某高速鐵路橋梁問題及整治措施探討

計(jì) 勇 （中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司合肥工務(wù)段，安徽 合肥 230011）

1 引言

抓好提前介入工作，強(qiáng)化源頭質(zhì)量控制，是確保新建高鐵順利開通運(yùn)營的有效途徑，對降低設(shè)備接管后的養(yǎng)修成本，提高安全效益和經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。自2017年11月起，合肥工務(wù)段對商合杭鐵路站前十三標(biāo)至十五標(biāo)橋梁設(shè)備開展了提前介入工作，截至2018年底，已檢查橋梁35座，為后續(xù)施工提出了調(diào)整和改進(jìn)建議，并督促施工單位整改達(dá)標(biāo)，以期最大程度消除運(yùn)營隱患。下面以商合杭鐵路橋梁提前介入檢查中發(fā)現(xiàn)的典型問題為例，對問題成因及整治措施進(jìn)行探討。

2 典型問題分析及影響預(yù)測

2.1 梁體典型問題

2.1.1 梁體裂縫

對于簡支箱梁，梁體裂縫通常出現(xiàn)在梁內(nèi)端部兩側(cè)上倒角位置；對于連續(xù)梁，常見的是梁內(nèi)頂板底面縱向裂縫，梁內(nèi)橫隔板過人洞上部豎向裂縫。當(dāng)裂縫寬度超過限值應(yīng)加強(qiáng)觀測，分析原因，實(shí)施修補(bǔ)。

連續(xù)梁內(nèi)頂板底面縱向裂縫的成因主要是順橋向預(yù)應(yīng)力施加過大，橫橋向預(yù)應(yīng)力施加不足。給梁施加預(yù)壓應(yīng)力是一種主動(dòng)加力體系，過大的預(yù)應(yīng)力也是有害處的，并不是預(yù)應(yīng)力越大就越安全。研究表明，通常情況下預(yù)壓應(yīng)力控制在2MPa就已足夠，然而實(shí)際情況下預(yù)應(yīng)力甚至達(dá)到10MPa以上，從而在正交向容易由于泊松比而產(chǎn)生橫向拉應(yīng)變，甚至?xí)夭y管方向產(chǎn)生縱向裂縫，易造成波紋管內(nèi)積水、鋼束銹蝕。因此，連續(xù)梁頂板底面裂縫的危害較大，應(yīng)及早處理。

2.1.2 梁體混凝土澆筑質(zhì)量不達(dá)標(biāo)

該類問題主要有：梁體混凝土蜂窩麻面、空洞露筋、保護(hù)層厚度不足35mm。在梁內(nèi)兩側(cè)下倒角，梁底端部支座附近易出現(xiàn)混凝土蜂窩、空洞露筋的問題，如圖1所示（跨合寧鐵路特大橋第96孔）；在連續(xù)梁內(nèi)部，易出現(xiàn)鋸齒塊露筋、預(yù)應(yīng)力筋封錨端不密實(shí)的問題。

圖1 梁底混凝土蜂窩、空洞露筋

混凝土配合比不當(dāng)，造成砂漿少、石子多，混凝土攪拌時(shí)間不夠，拌合不均勻，振搗不密實(shí)等均是造成梁體混凝土蜂窩麻面的原因。梁底端部易出現(xiàn)蜂窩、空洞露筋的原因是梁底支座附近鋼筋密集，鋼筋位置未進(jìn)行有效固定，導(dǎo)致鋼筋間距過小甚至緊貼，澆筑混凝土?xí)r，砂漿和骨料難以下落至梁底保護(hù)層位置。

保護(hù)層厚度不足的原因：一是施工時(shí)，保護(hù)層墊塊設(shè)置數(shù)量不足或布設(shè)位置不當(dāng)；二是在混凝土澆筑過程中，未按要求搭設(shè)操作平臺，施工人員直接踩踏在鋼筋上操作，導(dǎo)致鋼筋下沉變形。保護(hù)層厚度不足將導(dǎo)致因混凝土碳化而引起的鋼筋銹脹、表層開裂剝落，造成受力鋼筋有效截面減小且握裹力下降，影響結(jié)構(gòu)承載力和耐久性。

