既有铁路桥损伤检测评估

段峰涛 王 涛

(中铁三局集团有限公司，山西太原 030006)

铁路是我国最重要的交通运输方式之一，由于其可靠的安全性和承载量大这两大优点，每年国家花费大量人力物力财力修建铁路，其中铁路桥梁已经占据了举足轻重的地位。随着交通事业的不断发展，为了满足日益增长的客货运输需求，列车不断提速，车辆轴重也不断提高，对既有铁路桥梁的强度提出了巨大的挑战。针对既有铁路出现的病害及未来列车对铁路桥梁的高要求，提出了对铁路桥梁主梁进行加固的方法。以某既有铁路桥进行检测为例提出加固方法。

1 桥梁检测的主要内容

既有桥梁的检测与损伤识别在20世纪50年代被提出。检测方法主要有局部检测、表观检查、静载和动力特性试验等。这些结构检测方法和评价体系指导了桥梁结构检测与评价，在工程实践中发挥了相当大的作用。在对某既有铁路桥检测时，重点观测的部位为梁体跨中截面及其附近，1/4跨径处，梁端部和横隔板。桥梁检测的主要内容包括:

1)对于混凝土梁，观测梁体混凝土表面有无裂缝、风化、剥落、破损等病害，特别是梁体跨中、支座附近部位的裂缝情况，同时检查钢筋保护层厚度及钢筋的锈蚀或盐腐蚀情况。

2)对宽度大于0.2 mm的裂缝，采用裂缝测深仪测量裂缝深度，绘制普查部位裂缝分布图，并表明裂缝的宽度和深度。

3)有横隔板的桥梁，观测横隔板处的表面情况，检查是否出现裂纹或断裂的现象。

4)混凝土梁强度检查:采用回弹法(按实测混凝土梁的碳化深度进行修正)评定梁体混凝土的实际强度，超声回弹综合法作为参考。

2 检测原理及方法

2.1 回弹法

根据TB 10426-2004铁路工程结构混凝土强度检测规程，并参照JGJ/J 23-2001回弹法检测混凝土抗压强度技术规程，所检测的各测区混凝土强度换算值fccu，i，是根据各测区的平均回弹值(Rm)及平均碳化深度值(dm)按TB 10426-2004铁路工程结构混凝土强度检测规程附录G查表得出。测试在事先划定的测区内进行，每一构件测区数不少于10个，每个测区设16个回弹点，相邻两点的间距一般不小于30 mm，一个测点只允许回弹一次，最后从测区的16个回弹点中分别剔除3个大值和3个最小值，余下10个有效回弹值的平均值作为该测区的回弹值。当结构或构件的测区数不少于10个或按批量检测时，混凝土强度推定值(fcu，e)应按下列公式计算:

2.2 碳化深度测量

回弹值测量完毕后，应选择有代表性的位置测量混凝土的碳化深度，其测点数不应少于构件测区数的30%，取其平均值为该构件每测区的碳化深度值。当碳化深度值极差大于2.0 mm时，应在每个测区测量碳化深度值。测量碳化深度值时，可用合适的工具(本次检测采用手电钻)在测区表面形成直径约为15 mm的孔洞，清除洞中的粉末和碎屑(注意不能用液体冲洗孔洞)后，用1%的酚酞酒精溶液滴在混凝土孔洞内壁的边缘处。当已碳化与未碳化界线清楚时，用碳化深度测量仪或其他深度测量工具测量已碳化与未碳化混凝土交界面的垂直距离多次，取其平均值，该距离即为该测区的碳化深度值，每次读数精确至0.5 mm。

2.3 超声回弹综合法

根据TB 10426-2004铁路工程结构混凝土强度检测规程，并参照CECS 02∶2005超声回弹综合法检定混凝土强度技术规范的要求进行测区及测点布置，每一测区两个相对测试面各布3个测点。回弹测试依据见上述回弹法检测依据。结构或构件的每一个测区，宜先进行回弹测试，后进行超声测试。超声测试宜优先采用对测或者角测，当被测构件不具备对测或角测条件时，可采用单面平测。

测区声速应采用TB 10426-2004铁路工程结构混凝土强度检测规程附录N规定的方法，并按下列公式计算:

其中，v为测区声速值，km/s;l为超声测距，mm;t1，t2，t3分别为测区中3个测点的声时值(此读数已减去声时初始读数)，μs。

混凝土强度的换算及推定为:构件第i个测区的混凝土强度换算值应根据修正后的测区回弹值Rai及修正后的测区声速值vai(修正方法见下)，优先采用专用或地区测强曲线推定，当无该类测强曲线时，经验证后可按TB 10426-2004铁路工程结构混凝土强度检测规程附录L的规定确定或按下列公式计算。

1)粗骨料为卵石时:

2)粗骨料为碎石时:

