益湛线圬工桥梁梁端混凝土裂损病害整治.pdf

第 2 0 卷第 1 期 2 0 1 5 年1 月 铁 道 运 营技 术 Ra i l wa y O p e r a t i o n Te c h no l o g y V o1 21 N o 1 l a n 20 15 益湛线圬 工桥梁梁端混凝土裂损病 害整治 黄子龙 ，唐忠富 ，唐祖好 ，赵 燕 ( 南 宁铁路局桂林工务段 ，工程师 ，广西桂林5 4 1 0 0 1 ) 摘 要 ：本文对南宁铁路局桂林工务段管内益湛线混凝土桥梁梁端混凝土裂损病 害进行 了研究 ，分析了混凝 土桥梁梁端混凝土裂损的成因。提出了将 梁端 上部 横隔板加厚 至 0 8 7 m及采用新 材料新 工艺的整治 方案 ，增加了梁体 的横 向刚度及局部强度 ，该整治方案解决 了因梁端混凝土裂损影响构件局部乃至 整个结构的性 能危及行车安全的问题 ，并 有效地节约 了成本 ，减少了混凝土 浇水养护 的工作量 ，提 高 了整治效率 ，确保 了施工质量 ，为今后类似病害 的整治提供了借鉴。 关键 词：圬工梁 ；梁端 ；裂损 ；加厚横隔板 ；整治工艺 中图分类号：U 4 4 5 7 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 6 8 6 8 6 ( 2 0 1 5 )O 0 1 2 - 0 4 桂 林 工务 段共 有 桥 梁 2 7 7 座 1 1 4 0 孔 ， 其 中圬 工 桥 有 2 5 7 座 1 0 8 5 孑 L 。 近年 来 ， 经 检查 发 现 约 有 1 3 的圬工 桥梁存 在 着局部 裂纹 、 压 溃 、 掉 块露筋 等 不 同 程度的梁体裂损问题 ， 其中以益湛线“ 专桥( 0 1 ) 2 0 5 1 图 ” 后 张 法 预应 力 混凝 土梁 的梁 端 混凝 土 裂 损较 为 突 出 。经 统 计 桂 林 工 务 段 管 内益 湛 线 “ 专 桥 ( O 1 ) 2 0 5 1 图” 后张法预应力混凝土梁有 2 9 孔梁端存在较 为严重的裂损病害 ， 若不及时加 以整治 ， 随着病害的 进一 步 发 展 和积 累 ， 必 将影 响 构件 局 部乃 至 整 个结 构 的性能 ， 危及 行 车安全 。 因此 ， 研 究导致 圬 工梁梁 端混 凝土 裂损 的成 因 ， 制定 有 效 的整 治方 案 ， 显得 尤 为重 要 。 1 病 害概况 益 湛 线 共 有 “ 专 桥 ( 叭 ) 2 0 5 1 图 ” 后 张 法 预 应 力 混 凝 土梁 8 4 8 孔 ， 其 中 2 9 孑 L 梁 体 端 部存 在 较 为严 重 的 的碎 裂 、 掉 块 等 病 害 。 如 k 6 2 3 + 7 7 8 松 娥 一 号 大 桥 第 4 孔 梁 南 端左 侧 上 翼 缘 内侧 开裂 ， 局部 压 溃 达 8 2 e m x 3 8 c mX I 6 c m； k 6 1 3 + 4 2 9 深 冲特 大桥 第 3 6 孔 梁南端左侧上翼缘内侧梁体碎裂 ， 混凝土掉块7 0 o mX 3 0 e mx 1 6 c m， 列 车通 过 时裂 损 处 的挠 度 达 1 0 m m。 上述 桥梁 呈现 出共性 特征 为梁 端横 隔板 上翼缘 抗剪 及抗 弯 能力 较 弱 ， 存 在 不 同程 度 的碎 裂 、 掉块 、 露筋 等 现象见 图 1 所示 。 