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鐵路特殊結構橋梁的養護維修探討

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摘要:橋梁是高速鐵路應用的一種重要支撐結構,為保證列車運營的安全性、舒適性,高速鐵路橋梁結構必須具備應有的橫向、豎向和抗扭剛度。自20世紀90年代開始,為建設世界一流的高速鐵路,中國開始研究高速鐵路橋梁的關鍵技術,特殊結構橋梁在高速鐵路中也得以成功應用。然而,對于特殊結構橋梁的養護維修仍處于探索階段,如何利用高速鐵路僅有的天窗時間對特殊結構橋梁進行養護維修,是當前鐵路設備管理單位面臨的難題。下面我
     橋梁是高速鐵路應用的一種重要支撐結構,為保證列車運營的安全性、舒適性,高速鐵路橋梁結構必須具備應有的橫向、豎向和抗扭剛度。自20世紀90年代開始,為建設世界一流的高速鐵路,中國開始研究高速鐵路橋梁的關鍵技術,特殊結構橋梁在高速鐵路中也得以成功應用。然而,對于特殊結構橋梁的養護維修仍處于探索階段,如何利用高速鐵路僅有的天窗時間對特殊結構橋梁進行養護維修,是當前鐵路設備管理單位面臨的難題。下面我想結合多年對橋梁設備的管理經驗探索特殊結構橋梁高效、直接的養護維修辦法。 
   一、養護維修基本規定 
  (一)維修周期 
   特殊結構橋梁維修按照“預防為主,防治結合,有病治病,治病除根”的原則,全面推行預防修。按照不同設備類型確定維修周期,混合橋可分類、特大橋可分孔或分段劃分維修單元開展維修,以恢復或部分恢復各部件的功能,保持整座設備質量均衡完好。鋼梁橋(包括鋼桁拱、鋼管拱)維修周期為三年,混凝土橋維修周期為五年。 
  (二)維修主要內容 
   1.圬工梁拱、墩臺裂縫整治、圬工勾縫、抹面、小量噴漿和壓漿,局部翻修和加固修理及局部增設防水層,排水設備的修理和部分增設。 
   2.橋上無砟軌道混凝土底座和凸形擋臺外露部分裂縫修補,有砟軌道擋砟塊零小更換、整修。 
     3.修理或更換接縫密封裝置。 
     4.梁端橫向位移限位裝置的修理。 
     5.甲板欄桿、消防設備、安全檢查設備、抗震設施、水表、軸承防塵罩及各種標志的修理、更換和增設。 
     6.鋼結構局部維修涂層、死角防銹、更換失效螺栓;少量鉚釘、螺栓或連桿更換;裂紋、損傷和彎曲的現場修復;結構不良的輕微改善;增加防爬角鋼。 
   7.混凝土梁裂縫、露筋修補、防水層局部修理、橋梁防排水設施局部整修,梁端伸縮裝置整修。 
     8.空車沸騰支架改造、錨栓斷裂處理、防塵裝置改造、鋼件油漆、墩頂排水坡改造等。 
     9.修補裂縫、頂部排水處理、地基保護和修復等。 
  10.橋面及作業通道欄桿的局部更換。 
    11.橋梁防護設備及河道整治建筑改造。 
    12.各類防護設備砌體勾縫修復。 
  13.防護墻、作業通道、救援疏散通道、安全檢查設備、抗震設施、空心墩檢查梯等的局部整修。 
    14.橋涵標志的增設、修理和更換。 
  15.橋涵限高防護架、橋墩防撞護欄的整治修補。 
  二、鋼—混凝土結合梁橋的養護維修 
  鋼—混凝土結合梁橋是通過剪力釘等抗剪器把鋼梁和橋面板連成整體而共同受力,抗剪器傳遞鋼梁與混凝土橋面板之間的剪力,它是保證鋼—混凝土結合梁橋整體工作的關鍵部位。抗剪對混凝土橋面的影響相當于橋面的縱向劈裂效應。如果混凝土的縱向開裂發生,則總的工作性能將減小,直到組合效果丟失為止。鋼-混凝土組合梁橋橋面不存在縱向裂縫.應及時采取加固措施。 
