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总第 1 期 铁路混凝土桥梁维修加固设计 2 5 铁路混凝土桥梁维修加 固设 计 安群慧， 吕宏奎 ( 中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司， 湖北 武汉 4 3 0 0 3 4 ) 摘要 ： 包神铁路经过近 2 O年的运营， 线路上 7 9座混 凝土 T梁出现了不同程度的病害， 按照货运线路转换车型 ( 由原来 的 C 7 0敞车转换成 A 8 ) 和提 速 的要 求 ， 在按 照现行 规范普查、 检算和动力分析的基础上， 针对部分桥梁横向刚 度和竖 向刚度不足 的问题 ， 采取相 应 的加 固措 施 ， 以满 足正 常运营的需要 。 关键词： 铁路混凝土桥梁； 病害； 维修加固 1 工程概况 包神铁路北起包兰线的万水泉站 ， 南至陕西神 木县大柳塔镇， 全长 1 7 0 1 5 k m， 是神府东胜煤 田煤 炭外运的北通道 。建设标准为 I级专用单线铁路 ， 全线共有桥梁 7 9座 ， 均 为双片预制混凝土 T形简 支梁桥 ， 根据桥梁跨度及桥墩高度 ， 有 8 m低高度、 1 2 m低高度、 1 2 m、 1 6 m低高度、 1 6 m、 2 4 m、 3 2 m 共 7种类型的桥梁 。 随着线路的运营 ， 桥梁病害 日益显现 ， 同时为适 应转换车型和提速 的要求 ， 对全线桥梁进行 了普查 和检定。根据普查结论和按照 铁路桥梁检定规范 ( 以下简称 检规 ) 对桥梁进行检算和动力分析的结 果， 部分桥梁刚度( 横 向刚度和竖向刚度) 不足 ， 需进 行结构加固， 以满足正常运营的需要 。 2 桥梁病 害状况 2 1 8 i n 低高度钢筋混凝土梁 ( 1 )普查结果 ： 主梁腹板有多条竖 向裂缝 ， 主梁支 座 上 方有 竖 向梁 端 裂 缝 ； 钢 支 座锈 蚀 严重 。 ( 2 )荷载试验结果 ： 静 载试验 ， 梁体结构应 力校验系数偏大 ； 动载试验 ， 列车在 8 0 k m h速 度时， 桥梁横 向振幅不符合检定规范要求 。 2 2 1 2 i n低高度钢筋混凝土梁 ( 1 )普查结果 ： 梁端有斜裂缝 ， 跨 中有竖 向 裂缝 ； 支座锈蚀并有偏位 。 ( 2 )荷 载试 验结果 ： 静载试验 ， 梁体结构应 力校验系数偏大 ； 动载试验 ， 列车在 8 0 k m h速 度时 ， 桥梁横向振幅不符合检定规范要求 。 2 3 1 6 i n低高度钢筋混凝土梁 ( 1 )普查 结果 ： 梁 端腹板存 在多条斜 向裂 缝 ； 跨中底板附近存在密集竖向裂缝 ； 支座偏 位连接螺栓有缺失。 ( 2 )荷载试验结果 ： 静载试 验 ， 梁体结构应 力校验系数偏大 ； 动载试验 ， 列车在 8 0 k m h速 度时， 桥梁横 向振幅不符合检定规范要求。 2 4 1 6 i n钢筋混凝土梁 ( 1 )普查结果 ： 横 隔板连 接段混凝 土剥 落， 钢板及连接钢筋锈蚀 ， 部分横 隔板 出现裂缝 ； 个 别梁端支座上方有较宽 的斜向裂缝 ， 裂缝 口陈 旧； 部分支座有偏位 ， 螺栓有缺失 、 锈蚀 ； 部分桥梁存 在梁体与桥 台胸墙顶紧现象。 ( 2 )荷载试验结果 ： 列 车在 8 0 k m h速度时 ， 桥梁横向振幅不符合检定规范要求 。 2 5 2 4 i n预 应 力混凝 土 梁 ( 1 )普查结果 ： 横 隔板 连接系混凝 土脱落， 钢板裸露锈蚀 ； 个别支座纵 向偏 位， 支座周边有 钢筋仍焊在支座上 。 ( 2 ) 荷载试验结果 ： 列车在 8 0 k m h速度时 ， 桥 梁横向振幅不符合规范要求 。 2 6 3 2 m 预 应 力混 凝土 粱 ( 1 ) 普查结果 ： 部分支座有偏位 ， 支座周边 有钢筋仍焊在支座上 ， 部分存在螺栓锈蚀 ； 横 隔 板连接系混凝土脱落 ， 钢板裸露、 锈蚀 ； 横隔板普 遍存在竖向梁端裂缝 。 ( 2 )荷载试验结果 ： 列车在 8 0 k m h速度时 ， 桥 梁横 向振幅不符合规范要求。 2 7 桥墩 、 桥台 普查结果 ： 墩 台普遍存在裂缝 ， 在宽度 0 1 0 0 4 mm， 部分墩台帽上有水平 、 竖向裂缝 。 收稿 日期 ：2 O O 8 1 1 l 7 作者简介 ：安群慧 ( 1 9 7 O 一) ， 女 ， 高级工程师 ， 1 9 9 2年毕业于上海铁道学院土木工程系铁路工程专业 ， 工学学士。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 6 桥梁检测与加固 2 0 0 8 年第 1 期 3 桥梁加固方案设计 3 I 加 固设计原则 根据铁路运营的特殊性 ， 混凝土桥梁的修补 、 加 固按照以下原则进行 ： ( 1 )修补、 加 固工程 的实施一般不能影响线路 的正常运营； ( 2 )梁体增加的恒载 ， 不降低桥梁的承载能力； ( 3 )不妨碍以后对梁体的检查 ； ( 4 )加固后的结构应具有较好 的耐久性 ； ( 5 ) 修补加固施工 易于简便操作 ， 采用 的设备 要 小 型化 。 3 2 技术标 准 在 DF 4机车、 C 7 0敞车 以 8 0 k m h通行时 ， 加 固后桥梁静 、 动力响应满足 铁路桥梁检定规范 的 要求 。检算荷载为 中 一活载； 运 营荷载为 C 7 0 ( 转 8 A) 车型 ； 行车速度按货车动力检算 时， 按 C 7 0 ( 转 8 A) 车型计算至 8 0 k m h 。 3 3 加 固方 案 3 3 1 恢复结构的完整性 ( 1 )对砌体及墩 台圬工表 面的裂缝 宽度 1 mm大裂缝采用灌填流态水泥砂浆法 ， 对其裂缝宽 度 1 mm 小 裂缝采 用调 色后 的环氧水 泥砂 浆 压浆 。 ( 2 )梁体裂缝宽度 0 2 mm 时， 对其灌压环 氧浆处理 ； 裂缝宽度 O 2 mm 时， 采用环氧胶泥 封 闭处理 。 3 3 2 增大梁体横 向刚度 由普查可 以看出， 在 8 0 k m h速度时部分桥梁 横向振幅不符合规范要求 ， 通过对铁路混凝土梁的 横向加固， 可 以提高桥梁 的横 向刚度和 自振频率 。 针对不同的桥梁采用不同的方法进行加 固： ( 1 )8 r n 、 1 2 1T I 低高度钢筋混凝土 T形梁， 采用 化学植筋法在梁端及跨 中增设横隔梁将 2片梁联成 整体 ， 加固示意见图 1 。 ( 2 )1 6 m低高度 、 普通高度 T形梁 ， 2 4 m、 3 2 m 预应力混凝土梁 ， 在梁端增设横隔梁， 纵 向在原有的 2片横隔板之间增设横 向预应力板将 2片梁联成整 体， 见 图 2 。 3 3 3 增大梁体竖 向刚度 根据桥梁病害特征 ， 低高度钢筋混凝土梁跨 中 出现裂缝 ， 对低高度钢筋混凝土梁梁底粘贴钢板 ， 以 增强梁体抗弯强度 ， 抑制跨 中裂缝发展。 跨中 3 9 0 2 3 单位：c m 图 I 8 m、 1 2 m低 高度钢筋 混凝 土梁加 固示意 堕主 垫亘 丝塑垫 亘 3 9 0 2 3 9 0 2 图 2 施加横 向预应力加 固梁体示意 3 3 4 高桥墩加 固 对高桥墩加大截 面处理 ， 以增大桥墩横 向刚度 ( 图 3 ) 。 。 图 3高 桥 墩 加 大 截 面 加 固 示 意 3 3 5 支座 处理 支座病害主要体 现在 1 2 1T I 、 1 6 m梁 的弧形支 座出现偏位现象。由于锚 固螺栓没有被剪断 ， 温度 变化引起的最大位移也不会超过 8 mm， 因此偏移 发生在安装阶段。根据支座仍能工作的现状 ， 可不 纠偏 ， 但必须 割除焊在支座周边 的钢筋 ， 更补缺损 件 ， 同时对支座除锈 、 涂装 。 