朔黃鐵路某（8+16+8）m橋梁加固改造方案研究

李保龍

（朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司，河北肅寧062350）

朔黃鐵路某（8+16+8）m橋梁加固改造方案研究

李保龍

（朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司，河北肅寧062350）

朔黃鐵路某（8+16+8）橋鋼筋混凝土梁的狀態(tài)較差，鋼筋銹蝕和混凝土剝落嚴(yán)重，耐久性問題突出，不能保證橋梁處于正常運營狀態(tài)。本文結(jié)合朔黃鐵路開行大軸重重載列車的需求，對該橋梁的加固改造方案進行研究，并建議采用增大截面或梁體置換法對跨度8m鋼筋混凝土T梁進行加固改造，采用輔助鋼梁法對跨度16m超低高度預(yù)應(yīng)力混凝土T梁進行加固。

鋼筋銹蝕；疲勞；加固；換梁

1　橋梁概況

朔黃鐵路肅寧分公司管內(nèi)一座橋梁跨越地方公路，建成于1999年，全長46.1m，為上下行分離式雙線橋。設(shè)計地震基本烈度Ⅶ度，凍結(jié)深度為0.6m。全橋共3孔，上下行跨度均為（8+16+8）m。第1和第3孔為跨度8m普通高度鋼筋混凝土簡支梁（圖號為專橋（88）1023），第2孔為跨度16m低高度預(yù)應(yīng)力混凝土T梁（圖號叁橋2003），各孔設(shè)計荷載均為中-活載（直），均采用板式橡膠支座。上行線為重車線，為無縫線路，采用75kg/m鋼軌、Ⅲ型橋枕，無護軌。下行線為輕車線，為有縫線路，采用60kg/m鋼軌、Ⅱ型橋枕，有護軌。橋上線路位于緩和曲線和直線上，橋上線路縱坡為2.2‰（上坡方向為黃驊港），橋梁按直線布置。橋梁上下行線錯位并置，上下行線梁體、圓端形板式墩、橋臺均分離，錯位，橋梁與公路法向夾角17°40'。第2孔跨度16m梁跨越公路機動車道，第1，3孔跨度8m梁跨越公路非機動車道。

運營過程中發(fā)現(xiàn)第1，3孔跨度8m鋼筋混凝土梁下翼緣底面存在大量縱向裂縫，裂縫寬度較大，裂縫內(nèi)有銹跡滲出，局部混凝土掉塊。敲擊檢查發(fā)現(xiàn)，梁體質(zhì)量較差，混凝土疏松，底板混凝土脹裂、剝落嚴(yán)重，鋼筋銹蝕嚴(yán)重，箍筋部分銹斷，底層主筋銹蝕面積接近原截面的1/2，鋼筋有效面積損失嚴(yán)重。梁體腹板、翼緣板等部位也存在鋼筋銹蝕、混凝土脹裂剝落等病害。下行線第1孔外側(cè)梁體底面鋼筋銹蝕情況如圖1所示。

圖1　下行線第1孔外側(cè)梁體底面鋼筋銹蝕情況

鋼筋混凝土梁的梁體鋼筋保護層剝落、鋼筋外露使得鋼筋與空氣、水汽直接接觸，鋼筋發(fā)生銹蝕的速率加快，導(dǎo)致梁體劣化速度加快。銹蝕致使鋼筋受力面積減小，荷載作用下鋼筋和混凝土的應(yīng)力增大，梁體的承載能力降低。鋼筋銹蝕后，活載作用下鋼筋應(yīng)力幅值增大，且試驗研究表明鋼筋的疲勞強度對銹蝕尤為敏感，朔黃鐵路長期、大量開行30t及以上軸重重載列車條件下，鋼筋混凝土梁發(fā)生疲勞破壞的風(fēng)險增大。

為滿足朔黃鐵路上行線開行30t軸重貨車的安全性要求，2014年10月對上行線2孔跨度8m鋼筋混凝土梁進行了體外預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固。

為減緩梁體的劣化速度，保證梁體短期內(nèi)不出現(xiàn)劣化加速情況，2014年12月對第1，3孔跨度8m鋼筋混凝土梁進行了臨時搶修，采取梁體表面疏松破損部位修補、下翼緣粘貼碳纖維布防護、梁體表面涂刷防水涂料及增設(shè)滴水檐等措施。同時對上行線梁體局部破損區(qū)域進行了修補，修補后的效果如圖2所示。從現(xiàn)場應(yīng)用情況看，本次修補保證了梁體狀態(tài)的穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)劣化加速的情況，達(dá)到了預(yù)期效果。