  在連續結合梁支座及其附近的橋面板,如有橫向裂縫和滲漏水部位,應重做防水和封閉裂縫。對縱向鋼筋失效引起的裂縫,應采取縱向加固措施。預應力混凝土橋面因預應力失效而產生的裂縫,應立即修復加固。 
    對跨中區域橋面裂縫、破碎、磨損等應及時加強和修復。結合板貫穿性裂縫和缺陷應及時修補,以免引起鋼梁的銹蝕。對于較大的破碎帶,修補時至少應在無活載下進行。全部RC板更換應按原設計施工程序卸載進行。當由于承載力不足對結合梁進行加固時,除對RC板(或PC板)和鋼梁加固外,應同時驗算剪力鍵是否滿足要求。 
  根據試驗研究結果,當梁端相對滑移達到0.1m時,組合作用大大降低。支座及梁端區域結合梁結合面,不得有相對滑移和開裂,當梁端相對滑移時,應及時進行修復。 
    剪切連接器的故障將導致鋼梁與混凝土橋面之間的相對分離,即提升。當起重發生時,會出現混凝土路面鼓包、損壞等現象,也會導致組合效應的降低。可以在橋面的原始連接器位置鉆開抗剪連接件加固方法,直到剪力連接件可以焊接到鋼梁的法蘭上,然后用不小于橋面板的混凝土強度等級的細石混凝土填充眼睛。 
  結構尺寸及線形不得有超過規定的變形。針對超標變形可采取下列幾種方法加固: 
  (1)在經驗算保證結構安全的前提下,加鋪或重鋪鋼筋混凝土墊層。 
  (2)鋼梁補強。 
  (3)施加體外預應力。 
  三、系桿拱橋的養護維修 
  (一)鋼管混凝土拱肋 
當焊縫在垂直于其方向的交變載荷作用下,焊接缺陷和局部應力集中容易產生疲勞裂紋。該裂紋一旦形成,在應力與腐蝕介質的共同作用下,裂紋迅建擴展,如不及時修復,會引起起嚴重后果。因此,應注意拱肋的焊接位置,以保持焊接的正常狀態。 
如發現使用中的橋梁焊縫存在異常情況,應及時分析處理產生裂紋的原因。當拱肋發現裂縫后,應及時用手電鉆在裂紋端鉆一直徑2~3mm的圓孔,制止裂紋的擴展。當確定鋼管混凝土的管道為中空或隔離時,首先對環氧樹脂進行鉆孔,然后在水泥砂漿為水泥砂漿后關閉鉆孔。 
當主梁撓度值異常時,應及時限制運輸,查明原因。應委托設計部門進行計算,并采取措施進行處理。 
  (二)拱座 
如果拱座與外露鋼管混凝土連接處以上露出的鋼管表面出現起皺、開裂,應在消除涂層質量、溫度和老化后,將包裹的混凝土向上拉長。若拱座的外包混凝土出現褶皺、龜裂、裂紋,當無明顯變形時,可暫用水泥砂漿涂抹,加強觀察,分析原因,待穩定后再根據情況進行修復(如壓漿,封閉或鑿除裂損部分進行修復)。拱座積水應及時清除,保持干凈、干燥。在每年冬季和夏季來臨之前,應在裸管與管段的接縫處涂上厚厚的潤滑脂。 
  (三)吊桿及錨具 
  吊桿出現病害的主要部位是上、下錨頭處。冷鑄錨和螺栓暴露在大氣中。注意防水防銹,螺紋經常涂潤滑油,防止腐蝕。定期在吊索系統上涂上防銹劑,刷上防銹漆。當發現吊桿兩端錨固件、錨頭、吊桿出口密封件、保護套損壞時,應及時處理。當錨頭出現裂紋或斷裂時,應更換吊桿。   
    (四)系桿 吊桿和系桿是鋼管混凝土系桿拱橋的關鍵構件。鋼筋銹蝕已成為影響結構使用壽命和安全的主要因素之一。特別是對于目前設計中使用的高強度材料,橋梁設計是在無缺陷的前提下進行的。如果這些材料有0.02mm的壓痕,即材料缺口,局部缺口處的應力將大大增加。0.05mm壓痕是肉眼可見的腐蝕坑,對結構的承載能力有很大影響。因此,拉桿應避免橫向沖擊,注意防水、防銹。鋼管和保護罩應注入防銹脂進行保護。對拉桿和保護板的損壞應及時處理。如發現漏油,應補充防銹脂,發現漏油部位并封堵。錨頭、錨板保護層、球軸承等應保持良好狀態。如果混凝土保護板的裂縫寬度超過0.2 mm,應采用灌漿進行修補。 