2.1.3 梁體防排水設(shè)施失效

該類問題主要有：梁內(nèi)吊裝孔封堵不實(shí)、雨季滲水；尿梁；梁端防水涂層破損、脫落，如圖2所示（彭莊特大橋第17孔）；泄水管連接彎頭處破損、堵塞，管節(jié)之間未密封、連接不牢固；跨交通道路上方的梁體泄水管未封閉或做集中排水處理。

圖2 梁端防水涂層破損、脫落

尿梁的原因一是泄水管伸出翼緣板或梁底外露長度不足15cm，二是泄水管與梁體之間未密封。尿梁問題會對梁體、支座及墩臺檢查設(shè)施等造成污染和侵蝕。

梁端防水涂層破損、脫落的原因是過早地涂刷防水涂料，梁體澆筑時(shí)間較短，內(nèi)部濕氣較大，造成防水涂料與梁端結(jié)合不到位，防水涂層出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象，進(jìn)而破損、脫落。當(dāng)梁端防水失效時(shí)，如果梁端預(yù)應(yīng)力管道灌漿不實(shí)、封錨不嚴(yán)，則會造成預(yù)應(yīng)力鋼束銹蝕。國外報(bào)道了自1967年以來三座預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁在使用中由于預(yù)應(yīng)力鋼束銹蝕而突然破壞坍塌的實(shí)例，針對梁端防水涂層破損的問題，必須予以重視。

2.1.4 梁縫寬度過小

檢查中發(fā)現(xiàn)了梁縫寬度過小甚至頂死，或者混凝土垃圾等異物將梁縫頂死的問題。由于梁體制造和架設(shè)誤差的影響，相鄰梁間、梁端與橋臺之間會出現(xiàn)間隙過小，甚至頂死的現(xiàn)象。橋面系施工時(shí)，由于梁縫止水帶尚未安裝，梁縫處未用板遮擋，橋面施工混凝土廢料落入梁縫中，也會造成梁縫頂死，嚴(yán)重影響梁體自由伸縮。

2.2 支座部位典型問題

2.2.1 支座傾斜

圖3 支座傾斜

檢查中發(fā)現(xiàn)了球型支座上板及球體歪斜的現(xiàn)象，如圖3所示（北端上行聯(lián)絡(luò)線特大橋11#墩）。支座傾斜大多是因?yàn)槁淞簳r(shí)不夠平穩(wěn)，支座存在較大的初始剪切變形。支座傾斜將會限制活動(dòng)支座的正?；顒?dòng)，影響梁體自由伸縮。

2.2.2 支座上下板吊空

支座上下板吊空是指支座上板與梁底預(yù)埋鋼板之間、支座下板與砂漿墊層之間存在縫隙、安裝不密貼的現(xiàn)象。檢查中發(fā)現(xiàn)了支座上下板吊空大于0.5mm的問題。支座上板變形、梁底預(yù)埋鋼板不平整、砂漿墊層不平整是造成支座吊空的主要原因。支座吊空將會嚴(yán)重影響梁體受力性能，長期下去，梁體會產(chǎn)生剪切破壞。支座原本承受正常靜、動(dòng)荷載作用，支座吊空后會變成承受大動(dòng)能沖擊式的作用，大大縮短了支座的使用壽命。支座吊空還會造成墩臺原本均勻傳遞和承受的荷載集中到某一點(diǎn)上，產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致墩臺偏壓、墩帽開裂等問題。

