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铁路特殊结构桥梁的养护维修探讨

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摘要:桥梁是高速铁路应用的一种重要支撑结构,为保证列车运营的安全性、舒适性,高速铁路桥梁结构必须具备应有的横向、豎向和抗扭刚度。自20世纪90年代开始,为建设世界一流的高速铁路,中国开始研究高速铁路桥梁的关键技术,特殊结构桥梁在高速铁路中也得以成功应用。然而,对于特殊结构桥梁的养护维修仍处于探索阶段,如何利用高速铁路仅有的天窗时间对特殊结构桥梁进行养护维修,是当前铁路设备管理单位面临的难题。下面我
     桥梁是高速铁路应用的一种重要支撑结构,为保证列车运营的安全性、舒适性,高速铁路桥梁结构必须具备应有的横向、豎向和抗扭刚度。自20世纪90年代开始,为建设世界一流的高速铁路,中国开始研究高速铁路桥梁的关键技术,特殊结构桥梁在高速铁路中也得以成功应用。然而,对于特殊结构桥梁的养护维修仍处于探索阶段,如何利用高速铁路仅有的天窗时间对特殊结构桥梁进行养护维修,是当前铁路设备管理单位面临的难题。下面我想结合多年对桥梁设备的管理经验探索特殊结构桥梁高效、直接的养护维修办法。 
   一、养护维修基本规定 
  (一)维修周期 
   特殊结构桥梁维修按照“预防为主,防治结合,有病治病,治病除根”的原则,全面推行预防修。按照不同设备类型确定维修周期,混合桥可分类、特大桥可分孔或分段划分维修单元开展维修,以恢复或部分恢复各部件的功能,保持整座设备质量均衡完好。钢梁桥(包括钢桁拱、钢管拱)维修周期为三年,混凝土桥维修周期为五年。 
  (二)维修主要内容 
   1.圬工梁拱、墩台裂缝整治、圬工勾缝、抹面、小量喷浆和压浆,局部翻修和加固修理及局部增设防水层,排水设备的修理和部分增设。 
   2.桥上无砟轨道混凝土底座和凸形挡台外露部分裂缝修补,有砟轨道挡砟块零小更换、整修。 
     3.修理或更换接缝密封装置。 
     4.梁端横向位移限位装置的修理。 
     5.甲板栏杆、消防设备、安全检查设备、抗震设施、水表、轴承防尘罩及各种标志的修理、更换和增设。 
     6.钢结构局部维修涂层、死角防锈、更换失效螺栓;少量铆钉、螺栓或连杆更换;裂纹、损伤和弯曲的现场修复;结构不良的轻微改善;增加防爬角钢。 
   7.混凝土梁裂缝、露筋修补、防水层局部修理、桥梁防排水设施局部整修,梁端伸缩装置整修。 
     8.空车沸腾支架改造、锚栓断裂处理、防尘装置改造、钢件油漆、墩顶排水坡改造等。 
     9.修补裂缝、顶部排水处理、地基保护和修复等。 
  10.桥面及作业通道栏杆的局部更换。 
    11.桥梁防护设备及河道整治建筑改造。 
    12.各类防护设备砌体勾缝修复。 
  13.防护墙、作业通道、救援疏散通道、安全检查设备、抗震设施、空心墩检查梯等的局部整修。 
    14.桥涵标志的增设、修理和更换。 
  15.桥涵限高防护架、桥墩防撞护栏的整治修补。 
  二、钢—混凝土结合梁桥的养护维修 
  钢—混凝土结合梁桥是通过剪力钉等抗剪器把钢梁和桥面板连成整体而共同受力,抗剪器传递钢梁与混凝土桥面板之间的剪力,它是保证钢—混凝土结合梁桥整体工作的关键部位。抗剪对混凝土桥面的影响相当于桥面的纵向劈裂效应。如果混凝土的纵向开裂发生,则总的工作性能将减小,直到组合效果丢失为止。钢-混凝土组合梁桥桥面不存在纵向裂缝.应及时采取加固措施。 