1 2 图 1 梁端 出现碎裂、 掉块 、 露筋实图 2 成 因分 析 造 成梁端 裂损 病 害的 主要原 因体 现在受 力 变化 和 构件 局部 弱化 两个方 面 。受力 变化 主要是 建设 时 期 铺 轨施 工 单位 在 采 用铺 轨 机铺 轨 时 ， 对 轨 枕压 梁 端 、 钢 轨接 头 在 梁 端前 后 2 m内会 引起 梁 端受 力 变 化 这 一情 况 未 予重 视 ； 施 工单 位 在 铺碴 时 采 用推 土 机 、 挖 掘机 等机械 野蛮 作业 ， 造成 梁端 混凝 土机 械损 坏 ； 运 营后 线路 、 桥梁 某 些养 护 工 作不 当或 不及 时 ， 导致桥 上线 路轨 道不 平顺 ， 造成 梁端 冲击 力增 大 ， 加 剧梁端破损。构件局部弱化主要是设计对施工可能 引起 的受力变化预见不足 ， 在翼缘抗剪能力和刚度 未进行补强所致 。造成梁端裂损病害的原 因主要体 现在 以下 5 个 方 面 。 2 1 轨 枕 压 梁 端 桂 林 工 务 段 管 内 益 湛 线 共 有 益湛 线圬 工桥梁 梁端 混凝 土裂 损病 害整 治 1 0 5 座 桥 6 4 2 孔 梁存 在 轨 枕 压 梁端 问题 ， 占管 内“ 专 桥 ( 0 1 ) 2 0 5 1 图 ” 后 张 法 预 应 力 混 凝 土 梁 总 数 量 的 7 5 7 。由于轨枕压住梁端 ， 致使梁端混凝土 因集 中剪应力或弯矩的作用产生碎裂。 2 2 钢 轨 接 头病 害 铁 路 轨 道设 计 规 范 第 5 0 9 条 要 求 ， 桥 梁 端 部 前 后 2 m范 围 内 不 应 有 钢 轨 接 头 。但现场检查发现益湛线 8 4 8 孔“ 专桥( 0 1 ) 2 0 5 1 图” 后 张 法 预应 力 混凝 土 梁有 3 2 孔 在 梁 端 2 m范 围 内存在 厂 焊 接头 。这些 厂焊 接 头均 存 在 0 3 mm以 上 的偏 差 ， 其 平直 度不 符合 铁路 轨道 工程施 工质 量 验收标准 要求 ， 从 而造成梁端处冲击力大增 ， 加剧 了梁 端 的 冲 击破 坏 。如 k 5 2 1 + 2 6 5 城 塘大 桥 第 4 孔 梁 体 北 端 右侧 上 翼 缘 裂损 掉 块 达 2 2 c mx 3 5 c mx 5 c m， 检 查线 路 距梁 端左 股 1 - 3 m、 右股 1 6 m钢 轨各 有 一 个 厂 焊 接 头 ， 轨 面 平 直 度 检 查 1 m范 围 内存 在一 0 3 2 m m的低洼。 2 3 施工 不 当 由于 施工 单 位 在铺 碴 时 往 往 采用 推 土机 、 挖掘机 等 机械作 业 ， 易造成 梁端 混凝 土机 械 损坏 ； 或因桥上道床厚度不足， 大型养路机械捣固作 业 碰压 梁体 而致其 裂损 ； 又或 因梁 端 的挡碴 板破坏 、 挪位 ， 造 成道 碴从 梁端漏 出 ， 梁端处 线路 因缺 碴 而形 成 吊板 ， 使 梁端 所 承受 的冲击 力 增 加形 成 裂损 。如 k 6 0 9 + 5 0 0 蛇儿头大桥因机械损伤造成第 1 0 孔北头 左 侧 上 翼 缘 开裂 长 6 5 c m， 上 部 混 凝 土 掉 块 露 筋 长 3 0 c m宽 5 c m。 2 4线桥 养护 不 当 线 路 、 桥梁某 些 养护 工作 不 当 或不及 时 ， 使得 桥上 线路轨 道不 平顺 ， 造成 梁端 冲击 力增 大 是 另一 个 不可 忽 视 的原 因 。