在本次检测中，梁体混凝土粗骨料均为碎石，桥墩、桥台如无特殊说明，混凝土粗骨料均为卵石。

3 检测结果分析

3.1 混凝土强度检测结果

表1 梁体混凝土强度推定表

表2 第1孔梁状态与裂纹调查表

该桥上部结构为3×16 m普通钢筋混凝土T形简支梁，主梁由两片T梁组成。梁体混凝土强度推定表见表1。

按回弹法(结合碳化深度修正)推定的混凝土强度值有1片梁(第3孔右梁)小于原设计强度等级，其余推定值均高于原设计强度等级;混凝土碳化深度:墩台身为7.0 mm～7.5 mm，梁体为4.0 mm ～4.5 mm。

3.2 梁体外观检测结果

桥梁外观检测结果及劣化等级评定见表2～表4。

表3 第2孔梁状态与裂纹调查表

表4 第3孔梁状态与裂纹调查表

梁体混凝土劣化(C级)，梁体损伤及钢筋锈蚀较严重(B级)，裂缝较多，最大缝宽0.262 mm，裂缝较严重(B级)。人行道盖板缺失多块，影响行人安全。人行道栏杆锈蚀较严重，泄水孔严重锈蚀(B级)，影响梁体防水。桥面枕木腐朽较严重(B级)，锥体护坡损坏较严重，台后路基均有明显沉降。第2孔右梁明显下挠，跨中下挠度最大值为38 mm(见图1)。

图1 第2孔右梁挠度曲线示意图

4 桥梁结构的加固方法建议

4.1 加固目的

该桥主要病害表现在主梁跨中挠度大，T梁跨中下马蹄1/4处出现多条裂缝，第二跨主梁上的裂缝超过0.2 mm。第二跨梁T梁间横隔板破损严重，桥梁的整体刚度偏低。提出的加固方法应实现以下目标:改善T梁跨中部位的应力状况，加大主梁各部位压应力储备，且使主梁主要受力裂缝宽度减弱或闭合。有效控制各中跨跨中挠度。加强主梁跨中节段间联结性能，增大主梁整体刚度。

4.2 加固方法建议

预应力混凝土桥梁结构的具体加固方法多种多样，根据被加固对象的受力性质不同，加固可以分为结构性加固和非结构性加固。所谓结构性加固，是指对桥梁结构受力构件的加固，这直接关系到桥梁的安全，例如桥梁承载力不足的加固、挠度过大和梁体裂缝过宽的处理等。所谓非结构性加固，是指对影响桥梁使用但不影响结构安全性方面的加固，如混凝土桥面铺装层的修复、伸缩缝的更新改造和桥梁围护结构的修复等。

该桥裂缝分布比较广泛，混凝土脱离现象较为严重，将钢筋暴露在空气中导致锈蚀严重，如果任其发展下去将导致主梁承载力下降。针对这种情况，需要进行结构性加固。粘贴碳纤维布加固，先除去混凝土表面所有杂质、松散的混凝土和其他污染物，然后采用锚栓将碳纤维布锚固于T梁混凝土结构的下马蹄上，同时将桥跨距支座1/4处的整个T梁包裹起来。用泥铲或抹刀将拌和好的环氧树脂涂抹到混凝土表面，达到规定的厚度。将拌和好的环氧树脂涂抹到CFRP布上，将CFRP布敷贴到有裂纹的混凝土表面。用1个硬质滚筒碾压CFRP布，直到粘结剂在两边被挤出为止，除去多余的粘结剂。粘贴时，沿主梁的方向，使用夹具将CFRP布固定在要敷贴的位置。在环氧树脂起作用之后，将夹具卸去。

针对人行道、泄水孔、轨道枕木等问题，应该进行非结构性加固，将丢失的人行道盖板补齐，人行道护栏重新粉刷，拆除并更换泄水孔及轨道枕木。

横隔板破损导致整体刚度下降，可以通过增加横隔板数量和增加横隔板的厚度来提高梁体的刚度。

5 结语

检测结果表明，很多既有铁路桥梁在运行多年以后，面对不断的提速和轴重的增加，已经出现了各种损伤，为增加其使用年限，需尽快进行加固。主梁检测表明，损伤主要表现在混凝土脱落，混凝土碳化，梁体裂缝，钢筋锈蚀，下挠过大，横隔板破损等方面。本文只列出了主梁检测结果，及给出加固建议，除此之外，桥墩、桥台、支座、边坡护坡也是重点检测的内容，需要进一步研究。

［1］李亚东.既有桥梁评估方法研究［J］.铁道学报，1997(3):91-92.

［2］高怀志，王群杰.桥梁检测和状态评估研究与应用［J］.世界地震工程，2000(2):6-8.

［3］中华人民共和国铁道部，铁路桥梁检定规范［S］.

［4］廖玉凤，王 伟.既有混凝土桥梁病害特征及病因浅析［J］.四川建筑科学研究，2006，32(5):63-66.

［5］张树仁，王宗林.桥梁病害诊断与加固改造设计［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［6］文 勇，刘德军.横隔板对简支T梁横向动力特性的影响［J］.科技资讯，2011(1):29-31.

［7］Ching Chiaw Choo，Tong Zhao，Issam Harik.Flexural Retrofitofa Bridge Subjected to Overweight Trucks Using CFRP Laminates［J］.Composites Part B:Engineering，2007，38(5-6):732-738.

［8］刘守龙.提高桥梁横向刚度的措施和效果［J］.铁道建筑，2000(11):8-10.