從現(xiàn)場調(diào)研情況看，該橋2孔8m鋼筋混凝土T梁的制造質(zhì)量較差，梁體混凝土不密實、鋼筋保護層不均，致使鋼筋銹脹、保護層掉塊。對于鋼筋混凝土梁鋼筋銹蝕后造成鋼筋截面削弱，鋼筋的靜力和抗疲勞力學(xué)性能降低，直接導(dǎo)致梁體承載能力降低。此外，為滿足30t軸重重載運輸需要而進行的上行線體外碳纖維板加固，也是基于梁體狀態(tài)正常條件下進行的，否則加固效果達(dá)不到設(shè)計要求。為保證橋梁的運營安全，建議對本橋上下行第1，3孔共計4孔跨度8m鋼筋混凝土T梁進行改造。

該橋第2孔為16m超低高度預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，梁體按中-活載設(shè)計，線上開行30t及以上大軸重貨車后，貨車對梁體的作用效應(yīng)超過原設(shè)計活載，長期作用下梁體的受力狀態(tài)不能滿足運營要求，需對梁體進行加固改造。橋梁跨越公路，對橋梁進行加固改造施工時考慮到外圍協(xié)調(diào)因素的影響，為便于施工組織、減少整體改造費用，建議對第1，3孔梁改造的同時對第2孔低高度預(yù)應(yīng)力混凝土梁進行加固改造。

圖2　下行線第1孔梁修補效果

2　跨度8　m梁改造方案

2.1梁體增大截面法加固方案

2.1.1加固方案

采用增大截面法對鋼筋混凝土梁進行加固，提高梁體的強度、剛度和整體性，并對支座、人行道托架等進行相應(yīng)改造，具體措施如下：

1）增大梁體截面。鑿除梁體表面及縱向接縫表面的疏松混凝土，對混凝土表面鑿毛處理，露出堅實的混凝土，對銹蝕鋼筋除銹；在梁體內(nèi)側(cè)頂板下緣、腹板兩側(cè)及底板底面按一定間距植入鋼筋，綁扎鋼筋網(wǎng)；在兩片梁內(nèi)側(cè)頂板下緣灌注聚合物混凝土，使兩片梁連成整體；腹板兩側(cè)灌注聚合物混凝土，使梁體腹板厚度增加；下馬蹄下緣增加聚合物混凝土，并配置鋼筋。增大截面法加固梁體設(shè)計見圖3。

圖3　增大截面法加固梁體設(shè)計（單位：cm）

2）封閉梁間縱向接縫。在梁體縱向接縫內(nèi)灌注C40細(xì)石聚合物混凝土，將接縫封閉，防止積水、滲水。

3）更換支座。進行梁體加固前，將原板式橡膠支座更換為球型鋼支座。

4）封閉梁端接縫。梁端伸縮縫上蓋有蓋板，當(dāng)橋面道砟板結(jié)或泄水孔排水不暢時，水從伸縮縫處流下侵蝕梁體，長期作用導(dǎo)致梁端產(chǎn)生鋼筋銹脹、混凝土剝落掉塊病害，并侵蝕支座，在梁體加固改造時一并對其予以封閉。

5）加密人行道托架。原間距1.5m的人行道欄桿托架偏弱，建議在兩道托架中間增加一道，即托架間距變?yōu)?.75m，采用化學(xué)錨固螺栓固定。

6）其他。清理梁體泄水孔，對破損的泄水管進行更換，對長度不足的進行接長；加固施工完成后，對梁體表面進行涂裝。

2.1.2加固檢算

在設(shè)計1.2倍ZH活載（2010）作用下，對加固前后鋼筋混凝土梁跨中截面的鋼筋應(yīng)力、混凝土壓應(yīng)力、裂縫寬度及跨中撓度進行了檢算，檢算結(jié)果見表1。

表1　加固前后梁體主要參數(shù)檢算結(jié)果

由表1可知，采用增大截面法加固后的鋼筋混凝土T梁能夠滿足開行大軸重貨車的要求。

2.1.3主要施工方法

1）增設(shè)梁體臨時支撐。梁體底板混凝土鑿除前需設(shè)置臨時彈性支撐，支撐部位設(shè)于梁體跨中，支撐方式可采用枕木垛或者型鋼。梁體底板加固混凝土拆模后可拆除臨時支撐。

