中小跨鐵路橋梁并置梁加固
2015-07-06
一、引言
為實(shí)現(xiàn)快速、安全、舒適的交通運(yùn)輸質(zhì)量，近年來(lái)我國(guó)鐵路實(shí)施了分批分級(jí)的提速計(jì)劃。鐵路線路客運(yùn)允許速度從1OOkm／h，逐步提高到120km／h、140km／h、160km／h和200km／h，與此同時(shí)，貨運(yùn)由50km／h逐步提高到60km／h、80km／h、90km／h和1OOkm／h。橋梁的振動(dòng)一般由環(huán)境激勵(lì)以及人為激勵(lì)引起。中小跨度的橋梁一般考慮人為激勵(lì)影響為主。鐵路橋梁由于人為激勵(lì)源是列車(chē), 不僅垂直方向振動(dòng)大, 而且蛇行波等引起的激勵(lì)使水平方向的振動(dòng)也非常大。橫向振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致脫軌的嚴(yán)重后果。因此,如何避免發(fā)生共振現(xiàn)象是非常重要的。同時(shí)在既有線上存在相當(dāng)一部分中小跨低高度混凝土梁，它們是由兩片之間沒(méi)有橫向聯(lián)結(jié)的梁組成。由于這些無(wú)橫向聯(lián)結(jié)雙片并置的鐵路梁，空間整體工作性能差，橫向剛度弱，在高速行駛列車(chē)的作用下，梁體產(chǎn)生較大的斜彎曲，同時(shí)，車(chē)輛轉(zhuǎn)向架的蛇行運(yùn)動(dòng)激勵(lì)又將引起橋梁橫向振動(dòng)的加劇，從而導(dǎo)致橋梁橫向振幅增大，而橋梁的橫向振幅是判斷橫向剛度的一項(xiàng)重要指標(biāo)，當(dāng)橫向振幅超出《鐵路橋梁檢定規(guī)范》的參考限值時(shí)，將嚴(yán)重影響提速后列車(chē)正常運(yùn)營(yíng)的安全性和舒適度。此外，在無(wú)橫向聯(lián)結(jié)的低高度混凝土梁上進(jìn)行大修(如換枕)施工時(shí)，若在人行道上增加荷載，將會(huì)降低梁體的初始傾覆穩(wěn)定系數(shù)，可能導(dǎo)致梁體的橫向傾覆失穩(wěn)，由此引起的重大事故在京廣線某橋的大修施工中已有發(fā)生。《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》規(guī)定，梁體橫向傾覆穩(wěn)定系數(shù)不應(yīng)小于1．3，是沒(méi)有考慮支座缺陷和變形的，若同時(shí)存在支座缺陷或采用平板橡膠支座時(shí)，這些梁體橫向傾覆失穩(wěn)的危險(xiǎn)性將更為嚴(yán)重。
因此橫向并置梁加固成為既有線中小跨度橋梁維修主要工法
二、并置梁加固工法特點(diǎn)
1、施工中，多工序平行作業(yè)，可充分利用空間，工期短。
2、以橫向張拉作為基準(zhǔn)點(diǎn)，通過(guò)解決小體積混凝土施工和管道壓漿技術(shù)兩個(gè)問(wèn)題，確保了質(zhì)量。
3、工法簡(jiǎn)單，便于操作，投入的機(jī)械設(shè)備少。
4、鋼模板通用性強(qiáng)，制作簡(jiǎn)易，成本低。
5、工藝簡(jiǎn)捷，施工過(guò)程基本不影響后序工程施工和使用。
三、梁體橫向加固施工工藝
?。?）搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)（也稱(chēng)吊欄）
根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)尺寸專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)加工了一套用于焊接橋梁和橋梁橫向聯(lián)接施工的吊欄裝置，經(jīng)過(guò)實(shí)際操作，這套吊欄裝置既方便了橋梁橫向聯(lián)接施工又保證了施工人員安全，且拼裝和拆除十分方便。
?。?）鑿除橫隔板
采用電錘鉆機(jī)鑿除既有梁體內(nèi)側(cè)橫隔板,并在新舊混凝土結(jié)合部位將梁體表面鑿毛至露出石子,用水清洗干凈,以使新舊混凝土連接牢固。鑿除橫隔板時(shí)應(yīng)注意保留隔板內(nèi)鋼筋。橫向預(yù)應(yīng)力筋兩端錨固部位的梁體外表面要進(jìn)行打磨,以便錨具墊板與既有梁體密貼。
?。?）測(cè)量鉆孔位置
根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及施工規(guī)范要求,測(cè)量出鉆預(yù)應(yīng)力鋼筋孔的位置,再使用電子探測(cè)儀器探測(cè)鉆孔處鋼筋的情況,如果鉆孔的位置有鋼筋,則適當(dāng)調(diào)整鉆孔的位置,但移動(dòng)距離不宜大于50 mm。調(diào)整孔位時(shí)兼顧到兩片梁對(duì)應(yīng)部位的預(yù)應(yīng)力鋼筋孔同時(shí)移動(dòng),以保證兩片梁的孔位在同一軸線上,且軸線垂直腹板。
