呼和浩特铁路局桥梁对客货混运重载运输的适应性分析

孟小平

（中国铁路总公司，北京100844）

呼和浩特铁路局桥梁对客货混运重载运输的适应性分析

孟小平

（中国铁路总公司，北京100844）

呼和浩特铁路局管辖范围内的桥梁修建年代较早，建设时间跨度大，设计和建设标准不统一。经过长期使用，特别是随着近年来万吨重载列车的开行和客运列车的提速，列车对桥梁的动力作用明显增大，桥梁结构出现了梁体横向振幅超限等问题。通过对大包、包兰线不同类型典型桥梁的动态测试，并结合日常静态检查结果，对桥梁的长期适应性进行了综合分析，并提出强化处理对策和建议。

桥梁；重载运输；适应性分析

1　概述

呼和浩特铁路局管辖范围内的大包、包兰线桥梁修建年代较早。大包线桥梁最早修建于20世纪10～20年代，包兰线桥梁最早修建于20世纪50～60年代。大部分桥梁的使用时间在50年以上，其中大包线部分桥梁的使用时间已超过80年。因不同时期修建的桥梁采用不同的设计、施工标准，且在使用过程中有些桥梁经过了不同程度的改建、扩建，致使桥梁结构类型较多。大包线为客货混运线路，客车最高时速160 km/h，2007年开行了轴重25 t的C80万吨重载货物列车，2009年实现万吨列车主型化。目前大包上行线万吨货车每天开行约8对。

经过长期使用，特别是随着万吨货车的开行和客车的提速，列车对桥梁的作用力和动力效应明显增加，桥梁不断出现各类问题，且病害发展速度逐渐加快，工务养护维修工作量和费用逐年上升。为解决既有线桥梁的长期适应性问题，2009—2011年，铁道部科技司对桥梁进行了实车运行试验。本文根据试验测试数据以及现场调研结果，对桥梁在客货混跑重载运输条件下的适应性进行了综合分析，并提出强化改造对策。

1.1总体情况

大包、包兰线桥梁以中小跨度的中小桥为主，大跨度的长大桥梁较少。跨度≤8 m的桥梁孔数占总孔数的90%以上。跨度≤6 m的简支梁一般不设支座。跨度≤16 m的梁体主要采用钢筋混凝土结构，如整体式板梁、双片并置式板梁、T梁和π梁等。跨度＞16 m的梁体主要采用预应力混凝土T梁、上承式或下承式钢板梁。此外，部分中小跨度的桥梁采用框构桥或圬工拱桥。大跨度结构主要存在于包兰线跨黄河的桥梁，如三盛公黄河大桥为54 m预应力混凝土简支箱梁和55 m下承式简支钢桁梁，三道坎黄河大桥为（64+ 104+64）m预应力混凝土连续箱梁。

1.2桥梁特征

①设计荷载。在不同时期设计的桥梁荷载标准有所不同，1975年之前设计的桥梁采用“中-Z活载”，主要为“中-22级”和“中-26级”2种，1975年之后设计的桥梁采用“中-活载”。此外，大包线20世纪50年代之前修建的桥梁，采用的设计荷载比较杂乱，标准不统一。

②下部结构类型。大包线桥梁的基础类型以扩大基础为主，个别桥梁采用木桩基础，近几年扩建或改建的桥梁多采用混凝土桩基础。桥台式样主要为矩形或U形，少量为T形桥台。桥墩式样主要为矩形、圆端形或尖端形，材料主要采用混凝土或浆砌片（块）石。包兰线桥梁的基础类型以扩大基础和混凝土桩基础为主，少数桥梁采用木桩基础或沉井基础。桥台式样主要为T形、U形或耳墙式，少量采用埋式。桥墩式样主要为矩形、圆端形或尖端形，材料主要采用混凝土、钢筋混凝土或浆砌片（块）石。

③支座类型。跨度≤6 m的简支梁一般不设支座；跨度＞6 m且≤24 m的简支梁采用平板钢支座、弧形钢支座或板式橡胶支座；跨度≥32 m的桥梁采用摇轴钢支座、辊轴钢支座或盆式橡胶支座。

2　桥梁适应性分析

2.1低高度钢筋混凝土板梁桥

1）大包上行线K444+962（452A）桥

该桥上开行C80万吨货车，全桥由3孔跨度4.5 m低高度钢筋混凝土简支板梁组成，梁体未设支座，桥上线路为直线，坡度8.3‰。下部结构为浆砌片石U形台、圆端形墩，基础均为浆砌片石扩大基础。对桥梁的静态检查和动态测试结论为：①梁体与墩台帽之间的垫层有损坏，墩梁之间存在间隙，梁端支撑不匀；②梁间纵缝溢水，梁体箍筋、主筋锈蚀严重，混凝土掉块、剥落；③第2孔梁跨中竖向振幅最大值为0.77 mm；④运营列车作用下梁端4角之间竖向动位移差别较大，梁端支撑不匀。第2孔梁梁端竖向动位移测试结果见表1。

