩基础　夹　２．２３１　２．４１３　４９　０．２８３　４９　１．Ｏ８　１．０２　１．５６　１．５ｌ６　１．５６３　１．５６３　泥岩　２．１０９　２．１５５　４９　Ｏ．２ｌＯ　４９　评估结论：基顶振幅值较大，桩基础横向稳定性不足。　里程　Ｋ１７６＋４４５　老君河特大桥９　２２－３２　ｍ预应力钢筋混凝土梁桥　限速６０ｋｌ／ｈ　１．４９８　２．０５１　２．０５１　１．５６９　２．３５　正常　肆桥　ｌＯ　ｌｌ　圆形　４０３４　沉井　卵石土　１．５６９　２．４９　正常　１．５６９　２．２８　正常　Ｏ．２ｌ７　４９　１．５８７　２．０５ｌ　２．０５１　１．４５３　２．２４｜５　２．０５１　评估结论：基项振幅值较大，基础横向稳定性不足。　４桥墩技术状态的分析　有关研究表明，横向水平振动　能比较明显地反映出墩台自身的　一个反映结构稳定性的重要动态　状态良好的基础，其基顶振幅值一　般很小（＜０．１ｍｍ），０．２ｒａｍ的振幅值　明显偏大，对墩顶振幅超出通常值　产生了较大的影响。下面选取“表　１”中一些实例：以基础底为转动中　定量指标。从“表１”可以看到，在宁　西线货车８０ｋｍＰａ的正常运营速度　下，车辆实际速度通常在６０ｋｍＰａ　以上时，所列桥墩的墩顶振幅值一　动态特性，其稳定与否主要反映在　振幅的大小、频率的变化、波形变　异３方面。这３点是我们根据《桥　梁检定规范》的标准来综合分析、　判断桥墩技术状态的基本出发点。　下面结合“表１”进行这３方面的分　析。　４．１　振幅　般为其《铁路桥梁检定规范》通常　值的１．５倍左右。从墩顶振幅通常　心，将基顶振动幅值Ａ１通过几何　计算得到由此所产生的墩顶振幅　值指标分析，已反映出这些桥墩存　在问题。　（２）基顶振幅　Ａ２来说明这种影响。　“统计表”中列出了各墩的基　础类型，基本为钻孔桩和沉井两种　类型，它们的一个共同点是基顶最　大振幅值基本在０．２ｍｍ以上。技术　通过表中的比值可以看到，实　际运营速度在６０ｋｍＰａ以上时，Ａ２　（１）墩顶振幅　墩顶横向水平振幅值是我们　值基本占通常值的５０％以上，可以　看到较大的基顶振动对墩顶振幅　检测时所得到的最直接、最直观的　［二　口。酉铁科技　维普资讯 http://www.cqvip.com

铁路桥梁桥墩技术状态的检测和评估分析　基础振动对墩顶振幅的影响　表２　基顶最大振幄　速度　Ａｌ所引起的　《检规》　Ａ２／通常值　桥名　墩号　基础类型　Ａ１（ｍｍ）　ｋｉ／ｈ　墩顶振幄Ａ２（ｍｍ）　通常值ｍｍ　％　１　０．２８　６６　０．５Ｏ２　０．９７　５１．８　康家沟中桥　钻孔桩　２　０－３６　６２　０．６３６　０．８１　７８．５　３　０．３３３　５２　０．６５６　１．４５２　４５．２　岭底板桥河大桥　５　钻孔桩　０Ｉ３４Ｏ　５２　０．６６９　１．３８１　４８．４　７　０．２６０　５５　０．５６８　１．５１６　３７．５　石鸠河大桥　４　沉井　０．２３３　７０　０．９１　０．９２６　６１．０　９　０－３Ｏ４　７０　０．５０　１．２２３　４０．８　塘塬丹江特大桥　钻孔桩　ｌ１　０．３３７　６２　０．５８　１．０８６　５３．４　８　０．２２３　４６　０．７０３　２．２３１　３１．５　两岔乡丹江桥　９　钻孔桩　０．２８３　４９　０．８９２　２．２３１　４０．０　（限速６０ｋｍ／ｈ）　１０　０．２１０　４９　０．６１３　２．１ｏ９　２９．１　老君河特大桥（同上）　ｌ１　沉井　０．２１７　４９　０．７９１　１．５６９　５０．４　的影响是显而易见的。　“表１”中列出的实测自振频率与　由于桥墩是建筑在墩基础上，　基顶振幅值偏大说明基础的　《检规》通常值进行比较，可以知道　墩顶振动波形、振幅值的大小受到　横向稳定性不足，通常是造成墩顶　稀释沟４＃墩的实测值与通常值有　基础和墩身两部分的影响，下面从　振幅值超通常值的一个重要原因。　较大差距，其余各墩满足或基本满　两方面进行分析。　４．２频率　足通常值。从自振频率技术参数来　（１）墩身技术状态异常　桥墩横向振动的频率可以分　看，稀释沟４＃墩墩身横向刚度不　桥墩存在横向刚度不足或病　为两种：一种为列车在桥上运行中　足，其余各墩横向刚度技术状态正　害裂纹时，无论基础状态如何，墩　左右摆动产生的迫振频率，正常情　常。　顶振动自振频率降低，其迫振曲线　况下曲线表现为幅值不等的正弦　４．３振动波形　段会出现低频、偏振等不正常波　波，但如果结构存在问题，其振动　振动波形可以直接反映出桥　形。墩顶振动曲线形态较基顶更为　曲线中往往含有荷载迫振频率和　墩台在动力荷载作用下产生动态　复杂，在形态上它们是不一致的。　幅值较大的低频所组成的复杂波　变形的全过程。当墩台及基础处于　根据各自不同的形态、振幅值大小　形；另一种为列车驶离桥梁（卸载）　良好状态时，它们的波形较平整、　可以分别进行分析和判断。西康线　后，由振动自由衰减波形段的频谱　对称性良好，曲线平滑且基线稳　Ｋ１３老河桥（该桥４ｘｌｍ、深２７ｍ桩　分析得到的结构自振频率。两种频　定；当墩身和基础出现病害时，波　基础，桩距３ｍ）桥墩的振动曲线图　率中自振频率是结构本身所固有　形将随之产生偏振、长周期（低　如下。　的特性，不受荷载、速度等因素变　频）、曲线不平滑等异变。因此振动　化的影响。当桥墩结构发生病害　波形是判别桥墩台病害的第３个　图中两墩的墩顶与基顶振动　时，抗弯刚度的减少将直接导致自　重要方面，但究竟是墩身还是基础　曲线形态有较大的不一致。从两墩　振频率的降低，所以该指标是判断　或两者共同存在问题仍应作进一　基顶的振动曲线看，曲线平滑、迫　桥墩横向刚度的重要技术参数。把　步的分析判断。　振频率正常、对称性良好、无偏振　西铁科技霸　二］　维普资讯 http://www.cqvip.com

