某鐵路線涵洞病害原因分析與加固技術(shù)研究

徐劍宇

(中國神華神朔鐵路分公司河?xùn)|運(yùn)輸段，山西 忻州 036203)

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某鐵路線涵洞病害原因分析與加固技術(shù)研究

徐劍宇

(中國神華神朔鐵路分公司河?xùn)|運(yùn)輸段，山西 忻州 036203)

摘要：針對某鐵路線K549+014涵洞出現(xiàn)沉降縫處剝落露筋，邊墻剝落露筋，中墻沉降縫周圍砼鼓起、剝落，砼腐蝕風(fēng)化嚴(yán)重，沉降縫普遍滲水泛白等病害現(xiàn)象，提出了對應(yīng)的套涵加固技術(shù)，論述了該方法的施工工藝、技術(shù)要求及適用性。實(shí)踐證明，該方法應(yīng)用于鐵路涵洞加固，不影響運(yùn)輸，投資少，施工安全快捷，對類似的工程有重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：涵洞；病害；裂縫；整治；加固

1 工程概況

近年來，重載鐵路運(yùn)力不斷提升以及30 t大軸重列車的開行，給現(xiàn)有橋涵設(shè)備帶來了嚴(yán)重的影響。某鐵路線管內(nèi)涵洞存在不同程度的沉降縫處剝落露筋，邊墻剝落露筋，中墻沉降縫周圍砼鼓起、剝落，砼腐蝕風(fēng)化嚴(yán)重，局部脫落，邊墻水平裂縫，翼墻斜裂縫，翼墻帽石斷裂等病害，影響行車及設(shè)備安全，須進(jìn)行整治加固。

K549+014涵洞結(jié)構(gòu)類型為框架涵，孔數(shù)為2孔，跨度6 m，涵洞全長15.08 m。經(jīng)過十幾年的運(yùn)營，涵洞各個(gè)部位存在著不同程度的病害：

(1)混凝土保護(hù)層鼓起脫落，出現(xiàn)露筋(見圖1和圖2)。

圖1 邊墻底部混凝土鼓起露筋圖2 涵頂混凝土掉塊露筋

(2)防水層失效，沉降縫部位滲水、泛白(見圖3)。

(3)邊墻底部由于鹽堿腐蝕產(chǎn)生麻面(見圖4)。

2 原因分析

2.1 地質(zhì)、氣候原因

圖3 沉降縫處滲水、泛白 圖4 邊墻底部麻面

該涵洞所處地帶屬于大陸性季風(fēng)氣候，溫差變化比較大，干濕循環(huán)及溫度變化對混凝土的強(qiáng)度造成了影響，致使混凝土風(fēng)化嚴(yán)重。當(dāng)?shù)赜昙局饕性谄?、八月份，雨季時(shí)期，由于雨水浸泡使地基易發(fā)生不均勻沉降，臺墻產(chǎn)生裂隙，伸縮縫處錯臺。

2.2 鹽堿腐蝕的影響

2.3 涵洞設(shè)計(jì)局限性

涵洞在設(shè)計(jì)時(shí)沒有充分考慮環(huán)境的影響以及實(shí)用性的要求，只是單純考慮了強(qiáng)度的要求，由于設(shè)計(jì)的保護(hù)層厚度不足，鋼筋銹蝕致使混凝土外層過早脫落；防水材料不能達(dá)到使用性能的要求，使得防水能力下降而發(fā)生滲漏。對于這些問題設(shè)計(jì)時(shí)并沒有采取相應(yīng)措施。

2.4 建造施工的原因

該涵洞于2002年完成建造，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不高很難滿足現(xiàn)今的載重及列車密度，加上施工過程中可能存在一些質(zhì)量缺陷[1]，比如施工過程中立模是否標(biāo)準(zhǔn)、振搗是否充分、拆模時(shí)混凝土強(qiáng)度是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)、養(yǎng)護(hù)條件是否良好、施工時(shí)間是否合理等，都會對涵洞后期是否產(chǎn)生裂縫、掉塊露筋等病害有著直接的關(guān)系。