2）梁體增設(shè)鋼筋及灌注聚合物混凝土。①鑿除原梁底板、腹板、梁間縱向接縫和外側(cè)翼緣板根部表層混凝土，露出箍筋、主筋及硬實的混凝土，用高壓水或空氣清除混凝土表面的灰塵等附著物，用鋼絲角磨機或噴砂清除鋼筋表面銹跡；對于梁體底板及兩側(cè)混凝土疏松、粉化、強度低、開裂嚴(yán)重等質(zhì)量較差的部位，應(yīng)一并鑿除，保證新界面上的混凝土具有足夠強度。②按設(shè)計位置鉆孔，當(dāng)孔位與原梁內(nèi)鋼筋有沖突時可局部調(diào)整。③新增縱向主筋端部與原梁內(nèi)主筋連接。④模板應(yīng)采用鋼模板，模板與梁體之間應(yīng)進行可靠聯(lián)結(jié)并具有足夠的剛度。⑤灌注梁間縱向接縫混凝土：清理線路中心蓋板處的道砟，用高壓水清洗接縫混凝土表面，涂刷界面劑，從橋面灌注細(xì)石聚合物混凝土。⑥灌注梁體混凝土：在梁底混凝土表面涂刷界面劑，然后灌注聚合物混凝土。⑦混凝土養(yǎng)生：混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度的80%后可拆模，然后進行灑水或覆膜養(yǎng)生，直至達(dá)到設(shè)計強度。

3）梁體橫向接縫封閉。①利用線路封鎖時間，刨除道砟后打開梁端伸縮縫處蓋板，用鋼絲刷清理接縫表面松散的混凝土及油污、灰塵等雜物。②根據(jù)梁端伸縮縫實際寬度，用PVC管設(shè)置接縫襯托。③利用施工天窗在伸縮縫內(nèi)灌注彈性體伸縮縫，自然養(yǎng)生。④對于梁體外側(cè)擋砟墻預(yù)留縫漏水部位，清理原填塞的木塊等雜物，灌注彈性體伸縮縫材料，進行封閉處理。

4）梁體表面涂裝防護。①用鋼絲打磨機打磨、噴砂等方法清理梁體表面的油氈、灰塵、水泥漿、松散的表層混凝土等雜物，露出堅硬、密實的混凝土表面，并用高壓水進行清洗。②用滾刷蘸水在混凝土構(gòu)件表面滾涂，使混凝土充分濕潤。③采用橫豎十字交叉的方法涂刷2遍方可滾涂或刷涂等。

2.2梁體置換方案

2.2.1置換方案

為徹底解決該橋第1，3孔跨度8m鋼筋混凝土梁存在的問題，對上下行橋進行換梁施工，具體方案如下：

1）新梁設(shè)計、制造。按照朔黃鐵路加固改造后的運營目標(biāo)，新設(shè)計跨度8m的鋼-混結(jié)合梁，工廠制造完成后運至現(xiàn)場。

2）梁體置換。利用2個天窗點時間分別將上、下行鋼筋混凝土T梁置換為鋼-混結(jié)合梁，每個天窗完成一線2孔梁的更換，天窗時間360min。

3）支座。支座采用球型鋼支座，對墊石進行相應(yīng)處理。

4）橋面附屬設(shè)施。更新橋上道砟、人行道托架、L型擋砟塊。將全橋（含第2孔）人行道板更換為橡膠道板。

5）其他附屬設(shè)施。修復(fù)破損護錐，涂裝墩臺。2.2.2鋼-混結(jié)合梁設(shè)計

新型鋼-混結(jié)合梁按照朔黃鐵路加固改造后運營目標(biāo)設(shè)計，能夠滿足1.2倍ZH活載（2010）要求。其截面形式見圖4。

圖4　新型鋼-混結(jié)合梁截面形式

1）結(jié)合梁設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：①重載貨運鐵路；②單線鐵路；③設(shè)計荷載為1.2倍ZH荷載（2010）。