   (五)拱上混凝土立柱在檢查中若發現混凝土有開裂現象,應注意觀察其發展情況。穩定后,根據裂縫情況對裂縫進行修復。如果裂縫發展嚴重,應查明原因,并委托有關合格單位采取加固措施。如果發現混凝土有外露的鋼筋束、剝離等現象,應及時修復。 
   (六)鋼拱橋鋼拱橋的構造比混凝土拱橋復雜,因此加固工藝也更具針對性,鋼拱橋局部構件的維修與加固方法與梁橋類似。 
    當鋼拱橋因局部構件銹蝕出現截面損失時,可采用除銹、表面涂裝、局部鋼結構補強的方式予以維修或加固;采用混凝土橋面板的鋼拱橋可將橋面板更換為正交異性鋼橋面板,通過降低結構恒載達到提高承載能力的目的;兩鉸拱和三鉸拱結構的鋼拱橋受彎矩較小,可通過在鉸點施加約束,變鉸接為固結,通過提高結構的剛度間接達到加固目的。但加固前應進行結構檢算,并對基礎進行適當加強。 
    四、斜拉橋的養護維修斜拉橋的橋跨結構(無論是混凝土梁還是鋼結構)亦存在梁式橋結構類似的缺陷,橋跨結構的養護與修理除按照鋼筋混凝土、預應力混凝土橋或鋼橋相應內容進行外,日常養護還應從以下方面進行: 
    斜拉索日常養護維修的重點部位是上、下錨頭處,拉索梁端錨固處及錨頭、斜拉索出口密封處,減振器等部位。若發現有漏水、積水和脫漆、銹蝕時,應及時處治。拉索梁端錨頭及護筒應防潮防銹,并保持清潔、清潔、干燥。 
    應定期清洗更換兩端錨具錨杯內的防護油;定期更換鋼護筒與套管連接處的防水墊圈及阻尼墊圈。做好接縫處的防水處理;應定期對索端鋼護筒涂漆、防銹處理;發現拉索護筒開裂、漏水、滲水等現象時應及時處理。必要時,可剝開已損壞護套,將已潮濕的鋼索吹干。對已生銹的鋼索應做好除銹處理,再涂刷防護漆及防護油,并用玻璃絲布或其他防護材料包扎嚴密。 
  對錨頭、護套應經常檢查養護,嚴防鋼絲銹蝕、斷絲,發現斷絲應及時分析原因并予以更換;斜拉索的減振設施應注意檢查維修,必要時可更換;冷鑄錨頭和螺栓暴露在大氣中,尤其要注意防水防銹,當發現冷鑄錨開裂或破損時,則應更換相應斜拉索。 
  發現錨固構件銹蝕可首先除去表面油脂,采用手工除漆除銹,然后涂刷環氧富鋅底漆兩道,最后用防銹油脂涂覆。 
  下錨頭滲水或積水應查明滲水來源并進行密封。當拉索下部積水時,應采取以下步驟進行處治:清潔疏通下錨頭排水孔,并在護套接近下錨頭處開孔,加速積水的排放;積水排放完畢應通過排水孔向其中吹入干燥熱空氣除濕,使護套內空氣濕度RH≤60%;修補索體護套破損處。 
  錨固區混凝土病害。發現錨固區混凝土松動開裂或剝落,可首先將松動的混凝土除去;重新檢查混凝土損壞程度;如混凝土開裂是由于鋼筋銹蝕導致,應先清除銹蝕鋼筋附近混凝土,將鋼筋除銹,再用環氧砂漿修補;如混凝土開裂不是銹蝕所致,如裂縫寬度在0.2mm以下可不做處理,如裂縫寬度超過0.2mm則應將裂縫封閉。 
  索力測試發現索力偏差時,應根據偏差的程度采用不同的維修策略;索力偏差10%以內時刻暫時不采取維修措施,但應增加檢測頻率;如索力偏差超過10%以上應考慮調索。調索應從誤差最大或最小的拉索開始,漸次調整直到所有索力達到設計值。索力調整方案應會同設計方確定。 
  五、結束語 
  隨著高速鐵路在世界各國的不斷發展和建設,橋梁工程技術也在不斷進步。展望高速鐵路橋梁工程的未來,勢必會研發出更新型的工程材料、設計出更合理的橋跨結構來滿足各項鐵路工程的建設需求。為此,設備管理單位必須找到更經濟、更高效的養護維修方法,來適應高速鐵路的飛速發展,保障列車的安全運營。 
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