2.5 涵頂填土厚度不足

線路運(yùn)營后，由于涵洞兩側(cè)路基沉落量較大，導(dǎo)致涵洞頂部填土厚度不足[2]?！惰F路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》中要求涵洞頂至軌底的填土厚度應(yīng)不小于1.2 m。這是因?yàn)榱熊囃ㄟ^涵洞時(shí)對其產(chǎn)生沖擊作用，由于軌道系統(tǒng)、道砟及填土的緩沖效能，列車的沖擊作用會隨著填土厚度的增加而逐步衰減，填土厚度大于1.0 m時(shí)列車沖擊作用就已經(jīng)可以忽略不計(jì)[3]。

但實(shí)際上由于輪對狀態(tài)、軌道形態(tài)以及填土類型等的不同，可能使得涵頂填土厚度大于1.0 m的涵洞仍會受到列車沖擊作用的影響[4]。經(jīng)過對管內(nèi)10座重點(diǎn)病害涵洞的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)其上部填土厚度只有0.6 m左右。填土厚度不足導(dǎo)致涵洞受到列車沖擊力增大，造成涵洞各涵節(jié)發(fā)生不同程度的下沉以及墻體的開裂。

2.6 運(yùn)營的原因

隨著30 t軸重列車開通和行車密度的提高，列車動荷載的作用不斷加大，尤其是處于鋼軌接頭下方的涵洞，涵頂受到?jīng)_擊力更加明顯，近兩年涵洞病害情況愈發(fā)嚴(yán)重，且重載影響導(dǎo)致地基產(chǎn)生不均勻沉降，進(jìn)而導(dǎo)致邊墻變形及涵頂產(chǎn)生裂縫。

3 涵洞整修加固施工技術(shù)

3.1 施工方案

為了保證不中斷運(yùn)輸任務(wù)，經(jīng)分析研究采用套涵加固方案，即在原混凝土表面灌注一定厚度的混凝土為套襯補(bǔ)強(qiáng)。

套襯補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)一方面抑制了原混凝土裂損變形，而且可以起到一定的防水作用；另一方面與原襯砌混凝土共同作用成為新的承載結(jié)構(gòu)，同時(shí)具備治理徹底，施工安全、快捷，投資少等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 施工流程及加固技術(shù)研究

套涵加固的施工流程為：施工準(zhǔn)備→涵洞表面清理鑿毛→澆筑底板墊層→綁扎底板鋼筋→底板立模→澆筑底板混凝土→綁扎邊墻和頂板鋼筋→邊墻和頂板立?！鷿仓厜晚敯寤炷痢鹉＜梆B(yǎng)護(hù)。

套涵加固技術(shù)的關(guān)鍵在于涵洞表面清理、鋼筋植入和混凝土澆筑。

3.2.1 涵洞表面清理

涵洞邊墻多處剝落露筋，需在其表面進(jìn)行襯砌處理。先將表面清理鑿毛清除涵洞底板和流水槽表層淤泥和雜物，清理完畢后對其表面進(jìn)行鑿毛，采用鼓風(fēng)機(jī)吹凈表層。

3.2.2 鋼筋植入

套涵涵底至既有涵基頂面澆筑2 cm的C25水泥砂漿墊層作為找平層。底板鋼筋主筋采用HRB400鋼筋，分布鋼筋和箍筋采用HPB300鋼筋。鋼筋布置見圖5。

框架涵套涵施工前需對既有涵鋼筋分布進(jìn)行探測，根據(jù)設(shè)計(jì)要求鋼筋需要植入既有結(jié)構(gòu)內(nèi)，植筋打孔需隔孔施作，并需要每成一孔，清理一孔，清理干凈后立即植筋。圖5中所示虛線為既有涵洞截面，N1為平行頂板橫向鋼筋，其兩端分別伸入既有涵頂板倒角處各50 cm；N2為平行底板橫向鋼筋，其兩端分別伸入既有涵側(cè)墻各20 cm；N3為平行邊墻豎向鋼筋，其兩端伸入既有涵頂?shù)装甯?0 cm；N4植入既有涵洞內(nèi)15 cm，勾住N5鋼筋，N5筋與N1、N2、N3筋綁扎。植筋圖見圖6。