4 横 向预应 力工艺要求 由于铁路桥梁加固的主要 目的是提高桥梁的横 向刚度和 自振频率 ， 因此横 向预应力 的效果直接影 响桥梁的加固效果 ， 需要对预应力 的材料和施工工 艺提出专门的要求。 4 1 预应力体 系 横向预应力筋采用 1 5 2 mm， 抗拉强度 1 8 6 0 MP a 无粘结钢绞线， 其技术条件需符合 预应力混 凝土用钢绞线) GB T 5 2 2 4 2 0 0 3 要求 ， 锚具采用低 T 互 n 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 1 期 铁路混凝土桥梁维修加固设计 2 7 回缩锚具 ， 锚垫板及千斤顶采用配套锚垫板 、 千斤顶。 4 2 横 向预 应力 施工 工艺 ( 1 )在梁腹板上横 向预应力筋位置处打孔 ， 无 粘结预应力钢绞线最大外径 1 8 1 mm， 钻头直径 2 5 m m。 ( 2 )穿横 向预应力钢绞线 ， 绑扎钢筋 ， 立模板 ， 2 片梁间用木块支撑 。 ( 3 )灌注混凝土前 ， 应进行横 向预应力筋初 张 拉， 初张拉力为 5 0 k N。 ( 4 )全部预应力初张拉后应立 即灌 注 2片梁间 横向连接混凝土。 ( 5 )终张拉前拆除顶紧用的木块 ， 终张拉力 1 9 5 k N。终张拉时混凝土弹性模量 E 3 4 1 0 MP a 。 ( 6 )张拉顺序 ： 先 张拉跨 中水平板预应力钢绞 线 ， 然后由中间向两端对称张拉其他各段水平板预 应力钢绞线 。各段水平板预应力钢绞线亦 由中间向 两端对称张拉 ， 全部张拉完毕后对先张拉 的预应力 筋进行检查 ， 若张拉力下降， 则须补拉。 ( 7 )切割外露预应力 钢绞线 ， 灌筑梁腹板外侧 封锚混凝土 ， 封锚前应对锚具进行防水处理 。 5 加 固效果分析 由于加 固是针对桥梁横 向刚度不足而进行 的， 因此可根据 检规 中相关规定进行加 固效果分析。 根据 检规 第 1 0 0 6条规定 ， 为 了保证空载货 车( 或混编货车) 通过时车轮抗脱 轨的安全度 ， 适应 车速 8 0 k m h条件 的预应力桥跨 结构横 向 自振频 率不小于 5 5 L 。 对于扩大基础， 铁路桥梁桥墩横向自振频率为： 厂 式 中， H 为墩高( m) ； B为墩身横 向平均宽度 ( m) ； a。为参数， 与地基土特征有关。 限于篇幅， 主要对 5 8 号桥公捏尔盖沟大桥进行 加固前后的比较分析 ， 确定桥梁的加固效果 。 公捏尔盖沟大桥桥梁跨径为 3 2 r n ， 桥墩高度为 4 1 13 3 ， 根据桥 梁病害状况 ， 对 桥梁梁体采取施加横 向预应力的方法加 固， 对桥墩采用增大截面的方法 进行加 固。 根据 检规 及相关参数计算得到， 3 2 m桥跨结 构最低横向自振频 率不小于 3 4 4 Hz ， 桥墩最低横 向自振频率为 1 2 4 Hz 。 表 1和表 2分别列 出了公捏 尔盖沟大桥加 固 前 、 后的前 5阶 自振频率和振型。 表 1 公 捏尔盖沟大桥加 固前 自振频 率 通过对桥梁加 固前后动力 的分析可知 ， 桥梁在 振型上基本保持一致 ， 但 加固前后 的频率变化 比较 大 ， 1阶墩顶横向频率计算值增大约 2 3 ， 1阶梁体 跨 中横 向频率计算值增大约 1 3 ， 均 由加 固前的不 满足 检规 要求转变为满足 检规 要求。 根据结构动力学理论 ， 频率的变化反应 了结构 刚度的变化 。通过上述频率对 比， 桥梁梁体采取施 加横向预应力的方法加固、 桥墩采用增大截 面的方 法进行加 固后对于提高桥梁横 向刚度的效果是 比较 明 显的 。 6 结论 铁路运输提速的前提条件是桥梁 的刚度必须满 足提速要求 ， 通过对包神铁路 的混凝土桥梁加 固与 分析， 得到采取施加横 向预应力的方法对提高铁路 桥梁刚度是 比较明显的 ， 此方法可用于类 似桥梁 的 加固。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m