朔黄铁路某（8+16+8）m桥梁加固改造方案研究

李保龙

（朔黄铁路发展有限责任公司，河北肃宁062350）

朔黄铁路某（8+16+8）m桥梁加固改造方案研究

李保龙

（朔黄铁路发展有限责任公司，河北肃宁062350）

朔黄铁路某（8+16+8）桥钢筋混凝土梁的状态较差，钢筋锈蚀和混凝土剥落严重，耐久性问题突出，不能保证桥梁处于正常运营状态。本文结合朔黄铁路开行大轴重重载列车的需求，对该桥梁的加固改造方案进行研究，并建议采用增大截面或梁体置换法对跨度8m钢筋混凝土T梁进行加固改造，采用辅助钢梁法对跨度16m超低高度预应力混凝土T梁进行加固。

钢筋锈蚀；疲劳；加固；换梁

1　桥梁概况

朔黄铁路肃宁分公司管内一座桥梁跨越地方公路，建成于1999年，全长46.1m，为上下行分离式双线桥。设计地震基本烈度Ⅶ度，冻结深度为0.6m。全桥共3孔，上下行跨度均为（8+16+8）m。第1和第3孔为跨度8m普通高度钢筋混凝土简支梁（图号为专桥（88）1023），第2孔为跨度16m低高度预应力混凝土T梁（图号叁桥2003），各孔设计荷载均为中-活载（直），均采用板式橡胶支座。上行线为重车线，为无缝线路，采用75kg/m钢轨、Ⅲ型桥枕，无护轨。下行线为轻车线，为有缝线路，采用60kg/m钢轨、Ⅱ型桥枕，有护轨。桥上线路位于缓和曲线和直线上，桥上线路纵坡为2.2‰（上坡方向为黄骅港），桥梁按直线布置。桥梁上下行线错位并置，上下行线梁体、圆端形板式墩、桥台均分离，错位，桥梁与公路法向夹角17°40'。第2孔跨度16m梁跨越公路机动车道，第1，3孔跨度8m梁跨越公路非机动车道。

运营过程中发现第1，3孔跨度8m钢筋混凝土梁下翼缘底面存在大量纵向裂缝，裂缝宽度较大，裂缝内有锈迹渗出，局部混凝土掉块。敲击检查发现，梁体质量较差，混凝土疏松，底板混凝土胀裂、剥落严重，钢筋锈蚀严重，箍筋部分锈断，底层主筋锈蚀面积接近原截面的1/2，钢筋有效面积损失严重。梁体腹板、翼缘板等部位也存在钢筋锈蚀、混凝土胀裂剥落等病害。下行线第1孔外侧梁体底面钢筋锈蚀情况如图1所示。

图1　下行线第1孔外侧梁体底面钢筋锈蚀情况

钢筋混凝土梁的梁体钢筋保护层剥落、钢筋外露使得钢筋与空气、水汽直接接触，钢筋发生锈蚀的速率加快，导致梁体劣化速度加快。锈蚀致使钢筋受力面积减小，荷载作用下钢筋和混凝土的应力增大，梁体的承载能力降低。钢筋锈蚀后，活载作用下钢筋应力幅值增大，且试验研究表明钢筋的疲劳强度对锈蚀尤为敏感，朔黄铁路长期、大量开行30t及以上轴重重载列车条件下，钢筋混凝土梁发生疲劳破坏的风险增大。

为满足朔黄铁路上行线开行30t轴重货车的安全性要求，2014年10月对上行线2孔跨度8m钢筋混凝土梁进行了体外预应力碳纤维板加固。

为减缓梁体的劣化速度，保证梁体短期内不出现劣化加速情况，2014年12月对第1，3孔跨度8m钢筋混凝土梁进行了临时抢修，采取梁体表面疏松破损部位修补、下翼缘粘贴碳纤维布防护、梁体表面涂刷防水涂料及增设滴水檐等措施。同时对上行线梁体局部破损区域进行了修补，修补后的效果如图2所示。从现场应用情况看，本次修补保证了梁体状态的稳定，没有出现劣化加速的情况，达到了预期效果。

从现场调研情况看，该桥2孔8m钢筋混凝土T梁的制造质量较差，梁体混凝土不密实、钢筋保护层不均，致使钢筋锈胀、保护层掉块。对于钢筋混凝土梁钢筋锈蚀后造成钢筋截面削弱，钢筋的静力和抗疲劳力学性能降低，直接导致梁体承载能力降低。此外，为满足30t轴重重载运输需要而进行的上行线体外碳纤维板加固，也是基于梁体状态正常条件下进行的，否则加固效果达不到设计要求。为保证桥梁的运营安全，建议对本桥上下行第1，3孔共计4孔跨度8m钢筋混凝土T梁进行改造。

该桥第2孔为16m超低高度预应力混凝土T梁，梁体按中-活载设计，线上开行30t及以上大轴重货车后，货车对梁体的作用效应超过原设计活载，长期作用下梁体的受力状态不能满足运营要求，需对梁体进行加固改造。桥梁跨越公路，对桥梁进行加固改造施工时考虑到外围协调因素的影响，为便于施工组织、减少整体改造费用，建议对第1，3孔梁改造的同时对第2孔低高度预应力混凝土梁进行加固改造。