2.2.3 支承墊石側(cè)面豎向裂縫

檢查中發(fā)現(xiàn)支承墊石側(cè)面普遍存在豎向裂縫，有的支承墊石側(cè)面裂縫數(shù)量甚至達(dá)到數(shù)十條之多，有的裂縫流白漿、流銹水。支承墊石裂縫與施工單位搶工程進(jìn)度有關(guān)。支承墊石直接承受支座傳遞下來的荷載，局部應(yīng)力大。當(dāng)支承墊石混凝土強(qiáng)度較低時(shí)，就過早地架設(shè)了梁體，導(dǎo)致支承墊石受力過大而裂損。

2.2.4 支承墊石高度不足

檢查中發(fā)現(xiàn)了支承墊石高度不足35cm的問題，甚至導(dǎo)致防落梁擋塊無法安裝。墩臺施工時(shí)，標(biāo)高控制失誤，墩臺頂面超過了設(shè)計(jì)標(biāo)高，而梁底標(biāo)高是固定的，從而導(dǎo)致支承墊石高度不足，防落梁擋塊難以正常安裝。通常情況下支座使用壽命較短，在運(yùn)營期間進(jìn)行支座調(diào)整和更換是完全有可能的。支承墊石高度不足，意味著梁底與墩頂之間的操作空間較小，給頂梁整修或更換支座帶來不便。

2.2.5 防落梁擋塊安裝位置不正確

防落梁擋塊與支承墊石側(cè)面間隙允許范圍是20～40mm。檢查中發(fā)現(xiàn)了防落梁擋塊與支承墊石側(cè)面間隙過大或過小的問題，原因是防落梁擋塊預(yù)埋鋼板定位不準(zhǔn)確。防落梁擋塊的用途是在地震時(shí)防止橫向落梁，與支承墊石側(cè)面間隙過大則會影響其抗震效果，間隙過小甚至頂死則會影響梁體自由伸縮。

2.3 墩臺典型問題

2.3.1 墩臺裂縫

檢查中發(fā)現(xiàn)墩身普遍存在裂縫問題。引起墩臺裂縫的主要原因是大體積混凝土的溫度應(yīng)力。

2.3.2 墩臺頂面未設(shè)置排水坡

檢查中發(fā)現(xiàn)墩臺頂面無排水坡，以致雨季墩頂積水的問題。若墩頂無排水坡，則易造成積水，水滲入墩頂裂縫中，在冬季結(jié)冰膨脹，導(dǎo)致裂縫擴(kuò)展得更長更寬。

2.3.3 墩身混凝土澆筑質(zhì)量不達(dá)標(biāo)

該類問題主要有：墩身蜂窩麻面、墩身下部混凝土局部離析；墩身表面出現(xiàn)砂線、風(fēng)化、剝落；墩身露筋、保護(hù)層厚度不足40mm。墩身下部混凝土局部離析是由于混凝土澆筑高度過高、振搗不實(shí)，粗骨料粒徑過大、比例過高，膠凝材料和細(xì)骨料的含量偏低，各組料間的粘聚力不足以抵抗粗骨料下沉，粗骨料與砂漿相互分離，沉積到墩身下部。混凝土離析造成墩身表面出現(xiàn)砂線、骨料和鋼筋外露等現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降，影響結(jié)構(gòu)承載力。

3 問題整治措施探討

3.1 裂縫問題整治探討

3.1.1 梁體裂縫整治探討

對于細(xì)而密的裂縫，可用噴漿或抹漿的方法處理，也可涂一層環(huán)氧樹脂砂漿封閉。涂環(huán)氧樹脂砂漿前，應(yīng)先用鋼絲刷去除裂縫附近混凝土表面的灰塵和污垢，并用丙酮擦洗。

對于一般的表面裂縫，可沿裂縫鑿槽，用壓縮空氣吹除灰塵并刷干凈后，先涂一層環(huán)氧樹脂砂漿，再用環(huán)氧樹脂砂漿或環(huán)氧膩?zhàn)幽佈a(bǔ)平整。