表1　第2孔梁梁端竖向动位移测试结果mm

按照《铁路桥隧建筑物修理规则》（铁运〔2010〕38号）规定，该桥劣化等级达到A1级。这对梁体端部的局部受力状态不利且影响梁体使用的耐久性。

2）大包上行线K484+275（484）桥

该桥上开行C80重车，建于1986年，全桥共4孔跨度12.0 m低高度钢筋混凝土简支T梁，支座类型为弧形钢支座，桥上线路为直线，1.3‰的坡度，梁体已进行横向加固改造。下部结构采用浆砌片石U形台、圆端形墩，全部是浆砌片石扩大基础。静态检查和动态测试结论为：①道砟槽积水外溢，泄水管腐蚀，梁体局部钢筋锈蚀、混凝土胀裂剥落，弧形支座螺栓有剪断现象，石砌墩台重载适应性差，应进行改造；②S4单机准静态作用下第1孔梁跨中钢筋应力校验系数在0.48～0.77，个别点超出《铁路桥梁检定规范》（铁运函〔2004〕120号）规定的0.55～0.65。

根据检测结果，梁体防排水设施不完善，存在钢筋锈蚀、混凝土胀裂掉块现象，弧形钢支座锚栓被剪断，桥梁综合劣化等级评定为B级。动态测试结果表明，通过对梁体进行横向加固改造，桥梁状态能够满足既有条件下C80货车及其他客货列车的运营要求。鉴于存在支座螺栓被剪断等病害，应立即对支座病害进行整治。此外须完善排水设施，对梁体劣化病害进行整治，病害整治完毕后对桥梁状态加强观测。

2.2上承式钢板梁桥

1）包兰上行线K161+804（115）桥

该桥上开行C80重车，始建于1965年，全桥为1孔跨度20 m上承式简支钢板梁，设计荷载等级是中-22，采用平板钢支座，桥上线路是直线、平坡。下部结构采用浆砌片石T形台，木桩基础。静态检查和动态测试结论为：①梁体涂膜存在裂纹和脱落现象，局部生锈，涂膜劣化等级严重；②桥梁4个支座与支承垫石间的锚栓全部被剪断，钢梁整体向包头方向移动约5 cm，支座钢板锈蚀，锈水外流；③石砌桥台表面有竖向、横向裂缝，宽度约0.3 mm，裂缝状态相对稳定；④桥台基础为木桩，重载运输条件下长期使用性能不确定，基础劣化等级评定为A1级；⑤实测支座最大纵向位移为0.539 mm，最大横向位移为0.338 mm，满足规范要求，最大竖向位移为1.194 mm，数值偏大，支座状态不稳定。支座位移最大值测试结果见表2。

表2　支座位移最大值测试结果mm

2）包兰线K164+760（119）桥

上行线开行C80重车。该桥建于1964年，全桥由2孔跨度20 m上承式简支钢板梁组成，设计荷载C-20，采用弧形钢支座，桥上线路为直线、木枕。下部结构采用混凝土T形台、圆端形墩、木桩基础。静态检查和动态测试结论为：①钢梁变形、锈蚀严重，下平纵联角钢杆中最大弯曲变形量达38 mm，主梁下翼缘最大变形量达20 mm，钢梁劣化状态为A1级；②支座钢板锈蚀，锈水外流，劣化状态为B级，梁端未设抗震（防落梁）设施，抗震设施劣化等级为A1级；③桥台基础为木桩，重载运输条件下长期使用性能不确定，基础劣化等级评定为A1级；④梁体跨中最大动挠度为8.48 mm，换算至中-活载挠跨比为1/1 878，扣除动力作用后的挠跨比小于上述值，因此梁体竖向刚度满足规范要求，但上下游侧主梁跨中竖向挠度存在一定差异，测试结果见表3；⑤在C80货车运行条件下上承式钢板梁各截面弯矩储备为2.7%～13.2%，剪力储备为2.4%～4.0%，运营荷载已接近C-20设计荷载，由于C-20设计荷载小于中-活载，梁体储备难以满足重载运输条件下长期运营安全要求。

