中小跨铁路桥梁并置梁加固
2015-07-06
一、引言
为实现快速、安全、舒适的交通运输质量，近年来我国铁路实施了分批分级的提速计划。铁路线路客运允许速度从1OOkm／h，逐步提高到120km／h、140km／h、160km／h和200km／h，与此同时，货运由50km／h逐步提高到60km／h、80km／h、90km／h和1OOkm／h。桥梁的振动一般由环境激励以及人为激励引起。中小跨度的桥梁一般考虑人为激励影响为主。铁路桥梁由于人为激励源是列车, 不仅垂直方向振动大, 而且蛇行波等引起的激励使水平方向的振动也非常大。横向振动会导致脱轨的严重后果。因此,如何避免发生共振现象是非常重要的。同时在既有线上存在相当一部分中小跨低高度混凝土梁，它们是由两片之间没有横向联结的梁组成。由于这些无横向联结双片并置的铁路梁，空间整体工作性能差，横向刚度弱，在高速行驶列车的作用下，梁体产生较大的斜弯曲，同时，车辆转向架的蛇行运动激励又将引起桥梁横向振动的加剧，从而导致桥梁横向振幅增大，而桥梁的横向振幅是判断横向刚度的一项重要指标，当横向振幅超出《铁路桥梁检定规范》的参考限值时，将严重影响提速后列车正常运营的安全性和舒适度。此外，在无横向联结的低高度混凝土梁上进行大修(如换枕)施工时，若在人行道上增加荷载，将会降低梁体的初始倾覆稳定系数，可能导致梁体的横向倾覆失稳，由此引起的重大事故在京广线某桥的大修施工中已有发生。《铁路桥涵设计基本规范》规定，梁体横向倾覆稳定系数不应小于1．3，是没有考虑支座缺陷和变形的，若同时存在支座缺陷或采用平板橡胶支座时，这些梁体横向倾覆失稳的危险性将更为严重。
因此横向并置梁加固成为既有线中小跨度桥梁维修主要工法
二、并置梁加固工法特点
1、施工中，多工序平行作业，可充分利用空间，工期短。
2、以横向张拉作为基准点，通过解决小体积混凝土施工和管道压浆技术两个问题，确保了质量。
3、工法简单，便于操作，投入的机械设备少。
4、钢模板通用性强，制作简易，成本低。
5、工艺简捷，施工过程基本不影响后序工程施工和使用。
三、梁体横向加固施工工艺
（1）搭设作业平台（也称吊栏）
根据施工现场尺寸专门设计加工了一套用于焊接桥梁和桥梁横向联接施工的吊栏装置，经过实际操作，这套吊栏装置既方便了桥梁横向联接施工又保证了施工人员安全，且拼装和拆除十分方便。
（2）凿除横隔板
采用电锤钻机凿除既有梁体内侧横隔板,并在新旧混凝土结合部位将梁体表面凿毛至露出石子,用水清洗干净,以使新旧混凝土连接牢固。凿除横隔板时应注意保留隔板内钢筋。横向预应力筋两端锚固部位的梁体外表面要进行打磨,以便锚具垫板与既有梁体密贴。
（3）测量钻孔位置
根据设计图纸及施工规范要求,测量出钻预应力钢筋孔的位置,再使用电子探测仪器探测钻孔处钢筋的情况,如果钻孔的位置有钢筋,则适当调整钻孔的位置,但移动距离不宜大于50 mm。调整孔位时兼顾到两片梁对应部位的预应力钢筋孔同时移动,以保证两片梁的孔位在同一轴线上,且轴线垂直腹板。
（4）钻孔
预应力筋孔位经过钢筋探测仪探测和调整后,用钻机钻预应力钢筋孔道,钻孔机用固定支架固定,钻孔中避免损伤预应力筋与主筋,并保证钻孔的水平度和垂直度,同时注意使两片梁的钻孔中心在同一直线上。钻孔完成后,孔内用水清洗干净。
（5）钢筋绑扎、安装预应力钢筋及波纹管
在预应力钢筋孔以及新旧混凝土结合部位表面凿毛完成后,在梁片之间撑上方木,安装好模板底板。将保留的横隔板主筋与新梁主筋用电焊焊接,然后按照钢筋设计布置图绑扎钢筋,同时安置波纹管,然后将预应力钢绞线安装在波纹管内,使预应力钢绞线垂直于梁片,最后将其用张拉锁定固定。
（6）安装模板
按横隔板的设计尺寸制作定型组合模板。模板具有足够的强度、刚度和稳定性,能安全可靠地承受混凝土的重力、侧压力;模板表面平整、接合严密并便于拆卸;立模时留天窗,便于混凝土入仓。
（7）浇注混凝土
混凝土采用机械搅拌并加入早强型减水剂,人工灌注,小型振捣棒振捣。混凝土所用水泥为525普通硅酸盐水泥,石子选用5～20 mm 的碎石,砂子采用中粗砂,坍落度以5～7 cm 为宜。灌注混凝土前,在新旧混凝土的结合部位喷洒专用界面粘接剂并在模板上涂脱模剂。预留孔部位混凝土修补宜采用干硬性混凝土。当养护达到一定强度后,方可拆除模板。
（8）张拉