如 k 4 8 4 + 1 6 2 赖 家特 大桥 第 9 孔南 侧梁 端 挡碴 板 因机 械施 工造 成变 形 翘起 ， 桥 梁 养 护人 员 未及 时 对 挡碴 板进 行 校 正或 更 换 ， 造成 梁 端 大量 石 碴受 列 车 高速 运 行 的反 复振 动作 用从 板下 漏到 桥 台面 ， 线 路 因缺碴 而形成 空 吊 ， 进而造成梁端左侧掉块 1 3 c m 1 1 c m 1 4 c m， 右侧掉 块 1 7 c m 7 c mx 9 c m。个 别梁 端处 线路 养护不 良 ， 轨 下 垫板 厚 度达 3 5 mm， 扣 件 无法 有效 形成 扣压 力 ， 造 成 轨 道不 平 顺 ， 加 剧 了列 车 对梁 端 的 冲击 破 坏 。如 k 3 6 4 + 4 2 0贤水河大桥第 7 孔北端右侧横 隔板顶端 一 条斜竖 向裂纹宽 0 2 mm， 长 0 7 m， 裂纹内有水渗 出 。 2 5构 件局 部弱 化 虽 然 设 计检 算 梁 端 横 隔板 的 强 度 及 刚度 均 达 到要 求 ， 但 设 计对 施 工 时轨 枕压 住 梁端 、 梁端存在接头病害以及梁端处线路养护不 良 等不利 因素考虑不周 ， 未在梁端这一薄弱之处予 以 加强 。 “ 专桥 ( 0 1 ) 2 0 5 1 图” 设计 梁 端 上端 横 隔板 的厚 度 为 0 5 m， 高 为 0 5 5 m， 梁 端 横 隔 板 与 梁 中横 隔 板 尺寸 相 同 ， 截 面惯性 矩一 致 ， 而梁端 横 隔板距 梁端 有 宽 0 3 7 r n ， 厚 0 1 6 m的翼 缘 ， 由于这一 翼缘 抗剪 及 抗 弯强度较弱 ， 易受集中力或弯矩作用产生裂纹及溃 损 等病 害 。 3 整治 方案比选 对 如何 处理 混凝 土桥 梁梁端 混凝 土裂 损病 害提 出 了 以下 4 个 方 案 ， 并 通 过 实 践对 这 些 方 案 的利 弊 和可 行性进 行 了分析 比选 。 3 1 调 整 桥 面 轨枕 间距 为 防止 轨枕 压 梁 端 以控 制裂 损 病害 的发 展 ， 拟 对 已产生 严重 病 害 的 2 9 孑 L 梁 端 轨 枕 进 行 了调 整 ， 控 制 轨 枕 边 缘 距 梁 端 不 少 于 1 5 c m， 从而减少梁端的剪应力或弯矩。由于现场轨 枕压 梁端 数量 较 多 ， 若全 部调 整梁 端轨 枕 间距 ， 其 工 作量 巨大 ， 所 需施 工天 窗较 多 ， 对 行车 秩序 造成较 大 影 响 ， 而 且 轨道 铺 设采 用 大 型铺 轨 机作 业 是一 种 发 展 趋 势 ， 要 想在 铺 轨 阶段 精 确控 制 轨枕 在 梁 端 的位 置 或通 过后 期调 整桥 面轨 枕 问距 来彻 底解 决轨 枕压 梁 端 问题 ， 则 不 太现 实 。 3 2综 合 整治 线 路 病 害 为 减 轻线 路 不 良对梁 端 裂损 病 害 发展 的影 响 ， 我们 对 梁 端存 在 的钢 轨 接头 病害采取打磨顺坡或插入短轨等方法 ， 及 时消灭了 梁端 接 头 病 害 ； 对 梁 端 漏碴 的挡 碴板 也组 织 人 员专 门进 行 了进行 校 正 或更 换 ； 对 桥 上超 厚 垫板 地 段进 行 了集 中整治 ， 加 强 了梁 端线 路 的起捣 ， 保持 线路设 备 质量 状 态 良好 ， 以减 轻 梁端 冲 击应 力 。通过 这 些 举 措 ， 对 延 缓 梁 端 裂 损 病 害 发 展 起 到 了较 好 的 效 果 。到 目前 为止 ， 通过 改善线 路设 备后 ， 梁端 病 害未 见 继续 发 展 。