表3　梁体跨中最大竖向动挠度测试结果mm

2.3下承式钢桁梁桥

1）包兰上行线K208+968（128）桥

该桥上开行C80重车，建于1958年，为1孔跨度47.34 m下承式简支钢桁梁，采用辊轴支座，桥上木枕线路为直线、平坡。下部结构采用钢筋混凝土T形台、木桩基础。静态检查和动态测试结论为：①梁体部分杆件涂膜存在裂纹、起泡和脱落现象，涂膜劣化等级为中等；②桥台基础为木桩，重载运输条件下长期使用性能不确定，劣化等级为A1级；③梁体横向一阶自振频率2.54 Hz，不满足空载货车（或混编货车）速度＞60 km/h时的自振频率要求，梁体竖向一阶自振频率6.05 Hz，建议对该桥木桩基础进行加固，对运营状态进行监测。

2）包兰上行线K300+030（201）桥

该桥上开行C80重车，建于1958年，长682.5 m，由12孔跨度55 m下承式简支钢桁梁组成，主桁中心距5.784 m，桁高8.5 m，节间长度全部是5.5 m，采用辊轴钢支座，桥上木枕线路为直线、平坡。下部结构采用钢筋混凝土T形台、圆端形墩，钢筋混凝土桩基础。静态检查和动态测试结论为：①梁体部分杆件涂膜存在裂纹、起泡和脱落现象，涂膜劣化等级为中等；②梁体横向一阶自振频率为2.34 Hz，满足规范通常值要求和空载货车（或混编货车）速度≤60 km/h时的自振频率要求，但不满足空载货车（或混编货车）速度＞60 km/h时的自振频率要求；梁体竖向一阶自振频率为4.98 Hz；③梁体跨中最大横向振幅（见图1）客车为1.34 mm，C80货车为2.53 mm，混编货车为3.67 mm，个别车次稍大于规范通常值要求。

建议对该桥的运营状态进行长期监测。桥梁运营性能基本正常，通过加固和长期监测，基本满足C80货车、混编货车和客车的运营要求。

图1　梁体跨中最大横向振幅

2.4小结

根据低高度钢筋混凝土板梁桥、上承式钢板梁桥、下承式钢桁梁桥3种类型6座典型桥梁的动态测试数据及静态检查结果分析可知：

1）钢筋混凝土梁存在桥面排水设施不完善、梁体钢筋锈蚀和混凝土胀裂剥落、无支座桥梁梁端支撑不匀、弧形支座锚栓断裂等不同程度的劣化和损伤等问题，影响到梁体的正常使用和耐久性，应进行改造。

2）石砌墩台、木桩基础在重载混运条件下，长期受力性能存在不确定性，难以满足长期运营的安全要求，应对石砌墩台采取钢筋混凝土包箍等形式进行加固，对木桩基础应采取旋喷桩等措施强化加固。

3）通过采取梁体横向加固、耐久性恢复以及板式橡胶支座增设横向限位等改造措施，常用跨度的低高度钢筋混凝土梁桥梁体横向振幅、横向加速度、竖向加速度以及竖向刚度等运营性能指标均满足《桥检规》要求，桥梁状态能够满足既有条件下C80万吨列车及其他客货列车的运营要求。

4）中小跨度上承式钢板梁桥存在涂膜劣化严重、支座锚栓剪断、锈蚀、钢梁严重变形和桥台裂缝等综合病害，已不能满足重载运输条件下长期运营安全要求，应尽快改建。对于其他跨度≤24 m的钢板梁桥，桥梁整体状况与此类似的，也应尽快更换改建，以保证重载运输安全。

5）下承式钢桁梁桥的梁体横向振幅、自振频率、横向和竖向刚度、桥墩横向振幅等运营性能指标均满足规范要求，桥梁的整体状态稳定，能够满足既有条件下C80万吨列车及其他客货列车的运营要求。下承式钢桁梁杆件存在涂膜开裂、剥落等劣化现象，影响耐久性，应进行维护涂装。

通过查阅大包、包兰线桥梁资料，结合检测结果，发现各类桥梁均存在不同问题，主要集中在承载能力和耐久性方面，突出表现为梁体横向振幅超限、双片式梁横向连接偏弱、桥梁结构劣化严重、小跨度梁未设支座，板式橡胶支座横向限位差、平板和弧形支座锚栓剪断、石砌墩台重载适应性不足、木桩基础受力状态不明确等。

综上所述，通过采取强化改造措施，并保证正常的养护和维修，常用跨度混凝土梁桥以及下承式钢桁梁桥都可满足C80列车运营需求。但中小跨度钢板梁桥整体状态较差，劣化程度严重，已不能满足客货混运重载运输条件下运营安全的要求，应尽快改造。

