既有铁路钢筋混凝土桥梁加固研究

蒋鹏 刘佳

随着我国铁路的跨越式发展,铁路运输量日益增大、速度逐渐提高,既有桥梁由于原设计规范不符合现行规范的标准和施工不当、自然因素等影响,无法满足目前铁路运输发展的需要。通常情况下,重新建造一座桥要花费巨大的投资,且施工耗时长。而对桥梁采用加固方法可以节省大量的投资,收到良好的经济效益。对现有老龄桥的安全状况及剩余寿命进行科学的评估,以便有计划、有步骤地采用适当的加固和改造技术措施,恢复和提高桥梁的承载能力及通行能力,延长桥梁的使用寿命,以满足铁路提速的要求,具有重要意义。

1 钢筋混凝土桥梁加固的原则

1)桥梁结构由于结构失效或损伤经评估不满足结构安全或正常使用要求时,必须进行加固。加固设计的内容及范围应根据评估结论和委托方提出的要求确定,可以包括整座桥梁,亦可以是指定的区段或特定的构件。2)充分发挥原有结构的承载能力,节省投资,缩短工期。3)加固设计应与施工方法紧密结合,并采取有效措施,保证新老结构连接可靠、协同工作。4)选取桥梁加固方案时,应根据实桥的特点,选取经济有效、设备简单、技术可靠、便于施工并能取得明显效果的加固方案。5)加固设计及施工应尽量不损伤原结构,并保留具有利用价值的构件,避免不必要的拆除或更换。6)加固施工应在尽量不中断或少中断交通的情况下进行,加固改造材料应性能良好,养护工作量应尽量减少。7)加固施工过程中,应采取安全监测措施,确保人员及结构安全。8)加固后的桥梁在使用荷载作用下,结构体系各部分的强度、刚度和裂缝,均应符合现行设计规范的要求,耐久性也应满足要求。

2 钢筋混凝土桥加固的方法

钢筋混凝土桥梁加固的方法很多,对于上部结构加固方法主要有增大截面加固法、粘钢加固法、碳纤维加固法和体外预应力加固法等;对于桥梁墩台墩加固方法主要有增大截面加固法、碳纤维加固法、包箍植筋加固法等;对于基础的加固方法主要有基础换填加固法、扩大基础加固法、增设钻孔桩加固法等。

3 既有铁路钢筋混凝土桥梁加固实例

北京市郊铁路提速改造工程京包下行线某中桥为6×10 m+2×12 m简支 T梁,建于建国初年,主梁性能良好,但梁部无横向连接,桥梁在行车过程中截面存在斜弯曲现象,而且两片梁横向振动有相位差,横向位移超过《桥梁检定规范》的参考限值,有可能造成桥上脱轨事故,已不能满足铁路提速的要求。针对主梁性能良好但横向联系薄弱、结构整体性差等情况,为保证高速行车的稳定性和安全性、提高舒适度、尽量减少因更换桥梁带来的经济损失,本桥加固方案通过对该混凝土梁梁部增设横隔板及横向预应力加固,墩身采用植筋包箍混凝土加固粉化裂缝部分,基础采用增设树根桩提高基础承载力,使加固后的桥梁能保证列车提速后安全通行。

3.1 梁部加固

在两片预应力梁间增设3块横隔板,跨中和两端各一块,混凝土等级C50。对横隔板施加预应力,横向预应力筋采用强度为1 860 MPa的无粘结钢绞线,张拉控制应力为0.75fpu,使用外加螺母的夹片式锚具锚固,控制预应力筋的回缩量在2 mm以内,以免预应力损失过大。梁端侧向限位装置设计:梁端限位装置为型钢混凝土实体墩,混凝土强度C50级,型钢采用20a工字钢,立柱与斜撑均用两根工字钢并排焊接,且下部埋入墩帽不小于200 mm,实体墩与梁侧向间隙采用GJZ板式橡胶支座加钢板塞紧,GJZ板式橡胶支座要求:橡胶层厚度5 mm,钢板层厚度2 mm,尺寸为200 mm×300 mm,橡胶支座厚度为35 mm。

3.2 墩身包箍植筋加固

墩身外包C30混凝土20 cm厚,采用直径20 mm的带肋钢筋进行植筋,外挂一层φ 8 mm钢筋网。施工时要求对既有桥墩加固部位表面混凝土进行凿毛处理,对原有和新设的受力钢筋应进行除锈处理,植入钢筋锚固深度要求不小于10倍钢筋直径,钻孔直径应大于锚固钢筋直径4 mm,钻孔要按设计图纸施工,采用流水作业。桥墩主筋锚固施工采用RE500锚固胶粘剂。主要施工步骤如下:1)准备:检查被植筋混凝土表面是否完好,钢筋探测核对标记植筋部位,尽量避免伤及钢筋,植筋应控制对原结构物内钢筋破坏低于15%。2)钻孔:根据钢筋直径及设计要求,根据直径对应深度打孔,检查孔径及孔深。3)清孔:利用压缩空气清孔,用毛刷刷三遍,吹三遍,确保孔壁无尘。4)注胶:首先将植筋胶直接放入胶枪中,将搅拌头旋到胶的头部,扣动胶枪直到胶流出为止,前两次打的胶不用。注胶时,将搅拌头插入孔的底部开始注胶,逐渐向外移动,直至注满孔体积的2/3即可。5)植筋:将备好的钢筋旋转着缓缓插入孔底,按照相应的固化规定时间进行安装,使得植筋胶均匀地附着在钢筋的表面及缝隙中,待其固化后再进行焊接,绑筋及挂钢丝网,浇筑混凝土等其他各项工作。

3.3 墩台基础加固

既有桥基础为扩大基础,为使不扰动既有基础,在既有基础周围增设直径0.6 m树根桩数根,在既有基础以上合适部位植筋后新浇筑1.5 m厚承台,植筋深度50 cm,保证新浇筑承台与既有基础锚固牢靠,共同承受基底反力(见图1)。水中墩基础施工时,需做好防护工作,采用筑捣后混凝土封底,必要时加钢板桩防护。

加固后纵向计算位移0.839 cm,纵向容许位移 2.449 cm,横向计算位移0.055 cm,横向容许位移1.553 cm。由此可以看出加固后桥梁的纵横向刚度、基础的承载力均有了较大幅度的提高。

4 结语

在铁路提速改造过程中采用适当的加固和改造技术措施,恢复和提高桥梁的承载能力及通行能力,延长桥梁的使用寿命,能适应现代化交通运输的需要。对既有桥梁进行加固节省了大量的投资,收到了良好的经济效益。

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