但 这 一 整 治措 施 并未 彻 底解 决 问题 ， 梁 端裂 损病 害仍 需通 过其 他手段 解决 。 3 。 3梁端裂损病害修补 按现有桥梁病害通常整 治 方法 ， 对梁 体局 部小 范 围压溃病 害 ， 需对压 溃部 位 1 3 第 2 O 卷第 1 期 2 0 1 5年1月 铁 道 运 营技 术 Ra i l w a y Op e r a t i on Te c hn o l og y V0 1 21 N O 1 J a n 20 1 5 进行清除 ， 辅以环氧树脂砂 浆进行修补 ； 对梁体裂 纹 ， 则 往 往 采用 碳 纤维 布 补强 。但 对梁 体 溃损 面积 较 大 、 裂 缝影 响范 围较 深 ， 采 用上述 办 法整治 效果 不 太 明显 。 3 4增 加 梁 端 翼 缘 的 横 向 刚 度 查 询 “ 专 桥 ( 0 1 ) 2 0 5 1 图 ” ， 其 梁 端 上端 横 隔 板 的长 度 为 1 5 6 I n ， 厚 度 为 0 5 n l ， 高 为 0 5 5 m， 横 隔 板 距 梁 端 上 翼 缘 宽 0 3 7 1T I ， 厚 0 1 6 m。梁 端 裂 损 的 病 害 大 多 产 生 在 上 翼缘处 ， 因此考虑增强上翼缘的横 向刚度及局部强 度 ， 将 梁端 上部 的横 隔板 加厚 0 3 7 1 T I ( 相 当于增 强梁 端 翼缘 原 有 刚度 的 2 0 倍 ) ， 以解决 上 翼缘 厚度 、 刚度 不 足 的问题 。而要 增加 梁端 翼缘 的横 向刚度 及 局部 强度 ， 可通 过 以下 两种 途径 实现 ： 一是 采用 预制好 的 钢筋混凝土横隔板块 ， 在既有梁的腹板钻孔 ， 然后布 置 预应 力 筋 进 行 张拉 。这 一 方 法 的缺 点 是 施 工 困 难 ， 需搭 设 脚手 架 施工 ， 造价 高 ， 而 且 张拉 过 程不 好 控 制 ， 对 行 车 的干 扰较 大 。二是 现 浇加 厚 梁 端横 隔 板 ， 对翼缘压溃部位砼进行清除 ， 将新增横隔板通过 钢筋 与原 横 隔板及 T梁 内侧上翼 缘 、 腹 板连 接 ， 在梁 端支模 ， 现 场浇 筑砼 即可 。这一 整治 方案施 工 简便 ， 一 剖 面 I I剖面 整 治 工 作 量 少 ， 所 需 费用 不 多 ， 对 行 车 干 扰 影 响 不 大 ， 是 为行之 有效 又简单 易行 的方 案 。 4 整治工艺 要 彻 底解 决 梁 端裂 损 病 害 ， 不仅 要 修 复 原有 裂 损 病害 ， 还应 解决 翼缘抗 剪 及抗 弯强度 不足 的 问题 ， 并 应尽 量减少 对行 车 的干扰 ， 快速 、 优 质 、 价 廉 、 便 捷 地修复裂损处所 ， 使 之达 到或恢 复原有 的强度 、 刚 度 。经过 比较 ， 决定采用现浇加厚梁端上部横隔板 进 行整 治 ， 其整治 工艺 主要 包括 钢筋 布置 、 材料 选用 及 质量 控制 3 个 方 面 。 4 1 钢筋 布 置考虑 到横 隔板距 梁端 0 3 7 m， 将 梁 端上部 的横隔板加宽 0 3 7 m， 以增加桥梁梁端的横 向 刚度及 局 部强 度 。新 增 的横 隔 板通 过 5 根 q b 2 0 螺 纹钢 筋 锚 固在 原 上 横 隔板 上 ， 4 根 中1 6 螺 纹 钢 筋 锚 人 梁 端上 翼 缘 ， 并通 过 1 2 根 1 6 的螺 纹钢 筋 锚入 梁 的腹板 ， 锚 固深度分别为 3 0 c m、 1 0 c m， 其它钢筋 的 布 置按 “ 专 桥 ( 0 1 ) 2 0 5 1 一 一 1 0 图 ” 布 置 。