益湛線圬工橋梁梁端混凝土裂損病害整治

黃子龍，唐忠富，唐祖好，趙 燕

（南寧鐵路局桂林工務(wù)段，工程師，廣西 桂林 541001）

益湛線圬工橋梁梁端混凝土裂損病害整治

黃子龍，唐忠富，唐祖好，趙 燕

（南寧鐵路局桂林工務(wù)段，工程師，廣西 桂林 541001）

本文對(duì)南寧鐵路局桂林工務(wù)段管內(nèi)益湛線混凝土橋梁梁端混凝土裂損病害進(jìn)行了研究，分析了混凝土橋梁梁端混凝土裂損的成因。提出了將梁端上部橫隔板加厚至0.87m及采用新材料新工藝的整治方案，增加了梁體的橫向剛度及局部強(qiáng)度，該整治方案解決了因梁端混凝土裂損影響構(gòu)件局部乃至整個(gè)結(jié)構(gòu)的性能危及行車安全的問題，并有效地節(jié)約了成本，減少了混凝土澆水養(yǎng)護(hù)的工作量，提高了整治效率，確保了施工質(zhì)量，為今后類似病害的整治提供了借鑒。

圬工梁；梁端；裂損；加厚橫隔板；整治工藝

10.13572/j.cnki.tdyy.2015.01.005

桂林工務(wù)段共有橋梁277座/1140孔，其中圬工橋有257座/1085孔。近年來，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)約有1/3的圬工橋梁存在著局部裂紋、壓潰、掉塊露筋等不同程度的梁體裂損問題，其中以益湛線“專橋（01）2051圖”后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁的梁端混凝土裂損較為突出。經(jīng)統(tǒng)計(jì)桂林工務(wù)段管內(nèi)益湛線“專橋（01）2051圖”后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁有29孔梁端存在較為嚴(yán)重的裂損病害，若不及時(shí)加以整治，隨著病害的進(jìn)一步發(fā)展和積累，必將影響構(gòu)件局部乃至整個(gè)結(jié)構(gòu)的性能，危及行車安全。因此，研究導(dǎo)致圬工梁梁端混凝土裂損的成因，制定有效的整治方案，顯得尤為重要。

1 病害概況

益湛線共有“專橋（01）2051圖”后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁848孔，其中29孔梁體端部存在較為嚴(yán)重的的碎裂、掉塊等病害。如k 623+778松娥一號(hào)大橋第4孔梁南端左側(cè)上翼緣內(nèi)側(cè)開裂，局部壓潰達(dá)82 cm×38 cm×16 cm；k 613+429深沖特大橋第36孔梁南端左側(cè)上翼緣內(nèi)側(cè)梁體碎裂，混凝土掉塊70 cm× 30 cm×16 cm，列車通過時(shí)裂損處的撓度達(dá)10 mm。上述橋梁呈現(xiàn)出共性特征為梁端橫隔板上翼緣抗剪及抗彎能力較弱，存在不同程度的碎裂、掉塊、露筋等現(xiàn)象見圖1所示。

圖1 梁端出現(xiàn)碎裂、掉塊、露筋實(shí)圖

2 成因分析

造成梁端裂損病害的主要原因體現(xiàn)在受力變化和構(gòu)件局部弱化兩個(gè)方面。受力變化主要是建設(shè)時(shí)期鋪軌施工單位在采用鋪軌機(jī)鋪軌時(shí)，對(duì)軌枕壓梁端、鋼軌接頭在梁端前后2 m內(nèi)會(huì)引起梁端受力變化這一情況未予重視；施工單位在鋪碴時(shí)采用推土機(jī)、挖掘機(jī)等機(jī)械野蠻作業(yè)，造成梁端混凝土機(jī)械損壞；運(yùn)營(yíng)后線路、橋梁某些養(yǎng)護(hù)工作不當(dāng)或不及時(shí)，導(dǎo)致橋上線路軌道不平順，造成梁端沖擊力增大，加劇梁端破損。構(gòu)件局部弱化主要是設(shè)計(jì)對(duì)施工可能引起的受力變化預(yù)見不足，在翼緣抗剪能力和剛度未進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)所致。造成梁端裂損病害的原因主要體現(xiàn)在以下5個(gè)方面。

2.1 軌枕壓梁端桂林工務(wù)段管內(nèi)益湛線共有105座橋642孔梁存在軌枕壓梁端問題，占管內(nèi)“專橋（01）2051圖”后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁總數(shù)量的75.7%。由于軌枕壓住梁端，致使梁端混凝土因集中剪應(yīng)力或彎矩的作用產(chǎn)生碎裂。

