既有线桥涵病害形式及整治方案

李士中 上海铁路局阜阳工务段

京九线上海局管内桥梁193座，涵渠680座，基本为1990年前后"三边"（边勘测、边设计、边施工）思路下建成的，当时建设工期紧、工作量大、长年连续施工，后期运营养修过程中暴露出基建遗留问题多，结构寿命短，病害多样化。经过多次提速，现京九线客车速度160 km/h，货车速度 80～100 km/h，属客货混线。根据对京九线运营特点的调查发现具有牵引定数大，通过总重逐年上升，重载列车多，车流密度大，列车速度高，另一方面桥涵设备的大中修更改周期跟不上，造成桥涵病害越来越多，给铁路运输安全带来严峻考验。

1.2 桥梁支座

1 结构类型及病害特征分析

1.1 梁跨结构

梁体主要采用钢筋混凝土和预应力混凝土圬工结构，共计979孔，占总孔数的99.7%，其中预应力钢筋混凝土梁跨度多为16～24 m梁，占75.4%。

(1)梁体裂纹。多集中在跨度16 m左右的梁，主要表现为梁身局部的网状裂纹及水平超长微裂纹、梁腹板斜裂纹、梁体下翼缘受拉区的短细裂纹，如果水渗入裂纹就会使梁内主筋锈蚀，改变主筋和混凝土的受力状态，造成混凝土的防水性和耐久性大为降低，降低梁的使用使命，危害严重（详见图1）。

图1 京九线697#桥

(2)并置п梁、T梁问题：此类结构的问题为两片梁之间横向连接偏弱，梁体腹板厚度较小。混凝土碳化速度容易突破钢筋保护层，造成钢筋锈蚀。在列车作用下，梁体出现整体横向平动，导致梁体的横向振幅过大，甚至超限。

部分桥梁采用弧形钢支座，大部分均采用平板橡胶支座，弧形支座存在上下座板锚螺栓折断，下部抗剪折断较多。平板橡胶支座问题为管内常见病害，突出表现在：支座压溃，四周出现明显不规则的凹凸、弯曲或扭曲，压陷导致支座四角不平甚至无法养护，支座窜动大于110 mm，橡胶老化掉块产生大量裂纹，剪切变形较大。

1.3 墩台及基础

(1)砌石结构：运营以来，随着重载快速，列车密度加大，桥涵砌石部分的问题逐渐暴露出来，主要为勾缝开裂、脱落、不均匀沉降断裂，降低了结构整体性。

(2)柔性及高架墩：主要表现为车辆通过是振幅超限，晃动剧烈，截面小或高度高造成稳定性、刚度差，难以适应重载列车的运营荷载增大和速度提高。

1.4 盖板涵病害

此类结构存在的主要问题是由于多片盖板构成的盖板涵，盖板之间无横向连接，其受力形式不同于整体式，在填方厚度较小的情况下，各片盖板之间的受力分配存在显著差异，竖向荷载的冲击，能量不能被填方充分吸收，致使涵洞出现竖向振动，钢筋应力和疲劳应力幅过大的现象，尤其在列车车轮下面的盖板就先出现裂纹，列车通过张合明显（详见图 2）。

图2 京九线K861+525涵洞

2 预防和整治桥涵病害的措施

当前客货混线条件下，随着运行密度的增加和运量的加大，列车对桥涵结构的作用会进一步加剧，运营安全风险不断加大。针对桥梁涵渠设备存在的突出问题，于2009年及时开展既有桥涵设备最基础的客观的设备状况调查，并进行系统的评估和检测分析。面对现状，对桥梁耐久性问题不可能全部通过一次性更换的方式解决，仅能根据具体情况分别采取更换或补强维修，延长使用寿命的方式进行处理。对影响结构物耐久性的保护层厚度不足、碳化深度过大，预应力混凝土梁裂纹造成承载力不足，防排水体系失效、橡胶支座失效等问题，分别采取不同的处理对策。

2.1 失效桥梁橡胶支座更换

（1）作业流程：搭脚手架→预凿支座以外及支座部分混凝土，达到预定标高及保证作业空间→准备及办理封锁手续→顶梁顶起梁跨一端（两片梁要同起同落），临时用硬木块支垫，支垫要随起随垫，→凿除及支模→落梁及捣垫干硬砂浆→二次顶梁→养生、恢复。

（2）质量标准：①捣固密实，周边抹面平整，无裂纹、空响、积水、不平顺、无三条腿；②与支座间隙＜0.5 mm，深度＜30 mm；③拌和好的砂浆0.5 h后禁止使用。