  在连续结合梁支座及其附近的桥面板,如有横向裂缝和渗漏水部位,应重做防水和封闭裂缝。对纵向钢筋失效引起的裂缝,应采取纵向加固措施。预应力混凝土桥面因预应力失效而产生的裂缝,应立即修复加固。 
    对跨中区域桥面裂缝、破碎、磨损等应及时加强和修复。结合板贯穿性裂缝和缺陷应及时修补,以免引起钢梁的锈蚀。对于较大的破碎带,修补时至少应在无活载下进行。全部RC板更换应按原设计施工程序卸载进行。当由于承载力不足对结合梁进行加固时,除对RC板(或PC板)和钢梁加固外,应同时验算剪力键是否满足要求。 
  根据试验研究结果,当梁端相对滑移达到0.1m时,组合作用大大降低。支座及梁端区域结合梁结合面,不得有相对滑移和开裂,当梁端相对滑移时,应及时进行修复。 
    剪切连接器的故障将导致钢梁与混凝土桥面之间的相对分离,即提升。当起重发生时,会出现混凝土路面鼓包、损坏等现象,也会导致组合效应的降低。可以在桥面的原始连接器位置钻开抗剪连接件加固方法,直到剪力连接件可以焊接到钢梁的法兰上,然后用不小于桥面板的混凝土强度等级的细石混凝土填充眼睛。 
  结构尺寸及线形不得有超过规定的变形。针对超标变形可采取下列几种方法加固: 
  (1)在经验算保证结构安全的前提下,加铺或重铺钢筋混凝土垫层。 
  (2)钢梁补强。 
  (3)施加体外预应力。 
  三、系杆拱桥的养护维修 
  (一)钢管混凝土拱肋 
当焊缝在垂直于其方向的交变载荷作用下,焊接缺陷和局部应力集中容易产生疲劳裂纹。该裂纹一旦形成,在应力与腐蚀介质的共同作用下,裂纹迅建扩展,如不及时修复,会引起起严重后果。因此,应注意拱肋的焊接位置,以保持焊接的正常状态。 
如发现使用中的桥梁焊缝存在异常情况,应及时分析处理产生裂纹的原因。当拱肋发现裂缝后,应及时用手电钻在裂纹端钻一直径2~3mm的圆孔,制止裂纹的扩展。当确定钢管混凝土的管道为中空或隔离时,首先对环氧树脂进行钻孔,然后在水泥砂浆为水泥砂浆后关闭钻孔。 
当主梁挠度值异常时,应及时限制运输,查明原因。应委托设计部门进行计算,并采取措施进行处理。 
  (二)拱座 
如果拱座与外露钢管混凝土连接处以上露出的钢管表面出现起皱、开裂,应在消除涂层质量、温度和老化后,将包裹的混凝土向上拉长。若拱座的外包混凝土出现褶皱、龟裂、裂纹,当无明显变形时,可暂用水泥砂浆涂抹,加强观察,分析原因,待稳定后再根据情况进行修复(如压浆,封闭或凿除裂损部分进行修复)。拱座积水应及时清除,保持干净、干燥。在每年冬季和夏季来临之前,应在裸管与管段的接缝处涂上厚厚的润滑脂。 
  (三)吊杆及锚具 
  吊杆出现病害的主要部位是上、下锚头处。冷铸锚和螺栓暴露在大气中。注意防水防锈,螺纹经常涂润滑油,防止腐蚀。定期在吊索系统上涂上防锈剂,刷上防锈漆。当发现吊杆两端锚固件、锚头、吊杆出口密封件、保护套损坏时,应及时处理。当锚头出现裂纹或断裂时,应更换吊杆。   
    (四)系杆 吊杆和系杆是钢管混凝土系杆拱桥的关键构件。钢筋锈蚀已成为影响结构使用寿命和安全的主要因素之一。特别是对于目前设计中使用的高强度材料,桥梁设计是在无缺陷的前提下进行的。如果这些材料有0.02mm的压痕,即材料缺口,局部缺口处的应力将大大增加。0.05mm压痕是肉眼可见的腐蚀坑,对结构的承载能力有很大影响。因此,拉杆应避免横向冲击,注意防水、防锈。钢管和保护罩应注入防锈脂进行保护。对拉杆和保护板的损坏应及时处理。如发现漏油,应补充防锈脂,发现漏油部位并封堵。锚头、锚板保护层、球轴承等应保持良好状态。如果混凝土保护板的裂缝宽度超过0.2 mm,应采用灌浆进行修补。 