2.2 鋼軌接頭病害《鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.0.9條要求，橋梁端部前后2 m范圍內(nèi)不應(yīng)有鋼軌接頭。但現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)益湛線848孔“專橋（01）2051圖”后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁有32孔在梁端2 m范圍內(nèi)存在廠焊接頭。這些廠焊接頭均存在±0.3 mm以上的偏差，其平直度不符合《鐵路軌道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》要求，從而造成梁端處沖擊力大增，加劇了梁端的沖擊破壞。如k 521+265城塘大橋第4孔梁體北端右側(cè)上翼緣裂損掉塊達(dá)22 cm×35 cm× 5 cm，檢查線路距梁端左股1.3 m、右股1.6 m鋼軌各有一個(gè)廠焊接頭，軌面平直度檢查1 m范圍內(nèi)存在-0.32 mm的低洼。

2.3 施工不當(dāng)由于施工單位在鋪碴時(shí)往往采用推土機(jī)、挖掘機(jī)等機(jī)械作業(yè)，易造成梁端混凝土機(jī)械損壞；或因橋上道床厚度不足，大型養(yǎng)路機(jī)械搗固作業(yè)碰壓梁體而致其裂損；又或因梁端的擋碴板破壞、挪位，造成道碴從梁端漏出，梁端處線路因缺碴而形成吊板，使梁端所承受的沖擊力增加形成裂損。如k 609+500蛇兒頭大橋因機(jī)械損傷造成第10孔北頭左側(cè)上翼緣開裂長(zhǎng)65 cm，上部混凝土掉塊露筋長(zhǎng)30 cm寬5 cm。

2.4 線橋養(yǎng)護(hù)不當(dāng)線路、橋梁某些養(yǎng)護(hù)工作不當(dāng)或不及時(shí)，使得橋上線路軌道不平順，造成梁端沖擊力增大是另一個(gè)不可忽視的原因。如k 484+162賴家特大橋第9孔南側(cè)梁端擋碴板因機(jī)械施工造成變形翹起，橋梁養(yǎng)護(hù)人員未及時(shí)對(duì)擋碴板進(jìn)行校正或更換，造成梁端大量石碴受列車高速運(yùn)行的反復(fù)振動(dòng)作用從板下漏到橋臺(tái)面，線路因缺碴而形成空吊，進(jìn)而造成梁端左側(cè)掉塊13 cm×11 cm×14 cm，右側(cè)掉塊17 cm×7 cm×9 cm。個(gè)別梁端處線路養(yǎng)護(hù)不良，軌下墊板厚度達(dá)35 mm，扣件無法有效形成扣壓力，造成軌道不平順，加劇了列車對(duì)梁端的沖擊破壞。如k 364+420賢水河大橋第7孔北端右側(cè)橫隔板頂端一條斜豎向裂紋寬0.2 mm，長(zhǎng)0.7 m，裂紋內(nèi)有水滲出。

2.5 構(gòu)件局部弱化雖然設(shè)計(jì)檢算梁端橫隔板的強(qiáng)度及剛度均達(dá)到要求，但設(shè)計(jì)對(duì)施工時(shí)軌枕壓住梁端、梁端存在接頭病害以及梁端處線路養(yǎng)護(hù)不良等不利因素考慮不周，未在梁端這一薄弱之處予以加強(qiáng)?！皩颍?1）2051圖”設(shè)計(jì)梁端上端橫隔板的厚度為0.5 m，高為0.55 m，梁端橫隔板與梁中橫隔板尺寸相同，截面慣性矩一致，而梁端橫隔板距梁端有寬0.37 m，厚0.16 m的翼緣，由于這一翼緣抗剪及抗彎強(qiáng)度較弱，易受集中力或彎矩作用產(chǎn)生裂紋及潰損等病害。

3 整治方案比選

對(duì)如何處理混凝土橋梁梁端混凝土裂損病害提出了以下4個(gè)方案，并通過實(shí)踐對(duì)這些方案的利弊和可行性進(jìn)行了分析比選。

3.1 調(diào)整橋面軌枕間距為防止軌枕壓梁端以控制裂損病害的發(fā)展，擬對(duì)已產(chǎn)生嚴(yán)重病害的29孔梁端軌枕進(jìn)行了調(diào)整，控制軌枕邊緣距梁端不少于15 cm，從而減少梁端的剪應(yīng)力或彎矩。由于現(xiàn)場(chǎng)軌枕壓梁端數(shù)量較多，若全部調(diào)整梁端軌枕間距，其工作量巨大，所需施工天窗較多，對(duì)行車秩序造成較大影響，而且軌道鋪設(shè)采用大型鋪軌機(jī)作業(yè)是一種發(fā)展趨勢(shì)，要想在鋪軌階段精確控制軌枕在梁端的位置或通過后期調(diào)整橋面軌枕間距來徹底解決軌枕壓梁端問題，則不太現(xiàn)實(shí)。

