既有鐵路橋損傷檢測(cè)評(píng)估

段峰濤 王 濤

(中鐵三局集團(tuán)有限公司，山西太原 030006)

鐵路是我國(guó)最重要的交通運(yùn)輸方式之一，由于其可靠的安全性和承載量大這兩大優(yōu)點(diǎn)，每年國(guó)家花費(fèi)大量人力物力財(cái)力修建鐵路，其中鐵路橋梁已經(jīng)占據(jù)了舉足輕重的地位。隨著交通事業(yè)的不斷發(fā)展，為了滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的客貨運(yùn)輸需求，列車(chē)不斷提速，車(chē)輛軸重也不斷提高，對(duì)既有鐵路橋梁的強(qiáng)度提出了巨大的挑戰(zhàn)。針對(duì)既有鐵路出現(xiàn)的病害及未來(lái)列車(chē)對(duì)鐵路橋梁的高要求，提出了對(duì)鐵路橋梁主梁進(jìn)行加固的方法。以某既有鐵路橋進(jìn)行檢測(cè)為例提出加固方法。

1 橋梁檢測(cè)的主要內(nèi)容

既有橋梁的檢測(cè)與損傷識(shí)別在20世紀(jì)50年代被提出。檢測(cè)方法主要有局部檢測(cè)、表觀檢查、靜載和動(dòng)力特性試驗(yàn)等。這些結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法和評(píng)價(jià)體系指導(dǎo)了橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)與評(píng)價(jià)，在工程實(shí)踐中發(fā)揮了相當(dāng)大的作用。在對(duì)某既有鐵路橋檢測(cè)時(shí)，重點(diǎn)觀測(cè)的部位為梁體跨中截面及其附近，1/4跨徑處，梁端部和橫隔板。橋梁檢測(cè)的主要內(nèi)容包括:

1)對(duì)于混凝土梁，觀測(cè)梁體混凝土表面有無(wú)裂縫、風(fēng)化、剝落、破損等病害，特別是梁體跨中、支座附近部位的裂縫情況，同時(shí)檢查鋼筋保護(hù)層厚度及鋼筋的銹蝕或鹽腐蝕情況。

2)對(duì)寬度大于0.2 mm的裂縫，采用裂縫測(cè)深儀測(cè)量裂縫深度，繪制普查部位裂縫分布圖，并表明裂縫的寬度和深度。

3)有橫隔板的橋梁，觀測(cè)橫隔板處的表面情況，檢查是否出現(xiàn)裂紋或斷裂的現(xiàn)象。

4)混凝土梁強(qiáng)度檢查:采用回彈法(按實(shí)測(cè)混凝土梁的碳化深度進(jìn)行修正)評(píng)定梁體混凝土的實(shí)際強(qiáng)度，超聲回彈綜合法作為參考。

2 檢測(cè)原理及方法

2.1 回彈法

根據(jù)TB 10426-2004鐵路工程結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)規(guī)程，并參照J(rèn)GJ/J 23-2001回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程，所檢測(cè)的各測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值fccu，i，是根據(jù)各測(cè)區(qū)的平均回彈值(Rm)及平均碳化深度值(dm)按TB 10426-2004鐵路工程結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)規(guī)程附錄G查表得出。測(cè)試在事先劃定的測(cè)區(qū)內(nèi)進(jìn)行，每一構(gòu)件測(cè)區(qū)數(shù)不少于10個(gè)，每個(gè)測(cè)區(qū)設(shè)16個(gè)回彈點(diǎn)，相鄰兩點(diǎn)的間距一般不小于30 mm，一個(gè)測(cè)點(diǎn)只允許回彈一次，最后從測(cè)區(qū)的16個(gè)回彈點(diǎn)中分別剔除3個(gè)大值和3個(gè)最小值，余下10個(gè)有效回彈值的平均值作為該測(cè)區(qū)的回彈值。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的測(cè)區(qū)數(shù)不少于10個(gè)或按批量檢測(cè)時(shí)，混凝土強(qiáng)度推定值(fcu，e)應(yīng)按下列公式計(jì)算:

