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 541001）

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 541001）

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0.87m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。

圬工梁；梁端；裂损；加厚横隔板；整治工艺

10.13572/j.cnki.tdyy.2015.01.005

桂林工务段共有桥梁277座/1140孔，其中圬工桥有257座/1085孔。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（01）2051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（01）2051图”后张法预应力混凝土梁有29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（01）2051图”后张法预应力混凝土梁848孔，其中29孔梁体端部存在较为严重的的碎裂、掉块等病害。如k 623+778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82 cm×38 cm×16 cm；k 613+429深冲特大桥第36孔梁南端左侧上翼缘内侧梁体碎裂，混凝土掉块70 cm× 30 cm×16 cm，列车通过时裂损处的挠度达10 mm。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。

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105座桥642孔梁存在轨枕压梁端问题，占管内“专桥（01）2051图”后张法预应力混凝土梁总数量的75.7%。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848孔“专桥（01）2051图”后张法预应力混凝土梁有32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 521+265城塘大桥第4孔梁体北端右侧上翼缘裂损掉块达22 cm×35 cm× 5 cm，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-0.32 mm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 609+500蛇儿头大桥因机械损伤造成第10孔北头左侧上翼缘开裂长65 cm，上部混凝土掉块露筋长30 cm宽5 cm。

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 484+162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13 cm×11 cm×14 cm，右侧掉块17 cm×7 cm×9 cm。个别梁端处线路养护不良，轨下垫板厚度达35 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 364+420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（01）2051图”设计梁端上端横隔板的厚度为0.5 m，高为0.55 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0.37 m，厚0.16 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29孔梁端轨枕进行了调整，控制轨枕边缘距梁端不少于15 cm，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间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（01）2051图”，其梁端上端横隔板的长度为1.56 m，厚度为0.5 m，高为0.55 m，横隔板距梁端上翼缘宽0.37 m，厚0.16 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0.37 m（相当于增强梁端翼缘原有刚度的20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，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0.37 m，将梁端上部的横隔板加宽0.37 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Φ20螺纹钢筋锚固在原上横隔板上，4根Φ16螺纹钢筋锚入梁端上翼缘，并通过12根Φ16的螺纹钢筋锚入梁的腹板，锚固深度分别为30 cm、10 cm，其它钢筋的布置按“专桥（01）2051-Ⅳ-10图”布置。具体加宽尺寸及钢筋布置详见图2、图3。

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 min发热，30 min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24 h，梁体表面应充分湿润。灌浆前1h，应吸干积水。灌浆料按原料重量的12%～14%的加水量加水搅拌，水温以5～40℃为宜。采用机械搅拌时间一般为1～2 min；采用人工搅拌时，宜先加入2/3的用水量搅拌2 min，然后加入剩余用水量继续搅拌至均匀。浆料应从一侧灌入，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30 min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

2011年10月，桂林工务段按上述整治方案及工艺对益湛线K 613+429深冲特大桥第36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70 cm，宽30 cm，厚16 cm，列车通过时裂损处的挠度达10 mm。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 mm。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0.87 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。2014 年3月13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。

U445.7

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1006-8686（2015）0012-04