3.2 綜合整治線路病害為減輕線路不良對(duì)梁端裂損病害發(fā)展的影響，我們對(duì)梁端存在的鋼軌接頭病害采取打磨順坡或插入短軌等方法，及時(shí)消滅了梁端接頭病害；對(duì)梁端漏碴的擋碴板也組織人員專門進(jìn)行了進(jìn)行校正或更換；對(duì)橋上超厚墊板地段進(jìn)行了集中整治，加強(qiáng)了梁端線路的起搗，保持線路設(shè)備質(zhì)量狀態(tài)良好，以減輕梁端沖擊應(yīng)力。通過這些舉措，對(duì)延緩梁端裂損病害發(fā)展起到了較好的效果。到目前為止，通過改善線路設(shè)備后，梁端病害未見繼續(xù)發(fā)展。但這一整治措施并未徹底解決問題，梁端裂損病害仍需通過其他手段解決。

3.3 梁端裂損病害修補(bǔ)按現(xiàn)有橋梁病害通常整治方法，對(duì)梁體局部小范圍壓潰病害，需對(duì)壓潰部位進(jìn)行清除，輔以環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行修補(bǔ)；對(duì)梁體裂紋，則往往采用碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)。但對(duì)梁體潰損面積較大、裂縫影響范圍較深，采用上述辦法整治效果不太明顯。

3.4 增加梁端翼緣的橫向剛度查詢“專橋（01）2051圖”，其梁端上端橫隔板的長(zhǎng)度為1.56 m，厚度為0.5 m，高為0.55 m，橫隔板距梁端上翼緣寬0.37 m，厚0.16 m。梁端裂損的病害大多產(chǎn)生在上翼緣處，因此考慮增強(qiáng)上翼緣的橫向剛度及局部強(qiáng)度，將梁端上部的橫隔板加厚0.37 m（相當(dāng)于增強(qiáng)梁端翼緣原有剛度的20倍），以解決上翼緣厚度、剛度不足的問題。而要增加梁端翼緣的橫向剛度及局部強(qiáng)度，可通過以下兩種途徑實(shí)現(xiàn)：一是采用預(yù)制好的鋼筋混凝土橫隔板塊，在既有梁的腹板鉆孔，然后布置預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行張拉。這一方法的缺點(diǎn)是施工困難，需搭設(shè)腳手架施工，造價(jià)高，而且張拉過程不好控制，對(duì)行車的干擾較大。二是現(xiàn)澆加厚梁端橫隔板，對(duì)翼緣壓潰部位砼進(jìn)行清除，將新增橫隔板通過鋼筋與原橫隔板及T梁內(nèi)側(cè)上翼緣、腹板連接，在梁端支模，現(xiàn)場(chǎng)澆筑砼即可。這一整治方案施工簡(jiǎn)便，整治工作量少，所需費(fèi)用不多，對(duì)行車干擾影響不大，是為行之有效又簡(jiǎn)單易行的方案。

4 整治工藝

要徹底解決梁端裂損病害，不僅要修復(fù)原有裂損病害，還應(yīng)解決翼緣抗剪及抗彎強(qiáng)度不足的問題，并應(yīng)盡量減少對(duì)行車的干擾，快速、優(yōu)質(zhì)、價(jià)廉、便捷地修復(fù)裂損處所，使之達(dá)到或恢復(fù)原有的強(qiáng)度、剛度。經(jīng)過比較，決定采用現(xiàn)澆加厚梁端上部橫隔板進(jìn)行整治，其整治工藝主要包括鋼筋布置、材料選用及質(zhì)量控制3個(gè)方面。

4.1 鋼筋布置考慮到橫隔板距梁端0.37 m，將梁端上部的橫隔板加寬0.37 m，以增加橋梁梁端的橫向剛度及局部強(qiáng)度。新增的橫隔板通過5根Φ20螺紋鋼筋錨固在原上橫隔板上，4根Φ16螺紋鋼筋錨入梁端上翼緣，并通過12根Φ16的螺紋鋼筋錨入梁的腹板，錨固深度分別為30 cm、10 cm，其它鋼筋的布置按“專橋（01）2051-Ⅳ-10圖”布置。具體加寬尺寸及鋼筋布置詳見圖2、圖3。