?。?）鉆孔
預(yù)應(yīng)力筋孔位經(jīng)過(guò)鋼筋探測(cè)儀探測(cè)和調(diào)整后,用鉆機(jī)鉆預(yù)應(yīng)力鋼筋孔道,鉆孔機(jī)用固定支架固定,鉆孔中避免損傷預(yù)應(yīng)力筋與主筋,并保證鉆孔的水平度和垂直度,同時(shí)注意使兩片梁的鉆孔中心在同一直線上。鉆孔完成后,孔內(nèi)用水清洗干凈。
?。?）鋼筋綁扎、安裝預(yù)應(yīng)力鋼筋及波紋管
在預(yù)應(yīng)力鋼筋孔以及新舊混凝土結(jié)合部位表面鑿毛完成后,在梁片之間撐上方木,安裝好模板底板。將保留的橫隔板主筋與新梁主筋用電焊焊接,然后按照鋼筋設(shè)計(jì)布置圖綁扎鋼筋,同時(shí)安置波紋管,然后將預(yù)應(yīng)力鋼絞線安裝在波紋管內(nèi),使預(yù)應(yīng)力鋼絞線垂直于梁片,最后將其用張拉鎖定固定。
?。?）安裝模板
按橫隔板的設(shè)計(jì)尺寸制作定型組合模板。模板具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性,能安全可靠地承受混凝土的重力、側(cè)壓力;模板表面平整、接合嚴(yán)密并便于拆卸;立模時(shí)留天窗,便于混凝土入倉(cāng)。
?。?）澆注混凝土
混凝土采用機(jī)械攪拌并加入早強(qiáng)型減水劑,人工灌注,小型振搗棒振搗?；炷了盟酁?25普通硅酸鹽水泥,石子選用5～20 mm 的碎石,砂子采用中粗砂,坍落度以5～7 cm 為宜。灌注混凝土前,在新舊混凝土的結(jié)合部位噴灑專(zhuān)用界面粘接劑并在模板上涂脫模劑。預(yù)留孔部位混凝土修補(bǔ)宜采用干硬性混凝土。當(dāng)養(yǎng)護(hù)達(dá)到一定強(qiáng)度后,方可拆除模板。
?。?）張拉
張拉前首先進(jìn)行張拉傳力柱設(shè)計(jì)和制作,并對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行冷拉后的時(shí)效處理。張拉工藝采用一端張拉,另一端錨具墊板外旋緊螺母。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的80 %時(shí)方可張拉[1 ] ,張拉前應(yīng)對(duì)千斤頂、油表、油泵進(jìn)行配套標(biāo)定(更換千斤頂、油表、油泵的配件后必須重新標(biāo)定,配套標(biāo)定。張拉時(shí),先張拉跨中段,然后再?gòu)埨憾硕?每段兩根預(yù)應(yīng)力筋同時(shí)張拉。預(yù)應(yīng)力筋張拉前,張拉缸需先頂出50 mm ,張拉過(guò)程中,油泵進(jìn)油要緩慢平穩(wěn),當(dāng)張拉力達(dá)到預(yù)定的噸位后,鎖緊螺母,即可頂壓回油。
（9）孔道壓漿、封錨
從拌水泥漿到開(kāi)始向孔道壓漿,間隔時(shí)間不大于40 min 。在壓漿前,水泥漿不斷攪動(dòng),以防流動(dòng)性降低。為保證孔道全部充漿,在水泥漿凝固前,塞子、蓋子或氣門(mén)不得移動(dòng)或打開(kāi)。水泥漿壓注工作在一次作業(yè)中連續(xù)進(jìn)行,并讓出口處冒出廢漿,直至不含水沫氣體的漿液排出,其稠度與壓漿的漿液稠度相同時(shí)停止(流出漿液的噴射時(shí)間不少于11 s) 。然后應(yīng)將所有出漿口和孔眼封閉,壓漿端的水泥漿最小壓力升至0. 7 MPa ,維持10 s。最后采用細(xì)石混凝土封錨,封錨混凝土頂面做成流水坡,與既有混凝土結(jié)合部位涂刷2～3 道防水涂料。
四、 既有線鐵路橋梁橫向加固手段
4.1預(yù)應(yīng)力筋橫向張拉
其主要加固原理為在同孔兩片梁體之間增設(shè)橫隔梁，通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力筋增加預(yù)應(yīng)力，提高梁體的穩(wěn)定度。其中預(yù)應(yīng)力筋和原結(jié)構(gòu)之間屬于無(wú)粘結(jié)連接，只是在梁體外端的錨具鎖定部位和原來(lái)的梁體連接，在對(duì)梁體增加少量荷載力的情況下，能較好提高梁體的穩(wěn)定性與剛度。
4.2纖維布粘貼法
纖維作為加固橋梁的新型材料，其具有安全、可靠、經(jīng)濟(jì)使用、施工方便、綜合成本低等特點(diǎn)，且該種方法加固后不會(huì)影響橋梁的外型美觀及原結(jié)構(gòu)形式，不會(huì)增加荷載力，對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)也沒(méi)有額外的承重。纖維布粘貼法能夠較好保證橋梁表面的平整，近年來(lái)得以廣泛應(yīng)用。