2）主要構(gòu)件材料。①鋼材采用Q370qE；②橋面板混凝土為C50高性能混凝土；③采用HRB400鋼筋；④剪力釘連接器要滿足國家規(guī)范要求。

2.2.3換梁施工方案

1）換梁準(zhǔn)備。①鋼梁定制、施工現(xiàn)場協(xié)調(diào)；②與區(qū)間各工隊聯(lián)系確定接觸網(wǎng)、電務(wù)、通信及自閉線路移動方案及注意事項；③在既有橋梁兩側(cè)鋪設(shè)50kg/m鋼軌，采用普通木枕并用碎石道砟鋪面；④拼裝移進新梁臺車4臺（即2組），每線、每孔梁對應(yīng)1組，單個臺車承載能力不小于240t；⑤新梁到達(dá)現(xiàn)場后進行吊裝作業(yè)，在施工現(xiàn)場用300t汽車吊進行卸梁作業(yè)；⑥新梁上砟；⑦安裝新梁人行道；⑧安裝新梁支座；⑨鑿除舊梁橫向聯(lián)結(jié)及支撐墊石；⑩拆除舊梁附屬設(shè)施。

2）換梁。①封鎖線路；②軌排初步對位，然后將扣件松解；③啟動汽車吊將舊梁逐片吊至地面；④啟動新梁臺車的自走行裝置，新梁逐漸移入橋位；⑤落梁完成后進行線上作業(yè)；⑥接觸網(wǎng)恢復(fù)；⑦檢查線路幾何尺寸。

3）收尾。①安裝新梁限位角鋼、檢查梯等附屬結(jié)構(gòu)；②電纜回落，移入電纜槽，將電纜余量重新埋入橋頭路基；③拆除高架臺車及橫向滑道；④自閉線及站饋線恢復(fù)；⑤場地恢復(fù)。

2.3方案比選

針對橋梁實際情況，提出了梁體加固、梁體置換2種方案，2種方案均能滿足工程加固改造的需要。加固改造方案比較見表2。

表2　第1，3孔梁加固改造方案比較

3　跨度16　m梁加固方案

根據(jù)既有鐵路低高度梁實橋加固的經(jīng)驗，建議對上行線跨度16m超低高度預(yù)應(yīng)力混凝土梁同時進行加固，加固后梁體能夠滿足線上開行30t及以上軸重貨車的運營要求。

4　附屬設(shè)施改造方案

1）護坡修復(fù)。對破損護坡進行清理，重做漿砌片石護坡。

2）墩臺破損修補。對橋墩及橋臺混凝土局部破損部位采用環(huán)氧砂漿修補。

3）墩臺表面涂裝。對橋墩及橋臺表面涂刷防護涂料。

5　結(jié)論

1）為保證橋梁滿足30t及以上軸重運輸要求和橋梁的長期運營安全，應(yīng)對該橋進行加固改造。

2）對于第1，3孔跨度8m鋼筋混凝土T梁，采用增大截面法或梁體置換法均能滿足改造要求，應(yīng)綜合考慮技術(shù)特點、經(jīng)濟性、對運營的影響等，選擇合理的加固改造方案。

3）對于第2孔跨度16m超低高度預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，大軸重貨車作用下的效應(yīng)超過原設(shè)計活載，長期作用下梁體的受力狀態(tài)不能滿足運營要求，須進行加固改造。

4）為便于全橋施工組織管理、減少整體改造費用，建議對第1，3孔梁改造的同時對第2孔梁采用輔助鋼梁法進行加固。

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AbstractA 3-span（8+16+8）m defected reinforced concrete bridge in Shuozhou-Huanghuagang railway，with severe steel rusting and concrete spalling，was studied in this paper.Its existed damage and weakened durability threatened the normal operation.On the other hand，heavy haul railway was planned for the line in the future.Given the actual state of the bridge with damage and the pending heavy axle loads，the strengthening program was studied. T he 8 m reinforced concrete T girder was suggested to be strengthened through larger profile or girder replacement while the 16 m extremely shallow prestressed concrete T girder was strengthened with auxiliary steel girder.

Study on Reinforcing Reconstruction Scheme for Certain（8+16+8）m Bridge on Shuozhou-Huanghuagang Railway

LI Baolong
（Shuohuang Railway Development Co.，Ltd.，Suning Hebei 062350，China）

Steel rusting；Fatigue；Strengthening；Girder replacement

U445.7+2

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.04.06

1003-1995（2016）04-0022-05

（責(zé)任審編李付軍）

2015-12-07；

2016-01-22

李保龍（1979—），男，工程師，碩士。