铁路桥梁支架病害修复治理技术研究与应用

周 恒 , 韩延勤 , 李桂君

（兖矿集团铁路运输处，山东 邹城 273500）

1 矿区铁路桥梁支架存在的问题

兖矿集团自营铁路大小桥梁共43 座，长度约5593 延米，其中特大桥2 座，大桥4 座，其余为中小桥，主要结构形式为简支梁结构，桥梁两侧为钢结构支架支撑的人行道及护栏，钢结构支架通过预埋的固定螺栓与桥梁梁体连接。钢结构支架与桥梁梁体连接螺栓出现锈蚀、脱落、拔出，支架角钢锈蚀、开裂等现象，致使人行道及护栏钢结构支架出现下坠，严重的部分甚至出现人行道及护栏倾斜达20°，严重威胁作业人员安全；同时在人行道及护栏两侧，常敷设有铁路信号通信电缆及光缆、电力电缆等，一旦出现人行道及护栏坠落，将直接造成电缆光缆断裂，中断铁路行车，存在极大的安全隐患。

2 矿区铁路简支梁桥人行道及护栏支架病害修复的必要性

鉴于矿区铁路多座简支梁桥人行道及护栏钢结构支架（以下简称“桥梁支架”）存在的病害情况，选取一座具有代表性的桥梁进行病害修复治理技术研究非常必要。电厂线K5+370 处的胜利河桥，桥长159m，结构为简支梁有碴桥，桥梁两侧各设有钢结构支架支撑的1.5 米宽钢制人行道及护栏，护栏东侧敷设有槽钢防护的信号及通信电缆。经30 多年的应用，该桥梁钢结构支架与桥梁固定连接螺栓出现锈蚀、脱落、拔出，支架锈蚀、局部开裂等情况，钢结构支架连续失效导致桥东端两侧人行道及护栏出现整体倾斜下坠30～50cm，长度22.0m，桥西部南侧局部护栏倾斜下坠30- 40cm，长度16.5m，倾斜下坠倾角达20°以上，作业人员无法上桥作业；同时桥梁护栏支架如继续下坠会导致电缆光缆拉断，进而影响铁路运输。如何解决矿区铁路简支梁桥钢结构支架存在的病害问题，消除线路存在的安全隐患，确保铁路设施安全、持续、稳定运行，是工程技术人员亟需解决的问题。

3 治理技术方案

3.1 设计方案及研发应用过程

本着科学合理、安全可靠、经济适用的原则，开展电厂线胜利桥梁支架病害修复治理技术研究，消除矿区铁路简支梁桥人行道及护栏存在的隐患。结合桥梁支架、人行道及护栏存在的不同程度的病害，研究在不影响行车安全的前提下，对支架采用自行设计螺栓组件连接、高强度化学螺栓锚固等新工艺、新材料，同时对局部损坏严重的支架、人行道及护栏整体更换，对既有电缆槽及电缆提前防护，确保作业人员、既有设施及行车安全。研发应用过程：现场调查胜利河桥桥梁支架、人行道及护栏存在病害位置及程度→初步方案设计→现场螺栓组件及锚固试验→完善设计图纸（见图1）和治理方案→治理机具及材料准备→人行道电缆槽防护→桥梁支架加工、制作→拆除失效护栏及支架→清理道碴沟、锚固化学螺栓→螺栓组合构件安装→桥梁支架栏安装→人行道及护栏除锈、刷漆→电缆槽恢复。

图1 桥梁支架病害修复治理设计图

3.2 关键技术

3.2.1 自行设计固定螺栓组合构件

胜利河桥既有桥梁钢结构支架上部螺栓安装位置处于梁体挡碴墙上部边缘，挡碴墙顶部宽度约15cm，长时间风化出现裂纹脱落现象，并且内部钢筋密布无法直接钻眼锚固螺栓。为避免损伤桥梁钢筋，根据现场情况，课题组经过多次现场试验、研究论证，自行设计了桥梁支架固定螺栓组合构件（如图1 所示）。具体设计方案：在桥梁钢筋空隙钻眼，用加工L型螺栓穿眼与桥梁内侧锚固的化学螺栓焊接，桥梁内侧清理石碴至梁体底板，在地板钻眼锚固化学螺栓，用等直径的钢筋与L 型螺栓焊接，在梁体内侧L 型螺栓水平段套置一块加工好的钢板（200*150*8），钢板紧贴梁体内侧壁与螺栓焊接。L 型螺栓、方形钢板、底板锚固化学螺栓连成一体成为固定螺栓组合构件。在梁体内侧组件周围绑扎“井”字形钢筋网，梁体内壁凿毛用C30 砼将螺栓组合构件与钢筋网浇筑在一起，新浇筑砼体积为350*250*300。用加工L 型螺栓穿眼与桥梁内侧底板锚固的化学螺栓用等直径的钢筋焊接，在梁体内侧L 型螺栓水平段套置一块钢板（200*150*8）。锚固支架的同时对桥梁挡碴墙起到加固作用。

图2 固定螺栓组合构件及安装设计图

3.2.2 引入、应用高强度化学螺栓锚固

支架下部螺栓及内侧底板采用高强度化学锚固螺栓，锚固力强，形同预埋无膨胀应力，经试用后效果良好。高强化学锚栓是由乙烯基树脂为主体原料的高强度锚栓，耐酸碱、耐低温、耐老化耐热性能良好，常温下无蠕变耐水渍，在潮湿环境中长期负荷稳定，抗焊性、阻燃性能良好，抗震性能良好；其优势是锚固力强，形同预埋无膨胀应力，边距间距小安装快捷，凝固迅速，节省施工时间；采用玻璃管包装利于目测管剂质量，玻璃管粉碎后充当细骨料，粘接充分。具体实施方案：采用M20×260 螺栓，化学胶管为HYJ20，钻孔直径为24mm，钻孔深度170mm，钻孔时根据螺栓规格对应直径与深度要求，钻孔完毕用毛刷和气筒彻底清空，通常反复三次；植入胶管将高强化学胶管按方向植入孔中，埋入螺栓，用电动工具将螺栓钻入孔中，钻速应不大于750r/min；静置硬化，根据治理现场环境温度，等待足够时间硬化；最后安装角钢支架。

3.2.3 人行道及护栏的局部更换及加强修复治理

依据设计院出具的设计方案，需对胜利河桥（长175m）两侧人行道及护栏全部更换，需治理资金80 万元。课题组针对桥梁支架、人行道及护栏损坏轻重不一，多次组织现场评估、鉴定、测量，确定对严重下坠部分进行了整垮拆除更换（两侧共计60.5m），对其他部位进行了加固处理（100 处）的方案。根据桥梁人行道宽度确定支架长度，支架采用L75×75×8 角钢，手弧焊形式焊接，下料时加工坡口，将焊缝两侧20～30mm 范围内用丙酮擦净。焊接时不要在焊件上随意引弧，焊后可采取强制冷却措施，加速接头冷却速度。

图3 桥梁人行道及护栏、支架断面图

4 桥梁支架病害修复治理技术的应用效果

课题组组织完成了电厂线胜利河桥桥梁支架的病害修复治理，经过1 年多的现场持续应用，效果良好，有效解决了桥梁支架关键节点病害治理的问题，消除了安全隐患，确保了作业人员、铁路设施及行车安全，实现了铁路运输的安全畅通；该治理方案因地制宜、安全可靠、成本低、易实施，提高了治理效率，节约了大量资金；为矿区铁路桥梁支架、人行道及护栏修复治理提供了科学依据与指导，对其他地段出现类似问题的桥梁均可参照治理，具有广泛的推广应用价值。