對于數(shù)量較多且深度較深的裂縫，或混凝土內(nèi)部有空隙時(shí)，可采用壓注環(huán)氧樹脂砂漿或水泥漿的方法進(jìn)行處理：壓注前，先在混凝土表面鉆好孔眼，通過灌注孔，利用風(fēng)壓把環(huán)氧樹脂砂漿或水泥漿壓入混凝土內(nèi)部填滿裂縫，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性。

環(huán)氧樹脂砂漿對混凝土有高度的黏合性能，不但強(qiáng)度高、黏結(jié)力強(qiáng)，而且具有防水和耐腐蝕等特性，故已被廣泛用于修補(bǔ)混凝土裂縫及內(nèi)部空隙，實(shí)踐證明效果良好。

3.1.2 墩臺裂縫整治探討

對于墩臺頂部易積水處的網(wǎng)狀裂縫，一般采用封閉涂裝。

對于寬度較小且趨于穩(wěn)定的裂縫，可進(jìn)行壓灌修補(bǔ)整治。

當(dāng)混凝土表面風(fēng)化、剝落，裂縫細(xì)而密且面積較大時(shí)，可采取表面補(bǔ)強(qiáng)措施，常用的方法是采用掛網(wǎng)噴射水泥砂漿、鋼纖維水泥砂漿和碳纖維等進(jìn)行修補(bǔ)加固。

對于寬度較大且有發(fā)展趨勢、上下貫通、左右前后對稱的受力裂縫，應(yīng)查明原因，采取相應(yīng)的加固措施，如軀體包箍、局部翻修、壓漿注膠等。

3.2 混凝土澆筑質(zhì)量不達(dá)標(biāo)問題整治探討

3.2.1 混凝土蜂窩整治探討

對于小蜂窩，洗刷干凈后，可用1∶2或1∶2.5水泥砂漿抹平壓實(shí)；對于大蜂窩，則需鑿去蜂窩處薄弱松散顆粒，刷洗干凈后，采用耐久性高強(qiáng)修補(bǔ)料進(jìn)行仔細(xì)填塞搗實(shí)；對于較深蜂窩，如清理困難，可埋入壓漿管、排氣管，表面抹砂漿或灌筑混凝土封閉后，再進(jìn)行水泥壓漿處理。

3.2.2 混凝土保護(hù)層厚度不足整治探討

當(dāng)一般位置的混凝土保護(hù)層厚度不足，可采用抹水泥砂漿來處理。若抹灰層厚度較大，可先掛鋼絲網(wǎng)，抹灰前刷一遍結(jié)構(gòu)膠，再抹灰，以避免抹灰層空鼓、開裂。

當(dāng)梁體頂板底面或底板底面混凝土保護(hù)層厚度不足，可采用環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行修補(bǔ)加固處理，施工流程為：①鑿除疏松的混凝土表層直至堅(jiān)實(shí)面，用壓縮空氣清除松動(dòng)顆粒和粉塵，使骨料外露→②用鋼絲刷去除鋼筋表面銹蝕層，涂刷鋼筋防銹劑→③在處理好的混凝土基面上用毛刷均勻地涂刷底層基液→④待底層基液初凝（表面不流動(dòng)，指觸拉絲）時(shí)，用抹刀涂抹環(huán)氧樹脂砂漿，涂抹時(shí)要邊壓實(shí)邊抹光→⑤養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié)語

商合杭鐵路橋梁設(shè)備提前介入檢查工作的開展，幫助工程單位發(fā)現(xiàn)施工中的質(zhì)量問題，從而在后續(xù)施工中作出了相應(yīng)調(diào)整。再次檢查新設(shè)備時(shí)，同樣或類似的問題得到了大幅減少，這證明提前介入工作已取得實(shí)效。同時(shí)，此項(xiàng)工作也為施工單位和設(shè)備管理單位交流學(xué)習(xí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提供了良機(jī)，可為高鐵橋梁的施工和養(yǎng)修積累經(jīng)驗(yàn)。