3.2.3 混凝土澆筑

套涵混凝土厚度為25 cm。底板混凝土強(qiáng)度等級為C35，采用商品混凝土?；炷琳駬v要保證密實(shí)。待底板混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，開始綁扎邊墻鋼筋，邊墻鋼筋由下而上綁扎，主筋、箍筋型號和間距符合設(shè)計(jì)要求，綁扎邊墻高處和頂板鋼筋時(shí)需搭設(shè)腳手架。模板采用組合式鋼模，頂板模板采用滿堂式腳手架支撐，混凝土采用C35商品混凝土泵送輸入，邊墻和頂板混凝土采取分節(jié)澆筑，澆筑單元為每一段涵節(jié)長度?；炷恋膹?qiáng)度必須符合設(shè)計(jì)要求，應(yīng)在混凝土澆注地點(diǎn)隨機(jī)抽取試件檢驗(yàn)混凝土強(qiáng)度。澆注前，對模板、鋼筋和預(yù)埋件進(jìn)行檢查，模板內(nèi)不得存留積水、雜物。

澆筑前，檢查混凝土的水灰比和坍落度。水灰比大，混凝土的粘稠度將會減小，雖然流動性增強(qiáng)了，但是泵送壓力會明顯下降，使得混凝土過稀，骨料間的潤滑膜消失，混凝土的保水性下降，容易發(fā)生離析而堵塞管道，因此應(yīng)限制水灰比在0.4～0.6范圍內(nèi)。泵送混凝土的坍落度以9～13 cm為最佳值，且最小不能低于8 cm，最大不能超過15 cm，當(dāng)混凝土坍落度大于15 cm時(shí)應(yīng)當(dāng)添加減水劑。

混凝土的澆筑連續(xù)進(jìn)行，如因故必須間斷時(shí)，其間斷時(shí)間小于前層混凝土的初凝時(shí)間，允許間斷時(shí)間需經(jīng)試驗(yàn)確定，若超過允許間斷時(shí)間，采取保證質(zhì)量措施或按工作縫處理?；炷羶?nèi)部與表面溫差不得超過20℃，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14 d。模板應(yīng)在混凝土強(qiáng)度能保證構(gòu)件和孔洞表面不發(fā)生塌陷和裂縫時(shí)，方可拆除。

圖5 套涵正洞身鋼筋構(gòu)造圖(單位：cm)

圖6 邊墻植筋

3.3 套涵加固技術(shù)要求

(1)每米涵身配置8排鋼筋，每排中心距為12.5 cm。主筋、分布筋、箍筋凈保護(hù)層均不小于3.5 cm；涵節(jié)始末端可適當(dāng)調(diào)整間距，凈保護(hù)層為3.5～5.0 cm。縱向分布鋼筋在鋼筋彎曲及錨固等處可作適當(dāng)移動。結(jié)構(gòu)中鋼筋骨架均為焊接。

(2)保護(hù)層厚度均為分布筋至結(jié)構(gòu)邊緣的距離。

(3)套涵沉降縫與既有涵沉降縫對齊。

(4)沉降縫設(shè)置。套打涵澆筑前，在沉降縫相應(yīng)位置的既有涵邊墻粘貼高聚物改性瀝青防水卷材。在沉降縫相應(yīng)位置處安裝防水涂料浸漬木板(厚度與沉降縫寬度相同)，同時(shí)當(dāng)作模板使用，在施工縫相應(yīng)位置處安裝緩膨型遇水膨脹橡膠止水條。