2.2 碳化深度測(cè)量

回彈值測(cè)量完畢后，應(yīng)選擇有代表性的位置測(cè)量混凝土的碳化深度，其測(cè)點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于構(gòu)件測(cè)區(qū)數(shù)的30%，取其平均值為該構(gòu)件每測(cè)區(qū)的碳化深度值。當(dāng)碳化深度值極差大于2.0 mm時(shí)，應(yīng)在每個(gè)測(cè)區(qū)測(cè)量碳化深度值。測(cè)量碳化深度值時(shí)，可用合適的工具(本次檢測(cè)采用手電鉆)在測(cè)區(qū)表面形成直徑約為15 mm的孔洞，清除洞中的粉末和碎屑(注意不能用液體沖洗孔洞)后，用1%的酚酞酒精溶液滴在混凝土孔洞內(nèi)壁的邊緣處。當(dāng)已碳化與未碳化界線(xiàn)清楚時(shí)，用碳化深度測(cè)量?jī)x或其他深度測(cè)量工具測(cè)量已碳化與未碳化混凝土交界面的垂直距離多次，取其平均值，該距離即為該測(cè)區(qū)的碳化深度值，每次讀數(shù)精確至0.5 mm。

2.3 超聲回彈綜合法

根據(jù)TB 10426-2004鐵路工程結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)規(guī)程，并參照CECS 02∶2005超聲回彈綜合法檢定混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)范的要求進(jìn)行測(cè)區(qū)及測(cè)點(diǎn)布置，每一測(cè)區(qū)兩個(gè)相對(duì)測(cè)試面各布3個(gè)測(cè)點(diǎn)?；貜棞y(cè)試依據(jù)見(jiàn)上述回彈法檢測(cè)依據(jù)。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的每一個(gè)測(cè)區(qū)，宜先進(jìn)行回彈測(cè)試，后進(jìn)行超聲測(cè)試。超聲測(cè)試宜優(yōu)先采用對(duì)測(cè)或者角測(cè)，當(dāng)被測(cè)構(gòu)件不具備對(duì)測(cè)或角測(cè)條件時(shí)，可采用單面平測(cè)。

測(cè)區(qū)聲速應(yīng)采用TB 10426-2004鐵路工程結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)規(guī)程附錄N規(guī)定的方法，并按下列公式計(jì)算:

其中，v為測(cè)區(qū)聲速值，km/s;l為超聲測(cè)距，mm;t1，t2，t3分別為測(cè)區(qū)中3個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)值(此讀數(shù)已減去聲時(shí)初始讀數(shù))，μs。

混凝土強(qiáng)度的換算及推定為:構(gòu)件第i個(gè)測(cè)區(qū)的混凝土強(qiáng)度換算值應(yīng)根據(jù)修正后的測(cè)區(qū)回彈值Rai及修正后的測(cè)區(qū)聲速值vai(修正方法見(jiàn)下)，優(yōu)先采用專(zhuān)用或地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線(xiàn)推定，當(dāng)無(wú)該類(lèi)測(cè)強(qiáng)曲線(xiàn)時(shí)，經(jīng)驗(yàn)證后可按TB 10426-2004鐵路工程結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)規(guī)程附錄L的規(guī)定確定或按下列公式計(jì)算。

1)粗骨料為卵石時(shí):

2)粗骨料為碎石時(shí):

在本次檢測(cè)中，梁體混凝土粗骨料均為碎石，橋墩、橋臺(tái)如無(wú)特殊說(shuō)明，混凝土粗骨料均為卵石。

3 檢測(cè)結(jié)果分析

3.1 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

表1 梁體混凝土強(qiáng)度推定表

表2 第1孔梁狀態(tài)與裂紋調(diào)查表

該橋上部結(jié)構(gòu)為3×16 m普通鋼筋混凝土T形簡(jiǎn)支梁，主梁由兩片T梁組成。梁體混凝土強(qiáng)度推定表見(jiàn)表1。

按回彈法(結(jié)合碳化深度修正)推定的混凝土強(qiáng)度值有1片梁(第3孔右梁)小于原設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)，其余推定值均高于原設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí);混凝土碳化深度:墩臺(tái)身為7.0 mm～7.5 mm，梁體為4.0 mm ～4.5 mm。

3.2 梁體外觀檢測(cè)結(jié)果

橋梁外觀檢測(cè)結(jié)果及劣化等級(jí)評(píng)定見(jiàn)表2～表4。

表3 第2孔梁狀態(tài)與裂紋調(diào)查表

表4 第3孔梁狀態(tài)與裂紋調(diào)查表

梁體混凝土劣化(C級(jí))，梁體損傷及鋼筋銹蝕較嚴(yán)重(B級(jí))，裂縫較多，最大縫寬0.262 mm，裂縫較嚴(yán)重(B級(jí))。人行道蓋板缺失多塊，影響行人安全。人行道欄桿銹蝕較嚴(yán)重，泄水孔嚴(yán)重銹蝕(B級(jí))，影響梁體防水。橋面枕木腐朽較嚴(yán)重(B級(jí))，錐體護(hù)坡?lián)p壞較嚴(yán)重，臺(tái)后路基均有明顯沉降。第2孔右梁明顯下?lián)希缰邢聯(lián)隙茸畲笾禐?8 mm(見(jiàn)圖1)。