图2　下行线第1孔梁修补效果

2　跨度8　m梁改造方案

2.1梁体增大截面法加固方案

2.1.1加固方案

采用增大截面法对钢筋混凝土梁进行加固，提高梁体的强度、刚度和整体性，并对支座、人行道托架等进行相应改造，具体措施如下：

1）增大梁体截面。凿除梁体表面及纵向接缝表面的疏松混凝土，对混凝土表面凿毛处理，露出坚实的混凝土，对锈蚀钢筋除锈；在梁体内侧顶板下缘、腹板两侧及底板底面按一定间距植入钢筋，绑扎钢筋网；在两片梁内侧顶板下缘灌注聚合物混凝土，使两片梁连成整体；腹板两侧灌注聚合物混凝土，使梁体腹板厚度增加；下马蹄下缘增加聚合物混凝土，并配置钢筋。增大截面法加固梁体设计见图3。

图3　增大截面法加固梁体设计（单位：cm）

2）封闭梁间纵向接缝。在梁体纵向接缝内灌注C40细石聚合物混凝土，将接缝封闭，防止积水、渗水。

3）更换支座。进行梁体加固前，将原板式橡胶支座更换为球型钢支座。

4）封闭梁端接缝。梁端伸缩缝上盖有盖板，当桥面道砟板结或泄水孔排水不畅时，水从伸缩缝处流下侵蚀梁体，长期作用导致梁端产生钢筋锈胀、混凝土剥落掉块病害，并侵蚀支座，在梁体加固改造时一并对其予以封闭。

5）加密人行道托架。原间距1.5m的人行道栏杆托架偏弱，建议在两道托架中间增加一道，即托架间距变为0.75m，采用化学锚固螺栓固定。

6）其他。清理梁体泄水孔，对破损的泄水管进行更换，对长度不足的进行接长；加固施工完成后，对梁体表面进行涂装。

2.1.2加固检算

在设计1.2倍ZH活载（2010）作用下，对加固前后钢筋混凝土梁跨中截面的钢筋应力、混凝土压应力、裂缝宽度及跨中挠度进行了检算，检算结果见表1。

表1　加固前后梁体主要参数检算结果

由表1可知，采用增大截面法加固后的钢筋混凝土T梁能够满足开行大轴重货车的要求。

2.1.3主要施工方法

1）增设梁体临时支撑。梁体底板混凝土凿除前需设置临时弹性支撑，支撑部位设于梁体跨中，支撑方式可采用枕木垛或者型钢。梁体底板加固混凝土拆模后可拆除临时支撑。

2）梁体增设钢筋及灌注聚合物混凝土。①凿除原梁底板、腹板、梁间纵向接缝和外侧翼缘板根部表层混凝土，露出箍筋、主筋及硬实的混凝土，用高压水或空气清除混凝土表面的灰尘等附着物，用钢丝角磨机或喷砂清除钢筋表面锈迹；对于梁体底板及两侧混凝土疏松、粉化、强度低、开裂严重等质量较差的部位，应一并凿除，保证新界面上的混凝土具有足够强度。②按设计位置钻孔，当孔位与原梁内钢筋有冲突时可局部调整。③新增纵向主筋端部与原梁内主筋连接。④模板应采用钢模板，模板与梁体之间应进行可靠联结并具有足够的刚度。⑤灌注梁间纵向接缝混凝土：清理线路中心盖板处的道砟，用高压水清洗接缝混凝土表面，涂刷界面剂，从桥面灌注细石聚合物混凝土。⑥灌注梁体混凝土：在梁底混凝土表面涂刷界面剂，然后灌注聚合物混凝土。⑦混凝土养生：混凝土强度达到设计强度的80%后可拆模，然后进行洒水或覆膜养生，直至达到设计强度。

3）梁体横向接缝封闭。①利用线路封锁时间，刨除道砟后打开梁端伸缩缝处盖板，用钢丝刷清理接缝表面松散的混凝土及油污、灰尘等杂物。②根据梁端伸缩缝实际宽度，用PVC管设置接缝衬托。③利用施工天窗在伸缩缝内灌注弹性体伸缩缝，自然养生。④对于梁体外侧挡砟墙预留缝漏水部位，清理原填塞的木块等杂物，灌注弹性体伸缩缝材料，进行封闭处理。

4）梁体表面涂装防护。①用钢丝打磨机打磨、喷砂等方法清理梁体表面的油毡、灰尘、水泥浆、松散的表层混凝土等杂物，露出坚硬、密实的混凝土表面，并用高压水进行清洗。②用滚刷蘸水在混凝土构件表面滚涂，使混凝土充分湿润。③采用横竖十字交叉的方法涂刷2遍方可滚涂或刷涂等。