套打涵澆筑完畢且混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，沉降縫內(nèi)側(cè)安裝快速膨脹型遇水膨脹橡膠止水條，然后用雙組分聚硫嵌縫膏嵌縫，嵌縫應(yīng)均勻、整齊、不得污染結(jié)構(gòu)。快速膨脹型遇水膨脹橡膠止水條安裝時(shí)應(yīng)與沉降縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)密貼，橡膠止水條的尺寸根據(jù)實(shí)際沉降縫的寬度調(diào)整?？焖倥蛎浶陀鏊蛎浵鹉z止水條安裝前，對沉降縫相應(yīng)部位進(jìn)行清理，安裝槽道應(yīng)干凈，無水且無尖狀物，以免影響止水效果?？焖倥蛎浶陀鏊蛎浵鹉z止水條安裝時(shí)，使橡膠止水條閉合且連接可靠，保證其止水效果。

如沉降縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)高度不一致時(shí)，保證膨脹橡膠止水條外緣至少嵌入20 mm深，且保證20 mm雙組分聚硫嵌縫膏嵌縫深度。沉降縫鋪設(shè)防水卷材時(shí)，保證沉降縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)高度一致，否則采用M30水泥砂漿找平后鋪設(shè)防水卷材。止水帶及遇水膨脹橡膠的檢驗(yàn)項(xiàng)目和檢驗(yàn)頻次應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求執(zhí)行。緩膨型遇水膨脹橡膠遇水48 h后才能膨脹，7 d的膨脹率應(yīng)≤60%。嵌縫膏施工應(yīng)均勻、整齊有序、不可污染結(jié)構(gòu)。

對加固后的涵洞進(jìn)行后期評定，結(jié)果表示加固效果良好，保證了行車的安全性。

4 結(jié)束語

涵洞加固工程是以達(dá)到修復(fù)、補(bǔ)強(qiáng)、提高承載力、增強(qiáng)使用功能和滿足使用要求為目的，K549+014涵洞加固方案結(jié)合線路的實(shí)際運(yùn)營狀況和使用要求，采用的套涵加固技術(shù)在施工方法及工程造價(jià)方面均很好的滿足實(shí)際需要。隨著此鐵路線列車軸重的提高和行車密度的增加，涵洞病害嚴(yán)重程度會越來越高，K549+014涵洞加固技術(shù)可為今后類似涵洞的病害整治及加固提供借鑒。

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收稿日期：2016-04-11

作者簡介：徐劍宇(1971—)，男，助理工程師，主要從事鐵路養(yǎng)護(hù)維修及教育培訓(xùn)工作

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.04.012

中圖分類號：U449.7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-3953(2016)04-0044-04

Analysis of the Causes of the Defects of a Railway Culvert and Study of Their Reinforcing Techniques

Xu Jianyu

(Hedong Transportation Section of the Shen-Shuo Railway Branch of the Shenhua Group of China,Xinzhou 036203,China)

Abstract:Aiming at overcoming or repairing the defects of the culvert of K549+014 of a Railway,such as peeling-off at the settlement joints and the exposure of the reinforcement,peeling-off of the side wall and the exposure of the reinforcement,the swelling and peeling-off of the concrete around the settlement joints of the mid-wall,the serious erosion of concrete and badly-weathered concrete,the wide permeation of water and whitening around the settlement joints,etc.,some corresponding effective consolidating techniques, such as scope-type culverts,are put forward in the paper,with the construction processes,technical requirements and adaptability of the methods dealt with in detail.Practice shows that the application of the techniques to consolidating railway culverts is cost-saving, quick and safety-ensuring in construction and has no effect on the normal transportation.It may serve as an important reference for other projects of similar types.

Key words:culvert;defects;crack;treatment and repair;consolidate