圖1 第2孔右梁撓度曲線(xiàn)示意圖

4 橋梁結(jié)構(gòu)的加固方法建議

4.1 加固目的

該橋主要病害表現(xiàn)在主梁跨中撓度大，T梁跨中下馬蹄1/4處出現(xiàn)多條裂縫，第二跨主梁上的裂縫超過(guò)0.2 mm。第二跨梁T梁間橫隔板破損嚴(yán)重，橋梁的整體剛度偏低。提出的加固方法應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo):改善T梁跨中部位的應(yīng)力狀況，加大主梁各部位壓應(yīng)力儲(chǔ)備，且使主梁主要受力裂縫寬度減弱或閉合。有效控制各中跨跨中撓度。加強(qiáng)主梁跨中節(jié)段間聯(lián)結(jié)性能，增大主梁整體剛度。

4.2 加固方法建議

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的具體加固方法多種多樣，根據(jù)被加固對(duì)象的受力性質(zhì)不同，加固可以分為結(jié)構(gòu)性加固和非結(jié)構(gòu)性加固。所謂結(jié)構(gòu)性加固，是指對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件的加固，這直接關(guān)系到橋梁的安全，例如橋梁承載力不足的加固、撓度過(guò)大和梁體裂縫過(guò)寬的處理等。所謂非結(jié)構(gòu)性加固，是指對(duì)影響橋梁使用但不影響結(jié)構(gòu)安全性方面的加固，如混凝土橋面鋪裝層的修復(fù)、伸縮縫的更新改造和橋梁圍護(hù)結(jié)構(gòu)的修復(fù)等。

該橋裂縫分布比較廣泛，混凝土脫離現(xiàn)象較為嚴(yán)重，將鋼筋暴露在空氣中導(dǎo)致銹蝕嚴(yán)重，如果任其發(fā)展下去將導(dǎo)致主梁承載力下降。針對(duì)這種情況，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)性加固。粘貼碳纖維布加固，先除去混凝土表面所有雜質(zhì)、松散的混凝土和其他污染物，然后采用錨栓將碳纖維布錨固于T梁混凝土結(jié)構(gòu)的下馬蹄上，同時(shí)將橋跨距支座1/4處的整個(gè)T梁包裹起來(lái)。用泥鏟或抹刀將拌和好的環(huán)氧樹(shù)脂涂抹到混凝土表面，達(dá)到規(guī)定的厚度。將拌和好的環(huán)氧樹(shù)脂涂抹到CFRP布上，將CFRP布敷貼到有裂紋的混凝土表面。用1個(gè)硬質(zhì)滾筒碾壓CFRP布，直到粘結(jié)劑在兩邊被擠出為止，除去多余的粘結(jié)劑。粘貼時(shí)，沿主梁的方向，使用夾具將CFRP布固定在要敷貼的位置。在環(huán)氧樹(shù)脂起作用之后，將夾具卸去。

針對(duì)人行道、泄水孔、軌道枕木等問(wèn)題，應(yīng)該進(jìn)行非結(jié)構(gòu)性加固，將丟失的人行道蓋板補(bǔ)齊，人行道護(hù)欄重新粉刷，拆除并更換泄水孔及軌道枕木。

橫隔板破損導(dǎo)致整體剛度下降，可以通過(guò)增加橫隔板數(shù)量和增加橫隔板的厚度來(lái)提高梁體的剛度。

5 結(jié)語(yǔ)

檢測(cè)結(jié)果表明，很多既有鐵路橋梁在運(yùn)行多年以后，面對(duì)不斷的提速和軸重的增加，已經(jīng)出現(xiàn)了各種損傷，為增加其使用年限，需盡快進(jìn)行加固。主梁檢測(cè)表明，損傷主要表現(xiàn)在混凝土脫落，混凝土碳化，梁體裂縫，鋼筋銹蝕，下?lián)线^(guò)大，橫隔板破損等方面。本文只列出了主梁檢測(cè)結(jié)果，及給出加固建議，除此之外，橋墩、橋臺(tái)、支座、邊坡護(hù)坡也是重點(diǎn)檢測(cè)的內(nèi)容，需要進(jìn)一步研究。

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