2.2梁体置换方案

2.2.1置换方案

为彻底解决该桥第1，3孔跨度8m钢筋混凝土梁存在的问题，对上下行桥进行换梁施工，具体方案如下：

1）新梁设计、制造。按照朔黄铁路加固改造后的运营目标，新设计跨度8m的钢-混结合梁，工厂制造完成后运至现场。

2）梁体置换。利用2个天窗点时间分别将上、下行钢筋混凝土T梁置换为钢-混结合梁，每个天窗完成一线2孔梁的更换，天窗时间360min。

3）支座。支座采用球型钢支座，对垫石进行相应处理。

4）桥面附属设施。更新桥上道砟、人行道托架、L型挡砟块。将全桥（含第2孔）人行道板更换为橡胶道板。

5）其他附属设施。修复破损护锥，涂装墩台。2.2.2钢-混结合梁设计

新型钢-混结合梁按照朔黄铁路加固改造后运营目标设计，能够满足1.2倍ZH活载（2010）要求。其截面形式见图4。

图4　新型钢-混结合梁截面形式

1）结合梁设计技术标准：①重载货运铁路；②单线铁路；③设计荷载为1.2倍ZH荷载（2010）。

2）主要构件材料。①钢材采用Q370qE；②桥面板混凝土为C50高性能混凝土；③采用HRB400钢筋；④剪力钉连接器要满足国家规范要求。

2.2.3换梁施工方案

1）换梁准备。①钢梁定制、施工现场协调；②与区间各工队联系确定接触网、电务、通信及自闭线路移动方案及注意事项；③在既有桥梁两侧铺设50kg/m钢轨，采用普通木枕并用碎石道砟铺面；④拼装移进新梁台车4台（即2组），每线、每孔梁对应1组，单个台车承载能力不小于240t；⑤新梁到达现场后进行吊装作业，在施工现场用300t汽车吊进行卸梁作业；⑥新梁上砟；⑦安装新梁人行道；⑧安装新梁支座；⑨凿除旧梁横向联结及支撑垫石；⑩拆除旧梁附属设施。

2）换梁。①封锁线路；②轨排初步对位，然后将扣件松解；③启动汽车吊将旧梁逐片吊至地面；④启动新梁台车的自走行装置，新梁逐渐移入桥位；⑤落梁完成后进行线上作业；⑥接触网恢复；⑦检查线路几何尺寸。

3）收尾。①安装新梁限位角钢、检查梯等附属结构；②电缆回落，移入电缆槽，将电缆余量重新埋入桥头路基；③拆除高架台车及横向滑道；④自闭线及站馈线恢复；⑤场地恢复。

2.3方案比选

针对桥梁实际情况，提出了梁体加固、梁体置换2种方案，2种方案均能满足工程加固改造的需要。加固改造方案比较见表2。

表2　第1，3孔梁加固改造方案比较

3　跨度16　m梁加固方案

根据既有铁路低高度梁实桥加固的经验，建议对上行线跨度16m超低高度预应力混凝土梁同时进行加固，加固后梁体能够满足线上开行30t及以上轴重货车的运营要求。

4　附属设施改造方案

1）护坡修复。对破损护坡进行清理，重做浆砌片石护坡。

2）墩台破损修补。对桥墩及桥台混凝土局部破损部位采用环氧砂浆修补。

3）墩台表面涂装。对桥墩及桥台表面涂刷防护涂料。

5　结论

1）为保证桥梁满足30t及以上轴重运输要求和桥梁的长期运营安全，应对该桥进行加固改造。

2）对于第1，3孔跨度8m钢筋混凝土T梁，采用增大截面法或梁体置换法均能满足改造要求，应综合考虑技术特点、经济性、对运营的影响等，选择合理的加固改造方案。

3）对于第2孔跨度16m超低高度预应力混凝土T梁，大轴重货车作用下的效应超过原设计活载，长期作用下梁体的受力状态不能满足运营要求，须进行加固改造。

4）为便于全桥施工组织管理、减少整体改造费用，建议对第1，3孔梁改造的同时对第2孔梁采用辅助钢梁法进行加固。

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AbstractA 3-span（8+16+8）m defected reinforced concrete bridge in Shuozhou-Huanghuagang railway，with severe steel rusting and concrete spalling，was studied in this paper.Its existed damage and weakened durability threatened the normal operation.On the other hand，heavy haul railway was planned for the line in the future.Given the actual state of the bridge with damage and the pending heavy axle loads，the strengthening program was studied. T he 8 m reinforced concrete T girder was suggested to be strengthened through larger profile or girder replacement while the 16 m extremely shallow prestressed concrete T girder was strengthened with auxiliary steel girder.

Study on Reinforcing Reconstruction Scheme for Certain（8+16+8）m Bridge on Shuozhou-Huanghuagang Railway

LI Baolong
（Shuohuang Railway Development Co.，Ltd.，Suning Hebei 062350，China）

Steel rusting；Fatigue；Strengthening；Girder replacement

U445.7+2

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.04.06

1003-1995（2016）04-0022-05

（责任审编李付军）

2015-12-07；

2016-01-22

李保龙（1979—），男，工程师，硕士。