3　桥梁强化措施及建议

3.1强化措施

1）增强混凝土梁和钢梁的耐久性。早期修建的桥涵耐久性问题比较突出，防排水设施不完善，施工质量差，梁体劣化破损严重。应根据劣化程度逐步进行改造，如定期清筛道砟，清理泄水管，在梁体翼缘板端部做滴水檐，用弹性体材料封闭梁间纵向和横向接缝，对梁体破损露筋部位用聚合物砂浆进行修补，为梁体表面涂装防护，定期对钢梁涂膜劣化部位维护涂装或者整体涂装等。

2）改建小跨度钢筋混凝土梁桥。小跨度钢筋混凝土梁桥修建年代较早，梁体普遍存在耐久性问题，如梁端未设支座，有些桥梁还存在基础不明等问题。因此应加强对跨度＜6 m的小跨度钢筋混凝土板梁桥的观测，结合大修计划逐步进行更换或加固改造，可将既有小跨度桥梁逐步更换为框构桥。

3）横向加固混凝土梁。对还没有进行横向加固的钢筋混凝土、预应力混凝土并置梁进行横向加固，如低高度混凝土T梁、π梁、板梁等。

4）更换钢板梁。钢板梁的整体状态比较差，劣化较严重，已不能满足重载运输条件下长期运营的安全要求，对跨度≤24 m的上承式钢板梁以及下承式钢板梁，应尽快改造。

5）支座强化问题。未设支座的钢筋混凝土板梁，在梁端设橡胶支座，改善梁端支撑条件，保证支撑均匀。对设有板式橡胶支座的梁，在梁端增设可靠的横向限位设施。对存在锚栓剪断、活动不灵问题的弧形和平板钢支座，应采取更换或补强锚栓等措施。

6）加固墩台及基础。对直径≤2.0 m的单柱形圆墩进行横向加固，提高横向刚度并降低横向振幅。采用钢筋混凝土结构对石砌墩台进行包箍加固，若基础为石砌结构，一并进行加固处理。对于木桩基础，采取旋喷桩、基础置换等措施进行强化加固。对于建设年代久远、资料不全的不明基础，逐步进行加固改造或改建。

7）加固盖板涵。对填方厚度不足、盖板劣化严重、石砌边墙开裂等病害的盖板涵，采用整体置换或内套钢筋混凝土框构的方式进行改造。

3.2建议

1）关于大跨度及特殊结构桥梁的适应性问题。包兰线K300+030桥为跨度55 m下承式简支钢桁梁桥，K397+965桥为跨度（64+104+64）m预应力混凝土连续梁桥，2桥均跨越黄河，为包兰线重点桥梁。目前开行C80重载列车的大秦、大包等线路的桥梁主要为常用跨度混凝土桥，没有大跨度及特殊结构桥梁，缺乏在重载运输条件下的长期运营状态测试资料。建议对这2座桥的桥梁结构状态进行长期监测，以评估桥梁设备在重载运输条件下的长期适应性。

2关于跨度≤6.37 m桥梁结构的适应性问题。从疲劳性能方面分析：C80列车编组最大轴距是6.37 m，根据结构的受力特点，跨度≤6.37 m的结构，每通过1节C80货车，对结构产生的疲劳次数≥1。对于大量跨度在6.37 m及以下的桥梁，在重载列车作用下承受的疲劳次数将显著增加，梁体疲劳性能降低。从运营活载静力效应方面分析：跨度≤32 m的桥梁结构，开行25 t轴重的C80重载货车后运营活载的静力效应较普通货物列车（以21 t轴重的C62货车为例）增大约8%～25%。其中小跨度桥梁的运营活载静力效应接近或达到设计活载。因此建议对跨度≤6.37 m的桥梁结构进行有计划的改建。

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Analysis on Adaptability of Bridges Belong to Hohhot Bureau to Heavy Haul Transport on Railway of Mixed Passenger and Freight

MENG Xiaoping
（Chinese Railway Corporation，Beijing 100844，China）

T he bridges of Hohhot Railway Bureau were constructed early and had experienced a long time，which resulted that the design and construction standard were not consistent.Because of long time operation especially the running of heavy haul freight with 10 000 t load and the increase of train speed，the dynamic effect of train on bridges was obviously increased，which resulted problems such as the gird transverse amplitude exceeding limited values and so on.By dynamic tests of typical bridges on Datong-Baotou railway and Baotou-Lanzhou railway，combing the results of daily static checks，the adaptability of bridges to heavy haul transport was comprehensively analyzed，and bridge strengthening measurements and suggestions were put forward.

Bridge；Heavy haul transport；Adaptability analysis

U441+.2

ADOI：10.3969/j.issn.1003-1995.2016.09.05

1003-1995（2016）09-0019-05

（责任审编李付军）

2016-06-13；

2016-07-21

孟小平（1974—），男，高级工程师。