铁路桥梁桥墩技术状态的检测和评估分析　Ｐ　一…一………………一一　．　ＨＭ：；Ｃ一：Ｘｌ‘ｌｌ０　３－　０－３８ｎ一一　＾一＾…一一　一　１　＿一　墩鬟　二　二　堪鬯顶／八　３‘　一　八　’、　一　ＳｄＩＦｔ一５ｔ　Ｚｏ．９０ｏ．ｏ５●ｒｌ怔　ｌ　，、　、｝　ｌ　一　、．＾／　一　Ｖ　Ｖ　丫＼／：　｝　二…一：　一一　●ｔ＾●Ａ冉　々蕾１３哇一　ＺＺ一－１．∞量１ｔ３ｌ　．　ＺＥ墨—・ｏ０∞０　１　．ＳＥ－－０１　一　１露嗷菇项　、＿、　：一　一；Ｖ，…Ｖ　ｖ　一：　ＰＧ　Ｚ３Ｐ３Ｂ．１　－　．　●　．　Ｉ　．　Ｉ　．　●　．　●　．　一　瑟翌呈二　ｏｓ　等异常波形，说明基础受力均匀；　存在的问题是两墩０．３６和０．３８ｍ　的基顶振幅值偏大，基础横向稳定　性差是造成墩顶振幅值超出通常　值（Ｏ．８７３ｍｍ）的一个原因。该桥的　现为图中虚线所示的与基顶相一　致的迫振波和偏振、低频等异常波　的复杂组合，两墩墩顶最大振幅值　分别达到４．２ｍｍ和３ｍｍ，说明墩身　刚度严重不足，是造成墩顶振幅值　害，应同时采取加固措施。　宁西线稀释沟４＃墩振动曲线　图如下。　从图中基顶的振动曲线看，曲　线较平滑、迫振频率正常、对称性　良好、无偏振、无较大幅值等异常　波形；墩顶振动曲线波形为荷载迫　主要问题是直径为１．７ｍ的墩身出　现水平环形裂纹，墩顶振动曲线表　严重超出通常值的主要原因。综合　分析认为该桥墩身、基础均存在病　．．－－１　－６＂Ｉｌｕ　－　振波和较大幅值、低频异常波的复　由于墩顶振动曲线是墩身、基　取“统计表”中的桥墩振动曲线实　例进行说明。　以上分别摘录了桩基础和沉　杂组合，说明墩身横向刚度不足，　这是造成该墩顶振幅值超出通常　值的主要原因，应对墩身采取横向　刚度加固措施。　础振动的综合反映，在墩身技术状　态正常的情况下墩顶振动曲线形　态通常会与基础基本一致。根据基　顶曲线形态、幅值大小便可对基础　的技术状态进行分析判断。下面选　井基础不同基础类型桥墩振动曲　线图。可以看到振动曲线对称性基　本良好，未出现明显的偏振波，说　（２）墩身技术状态正常　［二互　口。酉铁科技　维普资讯 http://www.cqvip.com

铁路桥梁桥墩技术状态的检测和评估分析　石鸠河大桥甜墩振动曲线图　（圆端形实体曲线桥墩、沉井基础，８０ｋｍ／ｈ运营条件）　两岔乡丹江特大桥销墩振动曲线图　（圆端形桥墩、４＂１．２５ｍ钻孔桩基础，６０ｋｍ／ｈ限速运营）　明基础受力较均匀；墩顶、墩底振　动曲线峰、谷对应，振动相位、振动　频率、曲线形态基本一致，说明墩　顶振动与基础振动相一致。上面在　足，应对基础采取横向稳定加固措　施。　术的快速发展和广泛应用为检测　试验提供了先进的设备和分析手　段，使我们能够获得复杂振动中的　振幅、频率、波形三个方面的准确　５小结　以上结合宁西线桥墩振动检测　实例，从振幅、频率、波形三个方面　对桥墩的技术状态进行了综合分　析。铁路桥梁的桥墩振动在墩身或　基础技术状态不正常时往往表现　为一种复杂的振动。由于计算机技　作频率分析时已得出墩的自振频　率满足或基本满足通常值的要求，　墩身技术状态基本正常。但从基础　振动看存在两个问题：一是存在明　数据和信息。所以只要在实践中掌　握好分析方法、积累经验便可以对　桥墩结构的技术状态做出准确的　评估，对病害的原因做出正确的判　断和制定切实的安全、整治措施。　显的低频波，二是有较大的振幅　值。这反映出基础的横向稳定性不　西铁科技霸　［二