具 体 加 宽 尺寸及 钢 筋布置 详见 图 2 、 图 3 。 剖 面 1 ： 4 0 8 图 2梁 端 剖 面 图 图 3新增横 隔板布筋图 4 2 材 料选 用 由于梁 端 空 隙较少 ， 模板 安装 后混 凝 土 不易 灌 筑密 实 ， 而 且 受普 通 混凝 土 收缩 及 列 车 通 过 时振 动 的影 响 ， 新 旧混凝 土 结合 部 位 易产 生 收 1 4 锚人原隔板 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 _ 。 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - N1 j N3 鱼 1 6 一 剖面 二 上冀缘 N3 鱼 1 6 N1 鱼 20 3 0 0 缩 裂纹 。而 益湛 线桥 梁 选 址大 多 数较 为 偏 僻 ， 且 旱 桥 见多 ， 修复 梁端 裂损处 所 的混凝 土材 料运 输 、 工程 用水均存在一定 的困难 ， 故在选材上不仅要考虑强 益 湛线圬 工 桥梁梁 端混 凝土 裂损 病害整 治 度要 求 、 新 旧混 凝 土结合 处无 收缩 ， 还要 考虑 减少 浇 水 养 护 的问 题 。为 此 ， 采 用成 都 纽维 逊 牌高 强 无 收 缩灌浆料及混凝土养护剂进行整治 。该材料为平灌 自流 型材 料 ， 5 m i n 发热 ， 3 0 mi n 凝 固 ， 可在 较 短 的天 窗时 间 内完 成作 业 ， 其 养 护剂 在 拆 除模 板后 在 混 凝 土表 面进行 喷涂 ， 不需 进行 浇水养 护 。 4 3质 量控 制 4 3 1 流 程标准对 梁端原 砼 表面及 模板 处理 时要 求不得有碎石 、 浮浆 、 灰尘 、 油污和脱模 剂等杂物。 灌浆 前 2 4 h ， 梁体 表 面应充 分湿 润 。灌 浆前 1 h ， 应 吸 干 积水 。灌 浆 料 按原 料 重 量 的 1 2 1 4 的 加水 量 加水 搅拌 ， 水 温 以 5 4 0 C 为宜 。采用 机 械搅拌 时 间 一 般 为 1 2 m i n ； 采 用人 工 搅 拌 时 ， 宜 先加 入 2 3 的 用 水量搅 拌 2 m i n ， 然后 加入 剩余 用水 量继 续搅 拌 至 均匀。浆料应从一侧灌人 ， 直至另一侧溢出为止 ， 以 利 于排 出模板 中的空气 ， 使灌 浆充 实 ， 不 得从 四侧 同 时 进 行灌 浆 。 在灌 浆过 程 中不宜 振 捣 ， 必要 时可 用 竹 板条 等进行 拉动 导 流 。在 灌浆施 工 过程 中直 至脱 模 前 ， 应 避 免灌浆 层受 到振 动 和碰撞 ， 以免损 坏 未结 硬 的灌 浆层 。 4 3 2养 护 标 准灌浆 完 毕 后 3 0 rai n内 ， 应立 即喷 洒 养 护 剂 或覆 盖 塑料 薄 膜 并 加 盖 岩 棉 被 等 进 行 养 护 ， 或 在灌 浆 层终 凝 后立 即洒水 保 湿 养护 。冬季 施 工 时 ， 养护 措施 还应 符合现 行 钢筋混 凝 土工程 施工 验 收规范 的有 关规 定 。 5 整 治 效 果 2 0 1 1 年 1 0 月 ， 桂林 工务 段按 上述 整治 方案 及 工 艺 对益湛 线 K 6 1 3 + 4 2 9 深 冲特大 桥第 3 6 孔梁 南端 上 翼缘 病 害进行 了整 治 。