张拉前首先进行张拉传力柱设计和制作,并对预应力钢筋进行冷拉后的时效处理。张拉工艺采用一端张拉,另一端锚具垫板外旋紧螺母。当混凝土强度达到设计值的80 %时方可张拉[1 ] ,张拉前应对千斤顶、油表、油泵进行配套标定(更换千斤顶、油表、油泵的配件后必须重新标定,配套标定。张拉时,先张拉跨中段,然后再张拉梁端段,每段两根预应力筋同时张拉。预应力筋张拉前,张拉缸需先顶出50 mm ,张拉过程中,油泵进油要缓慢平稳,当张拉力达到预定的吨位后,锁紧螺母,即可顶压回油。
（9）孔道压浆、封锚
从拌水泥浆到开始向孔道压浆,间隔时间不大于40 min 。在压浆前,水泥浆不断搅动,以防流动性降低。为保证孔道全部充浆,在水泥浆凝固前,塞子、盖子或气门不得移动或打开。水泥浆压注工作在一次作业中连续进行,并让出口处冒出废浆,直至不含水沫气体的浆液排出,其稠度与压浆的浆液稠度相同时停止(流出浆液的喷射时间不少于11 s) 。然后应将所有出浆口和孔眼封闭,压浆端的水泥浆最小压力升至0. 7 MPa ,维持10 s。最后采用细石混凝土封锚,封锚混凝土顶面做成流水坡,与既有混凝土结合部位涂刷2～3 道防水涂料。
四、 既有线铁路桥梁横向加固手段
4.1预应力筋横向张拉
其主要加固原理为在同孔两片梁体之间增设横隔梁，通过对预应力筋增加预应力，提高梁体的稳定度。其中预应力筋和原结构之间属于无粘结连接，只是在梁体外端的锚具锁定部位和原来的梁体连接，在对梁体增加少量荷载力的情况下，能较好提高梁体的稳定性与刚度。
4.2纤维布粘贴法
纤维作为加固桥梁的新型材料，其具有安全、可靠、经济使用、施工方便、综合成本低等特点，且该种方法加固后不会影响桥梁的外型美观及原结构形式，不会增加荷载力，对基础结构也没有额外的承重。纤维布粘贴法能够较好保证桥梁表面的平整，近年来得以广泛应用。
4.3钢板加固法
钢板加固法的施工相对方便，其主要施工方法是以环氧树脂砂浆为粘接剂，用锚固螺栓作为对钢板加压的工具，促进钢板粘接牢固，在与梁体间共同承受变形压力时，产生较强的拉应力与剪应力。在施工中，应注意原结构混凝土和钢板之间的粘接与锚固质量。其加固效果主要取决于施工操作水平和胶粘技术。但这种加固方法的缺点较明显，一方面会增加梁体的荷载力，另一方面钢板长时间容易产生腐蚀，需要增加防锈手段。
4.4提高惯性矩
该种施工方法主要是将截面加厚、加宽、加高，提高截面的惯性在梁体上的惯性距。在下翼缘中，每间隔一段距离进行打孔、锚固钢筋，提高新旧混凝土的结合力。提高惯性矩的施工方法简单、工艺较成熟，但是其施工的工序较多，增加了结构的荷载力与体积，难以保证施工质量。
五、质量控制
1、凿除混凝土时,混凝土风化、脱落、裂损部分应凿除彻底。
2、提高混凝土的浇筑质量,确保其达到设计强度要求,外表要光滑、平整、无蜂窝,内部要密实、均匀。
3、在既有桥梁上施钻预应力钢筋孔时,应确保两片梁的孔道在同一轴线上。
4、张拉预应力钢筋时,应严格控制张拉力,确保达到设计规定的吨位。
5、混凝土新旧结合部位施工前喷洒专用界面粘接剂,施工后涂刷防水涂料。
6、按规定制作混凝土、水泥浆试块及钢筋试件。
六、安全保证措施
1、建立现场临时用电检查及管理制度 ,确保用电安全。
2、施工人员进入施工作业面进行施工操作时必须配带安全带 ,对所发放的安全带定期进行回收检查 ,发现问题及时更换 ,以保证安全。
3、施工作业吊篮定期检查 ,作业面的周围设置安全栏杆 ,并挂设安全网 ,以防止施工人员和物资跌落水中。
4、在施工作业吊篮的安装和拆除时要注意操作人员的安全互保,互相协作。
5、预应力钢筋张拉时 ,严格按规定程序执行防止预应力钢筋拉断或锚具、 垫片弹出伤人。
6、孔道压浆时 ,施工人员应戴防护眼镜 ,以免水泥浆喷伤眼睛。
7、施工人员进入施工现场必须配戴安全帽。
七、结语
1、采用吊拦进行横向联接施工，是保证施工质量和安全，提高施工效率的好办法特别适用于高墩、长跨以及跨线桥梁的施工。
2、铁路简支梁桥分片时进行横隔板联结后，由于横向钢度较弱，在运营中出现过一些问题，根据以往经验，并结合道碴增厚、线路设备增加和列车检查情况，对梁体进行横向张拉和桥面板联接，大大提高了桥梁整体性和横向钢度，对提高速度。保证安全是十分有利的。并置梁加固施工 ,简便易行。施工中只要按照规定程序进行 ,完全满足设计及规范文件要求。经抽查检验 ,新旧横隔板间混凝土结合良好。
3、桥梁施工时，必须严格控制支座标准预埋尺寸和张拉钢筋预留孔道。