圖2 梁端剖面圖

圖3 新增橫隔板布筋圖

4.2 材料選用由于梁端空隙較少，模板安裝后混凝土不易灌筑密實(shí)，而且受普通混凝土收縮及列車通過時(shí)振動(dòng)的影響，新舊混凝土結(jié)合部位易產(chǎn)生收縮裂紋。而益湛線橋梁選址大多數(shù)較為偏僻，且旱橋見多，修復(fù)梁端裂損處所的混凝土材料運(yùn)輸、工程用水均存在一定的困難，故在選材上不僅要考慮強(qiáng)度要求、新舊混凝土結(jié)合處無收縮，還要考慮減少澆水養(yǎng)護(hù)的問題。為此，采用成都紐維遜牌高強(qiáng)無收縮灌漿料及混凝土養(yǎng)護(hù)劑進(jìn)行整治。該材料為平灌自流型材料，5 min發(fā)熱，30 min凝固，可在較短的天窗時(shí)間內(nèi)完成作業(yè)，其養(yǎng)護(hù)劑在拆除模板后在混凝土表面進(jìn)行噴涂，不需進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)。

4.3 質(zhì)量控制

4.3.1 流程標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)梁端原砼表面及模板處理時(shí)要求不得有碎石、浮漿、灰塵、油污和脫模劑等雜物。灌漿前24 h，梁體表面應(yīng)充分濕潤(rùn)。灌漿前1h，應(yīng)吸干積水。灌漿料按原料重量的12%～14%的加水量加水?dāng)嚢?，水溫?～40℃為宜。采用機(jī)械攪拌時(shí)間一般為1～2 min；采用人工攪拌時(shí)，宜先加入2/3的用水量攪拌2 min，然后加入剩余用水量繼續(xù)攪拌至均勻。漿料應(yīng)從一側(cè)灌入，直至另一側(cè)溢出為止，以利于排出模板中的空氣，使灌漿充實(shí)，不得從四側(cè)同時(shí)進(jìn)行灌漿。在灌漿過程中不宜振搗，必要時(shí)可用竹板條等進(jìn)行拉動(dòng)導(dǎo)流。在灌漿施工過程中直至脫模前，應(yīng)避免灌漿層受到振動(dòng)和碰撞，以免損壞未結(jié)硬的灌漿層。

4.3.2 養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn) 灌漿完畢后30 min內(nèi)，應(yīng)立即噴灑養(yǎng)護(hù)劑或覆蓋塑料薄膜并加蓋巖棉被等進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，或在灌漿層終凝后立即灑水保濕養(yǎng)護(hù)。冬季施工時(shí)，養(yǎng)護(hù)措施還應(yīng)符合現(xiàn)行《鋼筋混凝土工程施工驗(yàn)收規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。

5 整治效果

2011年10月，桂林工務(wù)段按上述整治方案及工藝對(duì)益湛線K 613+429深沖特大橋第36孔梁南端上翼緣病害進(jìn)行了整治。該孔橋梁南端的上翼緣內(nèi)側(cè)混凝土掉塊長(zhǎng)70 cm，寬30 cm，厚16 cm，列車通過時(shí)裂損處的撓度達(dá)10 mm。整治完成后，對(duì)該橋整治處所的撓度進(jìn)行檢測(cè)，共檢測(cè)6列客車、4列貨車通過時(shí)的撓度，撓度均為0 mm。在整治后1個(gè)月內(nèi)每天于列車通過時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，其后每月觀測(cè)，原裂損處撓度無超限，無滲水流漿現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期的效果見圖4。

圖4 梁端裂損病害整治后效果

6 結(jié)束語(yǔ)

通過將梁端上橫隔板加厚至0.87 m的措施來整治梁端裂損病害，不僅增加梁端橫隔板橫向剛度，還補(bǔ)強(qiáng)預(yù)了應(yīng)力結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，較好地解決了受力變化和構(gòu)件局部弱化造成的梁端裂損病害。2014 年3月13日，南寧鐵路局科委辦組織有關(guān)專家對(duì)這一研究進(jìn)行了評(píng)鑒，認(rèn)為此方案采用高強(qiáng)無收縮混凝土及混凝土養(yǎng)護(hù)劑，有效地解決了梁端混凝土灌筑密實(shí)及收縮裂紋、新老混凝土結(jié)合問題，拆模后噴涂養(yǎng)護(hù)劑進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，提高了整治效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度并確保了養(yǎng)護(hù)效果。整治方案具有施工簡(jiǎn)便，整治時(shí)對(duì)行車秩序影響少，整治費(fèi)用不多等優(yōu)點(diǎn)，為行業(yè)內(nèi)解決橋梁同類病害提供了新的實(shí)踐范例。

U445.7

B

1006-8686（2015）0012-04