该 孔桥 梁南 端 的上翼 缘 内侧 混 凝 土 掉 块 长 7 0 c m， 宽 3 0 c m， 厚 1 6 c m， 列 车 通 过 时裂损处 的挠度达 1 0 m m。整治完成后 ， 对该桥整 治 处所 的挠 度 进行 检 测 ， 共 检 测 6 列 客 车 、 4 列 货 车 通 过 时 的挠 度 ， 挠度 均 为 0 m m。在整 治 后 1 个 月 内 每 天于 列车通 过 时进行 观测 ， 其后 每 月观测 ， 原裂 损 处挠度无超限， 无渗水流浆现象 ， 达到了预期 的效果 见 图 4。 图 4梁端 裂损病害整治后效果 6 结束语 通 过将 梁端 上横 隔板加 厚 至 0 8 7 m的措 施来 整 治 梁端 裂损 病害 ， 不仅 增加 梁端 横隔 板横 向刚度 ， 还 补强预了应力结构 的整体强度 ， 较好地解决了受力 变 化 和构 件 局 部 弱 化 造 成 的 梁 端 裂 损 病 害 。 2 0 1 4 年 3 月 1 3日， 南 宁铁 路 局科 委 办组 织 有关 专 家 对这 一 研 究 进行 了评 鉴 ， 认 为此 方 案采 用 高强 无 收 缩混 凝 土及 混凝 土养 护剂 ， 有效 地 解决 了梁端 混 凝 土灌 筑密 实及 收缩 裂纹 、 新老 混凝 土结合 问题 ， 拆模 后 喷 涂养 护剂 进行 养护 ， 提高 了整 治效 率 ， 降低 了劳动 强 度并确保了养护效果 。整治方案具有施工简便 ， 整 治 时对行 车秩 序影 响少 ， 整治 费用 不多 等优 点 ， 为行 业 内解决 桥梁 同类 病 害提供 了新 的实 践范例 。 ( 上接 第 1 1页 ) 参 考 文献 ： 1 孙建 明 贯通线 全电缆线路 中性点接地方式 的选择 J 铁 道 工 程 学 报 ， 2 0 1 0 ( 6 ) ： 8 7 9 0 2 刘敬 1 0 k v电力 贯通线 的电容效应 问题 J 福 建电力与 电上 ， 1 9 9 5 ， 1 5 ( 2 ) 1 6 1 7 3 白俊 大一准电气化铁路 1 0 k V配电系统电容 电流分析 J 内蒙古电力技术， 2 0 0 3 ， 2 1 ( 3 ) ： 4 3 4 4 4 L H e i n h o l d ， R S t u b b e 电力 电缆及 电线 M 门汉 文 ， 崔 国 璋 ， 王海 译 北 京： 中国电力 出版社 ， 2 0 0 1 ： 4 0 2 5 陈国林 铁 路 1 0 k V电力 贯通线 的实践与分析 J 山西电 力 技术 ， 1 9 9 7， 1 7 ( 3 ) ： 2 1 2 4 6 T B 1 0 0 0 0 8 2 0 0 6 ， 铁 路 电力 设 计 规范 S 中国铁 道 出 版 社 ， 2 0 0 7 7 王学明 并联电抗器在长 电缆 电力贯通线电容电流补偿 中 的应用 J 上海铁道科技 ， 2 0 1 0 ， 3 2 ( 1 ) ： 1 2 2 1 2 3 8 王颢 ， 等 青藏铁 路电缆贯通线并联 电抗器补偿方式研 究 J 铁道工程学报 ， 2 0 0 8 ( 8 ) ： 6 7 7 O 9 颜秋 容 ， 刘欣等 铁路 1 0 k V电缆贯 通线 电容 电流补偿 度 研究 J 铁道学报 ， 2 0 0 6 ( 2 ) ： 8 5 8 8 1 O 江南 ， 谢聿 琳 ， 等 电缆架空线 混合线路重合 闸投切 方式 J 电力系统 自动化 ， 2 0 1 0 ， 3 4 ( 3 ) ： 1 1 2 1 1 4 15