4.3鋼板加固法
鋼板加固法的施工相對(duì)方便，其主要施工方法是以環(huán)氧樹(shù)脂砂漿為粘接劑，用錨固螺栓作為對(duì)鋼板加壓的工具，促進(jìn)鋼板粘接牢固，在與梁體間共同承受變形壓力時(shí)，產(chǎn)生較強(qiáng)的拉應(yīng)力與剪應(yīng)力。在施工中，應(yīng)注意原結(jié)構(gòu)混凝土和鋼板之間的粘接與錨固質(zhì)量。其加固效果主要取決于施工操作水平和膠粘技術(shù)。但這種加固方法的缺點(diǎn)較明顯，一方面會(huì)增加梁體的荷載力，另一方面鋼板長(zhǎng)時(shí)間容易產(chǎn)生腐蝕，需要增加防銹手段。
4.4提高慣性矩
該種施工方法主要是將截面加厚、加寬、加高，提高截面的慣性在梁體上的慣性距。在下翼緣中，每間隔一段距離進(jìn)行打孔、錨固鋼筋，提高新舊混凝土的結(jié)合力。提高慣性矩的施工方法簡(jiǎn)單、工藝較成熟，但是其施工的工序較多，增加了結(jié)構(gòu)的荷載力與體積，難以保證施工質(zhì)量。
五、質(zhì)量控制
1、鑿除混凝土?xí)r,混凝土風(fēng)化、脫落、裂損部分應(yīng)鑿除徹底。
2、提高混凝土的澆筑質(zhì)量,確保其達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求,外表要光滑、平整、無(wú)蜂窩,內(nèi)部要密實(shí)、均勻。
3、在既有橋梁上施鉆預(yù)應(yīng)力鋼筋孔時(shí),應(yīng)確保兩片梁的孔道在同一軸線上。
4、張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí),應(yīng)嚴(yán)格控制張拉力,確保達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的噸位。
5、混凝土新舊結(jié)合部位施工前噴灑專(zhuān)用界面粘接劑,施工后涂刷防水涂料。
6、按規(guī)定制作混凝土、水泥漿試塊及鋼筋試件。
六、安全保證措施
1、建立現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電檢查及管理制度 ,確保用電安全。
2、施工人員進(jìn)入施工作業(yè)面進(jìn)行施工操作時(shí)必須配帶安全帶 ,對(duì)所發(fā)放的安全帶定期進(jìn)行回收檢查 ,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)更換 ,以保證安全。
3、施工作業(yè)吊籃定期檢查 ,作業(yè)面的周?chē)O(shè)置安全欄桿 ,并掛設(shè)安全網(wǎng) ,以防止施工人員和物資跌落水中。
4、在施工作業(yè)吊籃的安裝和拆除時(shí)要注意操作人員的安全互保,互相協(xié)作。
5、預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉時(shí) ,嚴(yán)格按規(guī)定程序執(zhí)行防止預(yù)應(yīng)力鋼筋拉斷或錨具、 墊片彈出傷人。
6、孔道壓漿時(shí) ,施工人員應(yīng)戴防護(hù)眼鏡 ,以免水泥漿噴傷眼睛。
7、施工人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)必須配戴安全帽。
七、結(jié)語(yǔ)
1、采用吊攔進(jìn)行橫向聯(lián)接施工，是保證施工質(zhì)量和安全，提高施工效率的好辦法特別適用于高墩、長(zhǎng)跨以及跨線橋梁的施工。
2、鐵路簡(jiǎn)支梁橋分片時(shí)進(jìn)行橫隔板聯(lián)結(jié)后，由于橫向鋼度較弱，在運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)過(guò)一些問(wèn)題，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合道碴增厚、線路設(shè)備增加和列車(chē)檢查情況，對(duì)梁體進(jìn)行橫向張拉和橋面板聯(lián)接，大大提高了橋梁整體性和橫向鋼度，對(duì)提高速度。保證安全是十分有利的。并置梁加固施工 ,簡(jiǎn)便易行。施工中只要按照規(guī)定程序進(jìn)行 ,完全滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范文件要求。經(jīng)抽查檢驗(yàn) ,新舊橫隔板間混凝土結(jié)合良好。
3、橋梁施工時(shí)，必須嚴(yán)格控制支座標(biāo)準(zhǔn)預(yù)埋尺寸和張拉鋼筋預(yù)留孔道。