（3）施工要点：①脚手架高度以工作面到梁底距离便于人员作业为准，对影响施工的横向连接应先拆除，开通前按原标准恢复②在慢行点内支座下凿除面积不得超过支座总面积的1/4，同时用硬木块（楔形木块）垫死，防止发生落梁导致意外③顶梁开始时，在墩台固定位置，做好梁既有标高标记，以观测顶起高度，一般最大顶梁高度不得大于50 mm。④顶镐底座要平整、坚实，顶面应加木垫或胶垫，防止滑脱，立模位置用砂浆找平⑤待干硬砂浆达到100%强度后，在封锁点内顶梁，拆除模板，安装支座，支座以外部位用硬木块塞死与支座共同受力。

2.2 梁端横向限位安装

施工采用∠160×160×10 mm 角钢焊接组成三角形支架，一侧的两个三角形支架并排焊接在一起。主杆、水平杆及斜撑均采用16号等边角钢，斜撑杆顶部与主杆角钢接触面焊接在一起，所有接触面都要焊接且焊接高度不低于6 mm，三角形支架采用螺旋锚杆锚固在墩台顶，支架与梁侧向间隙采用GTZ板式橡胶支座加钢板塞紧，同时在现场因地制宜采用接长支座垫石的方法将梁端横向限位装置安装到位，效果良好。

2.3 低高度铪梁换箱梁施工

（1）架设便梁及要求：在规定施工条件下，将既有轨枕进行方正，将横梁穿入既有两根轨之间的空档，并按横梁布置间距调整好，切忌穿入横梁时，要对准主梁联结板定位。在封锁施工开始后，使用轨道车将便梁运至工地，按计划位置由轨道车将主梁吊卸就位，待主梁垫稳撑牢后，安装联接板及牛腿。便梁拼装应从两端向中间联结钢枕，同一钢枕两端同时连接，整组便梁联结完毕后再调整便梁高低，使便梁整体受力。便梁与线路结合部的枕头处要用袋装石碴堆码牢固，严禁枕头露出。穿入钢枕（小梁）和塞入横梁时必须做好绝缘。

（2）箱体顶进：按施工方案进行应力放散，在封锁点内拆除掉旧梁，顶进设备，安装、调式完毕，确定液压系统可靠，电气操作灵敏准确便可试顶。试顶后进行一次全面的检查，如各部位情况均属良好，便可进行正式顶进作业。顶进时，千斤顶加压应均匀，出现偏差及时调整。要及时测量高程及方向，发现箱体栽头、抬头及方向偏移等情况，及时研究对方向、高程纠偏移处理。

图3 京九线K780+783涵洞

2.4 路基注浆加固处理涵洞沉降

管内京九线的粘砂土质属黄河冲积造成，区域地层为第四系上更新统冲积层（Q3AL）和全新统冲积层（Q4AL），极易造成涵洞的不均匀下沉、基地冒泥、冲刷暗穴等病害，轨控难度大（详见图3）。使用注浆加固处理，效果极佳。注浆加固采用路基本体加固和箱身基底加固分别同步实施，本体包括路基前后10 m范围内，按照图纸距离进行定位、编号，监控点、轨面点、参照点进行注浆前后测量对照，注浆孔设置为单侧4排，路肩范围内2排直孔，道床坡脚及内侧2排斜孔，两线间设置一排直孔，间距1.0 m。基底加固时，可在路基上斜孔直接插入箱底注浆，或从两侧沉降缝，或从底板打孔实施注浆，菱形布孔，每排2孔，排距不低于2 m，孔距不低于2 m，排与排之间交错成孔，孔径40 mm。

3 今后需要加强的重点及建议

（1）强调路桥专业化管理。针对目前桥隧工缺员、设备逐渐老化、病害急剧增加、新线设备增多、人员老龄化突出的现状，一方面从加强管理机构设置入手，合理设置车间、工区及管辖范围、补充桥梁维修队伍、加强维修人员技术素质培养；另一方面成立专门桥隧检测队伍，对既有线桥隧设备病害的疑难杂症从专业角度会诊，开展设备的常规检查、专项检测、新型结构检查测试、检算及安全评估。

（2）提高桥梁机械化维修水平。多年以来，桥涵养修作业基本上是通过手工进行，养桥机械化水平非常低，而且桥梁维修管理作业点多线长。现车间班组配备的交通工具和养修机具严重不足，只有通过机械化作业手段，才能降低职工劳动强度，提高作业效率。

（3）加大既有桥涵设备病害解决的投入。本着"有病治病、治病除根"的思路，尽早尽快通过大修或重整强化投资解决。对一些涉及结构检算或特别设计才能整治的病害需委托设计部门，专题制定整治方案，争取尽快研究，尽早实施。

（4）加强设备的日常检查、观测和维修工作。增大桥涵设备的养修投入，才能保证设备状态的良好均衡。不断探索和引进，及时采用新材料、新技术。落实"检修结合，检重于修"的思路，本着"预防为主，预防与整治相结合"的原则，在设备病害未消除前，要对病害尤其新生病害增加检查观测频次，做好记录，对发展快的病害及时上报，对危机行车安全的要立即采取加固、限速等相应措施。