   (五)拱上混凝土立柱在检查中若发现混凝土有开裂现象,應注意观察其发展情况。稳定后,根据裂缝情况对裂缝进行修复。如果裂缝发展严重,应查明原因,并委托有关合格单位采取加固措施。如果发现混凝土有外露的钢筋束、剥离等现象,应及时修复。 
   (六)钢拱桥钢拱桥的构造比混凝土拱桥复杂,因此加固工艺也更具针对性,钢拱桥局部构件的维修与加固方法与梁桥类似。 
    当钢拱桥因局部构件锈蚀出现截面损失时,可采用除锈、表面涂装、局部钢结构补强的方式予以维修或加固;采用混凝土桥面板的钢拱桥可将桥面板更换为正交异性钢桥面板,通过降低结构恒载达到提高承载能力的目的;两铰拱和三铰拱结构的钢拱桥受弯矩较小,可通过在铰点施加约束,变铰接为固结,通过提高结构的刚度间接达到加固目的。但加固前应进行结构检算,并对基础进行适当加强。 
    四、斜拉桥的养护维修斜拉桥的桥跨结构(无论是混凝土梁还是钢结构)亦存在梁式桥结构类似的缺陷,桥跨结构的养护与修理除按照钢筋混凝土、预应力混凝土桥或钢桥相应内容进行外,日常养护还应从以下方面进行: 
    斜拉索日常养护维修的重点部位是上、下锚头处,拉索梁端锚固处及锚头、斜拉索出口密封处,减振器等部位。若发现有漏水、积水和脱漆、锈蚀时,应及时处治。拉索梁端锚头及护筒应防潮防锈,并保持清洁、清洁、干燥。 
    应定期清洗更换两端锚具锚杯内的防护油;定期更换钢护筒与套管连接处的防水垫圈及阻尼垫圈。做好接缝处的防水处理;应定期对索端钢护筒涂漆、防锈处理;发现拉索护筒开裂、漏水、渗水等现象时应及时处理。必要时,可剥开已损坏护套,将已潮湿的钢索吹干。对已生锈的钢索应做好除锈处理,再涂刷防护漆及防护油,并用玻璃丝布或其他防护材料包扎严密。 
  对锚头、护套应经常检查养护,严防钢丝锈蚀、断丝,发现断丝应及时分析原因并予以更换;斜拉索的减振设施应注意检查维修,必要时可更换;冷铸锚头和螺栓暴露在大气中,尤其要注意防水防锈,当发现冷铸锚开裂或破损时,则应更换相应斜拉索。 
  发现锚固构件锈蚀可首先除去表面油脂,采用手工除漆除锈,然后涂刷环氧富锌底漆两道,最后用防锈油脂涂覆。 
  下锚头渗水或积水应查明渗水来源并进行密封。当拉索下部积水时,应采取以下步骤进行处治:清洁疏通下锚头排水孔,并在护套接近下锚头处开孔,加速积水的排放;积水排放完毕应通过排水孔向其中吹入干燥热空气除湿,使护套内空气湿度RH≤60%;修补索体护套破损处。 
  锚固区混凝土病害。发现锚固区混凝土松动开裂或剥落,可首先将松动的混凝土除去;重新检查混凝土损坏程度;如混凝土开裂是由于钢筋锈蚀导致,应先清除锈蚀钢筋附近混凝土,将钢筋除锈,再用环氧砂浆修补;如混凝土开裂不是锈蚀所致,如裂缝宽度在0.2mm以下可不做处理,如裂缝宽度超过0.2mm则应将裂缝封闭。 
  索力测试发现索力偏差时,应根据偏差的程度采用不同的维修策略;索力偏差10%以内时刻暂时不采取维修措施,但应增加检测频率;如索力偏差超过10%以上应考虑调索。调索应从误差最大或最小的拉索开始,渐次调整直到所有索力达到设计值。索力调整方案应会同设计方确定。 
  五、结束语 
  随着高速铁路在世界各国的不断发展和建设,桥梁工程技术也在不断进步。展望高速铁路桥梁工程的未来,势必会研发出更新型的工程材料、设计出更合理的桥跨结构来满足各项铁路工程的建设需求。为此,设备管理单位必须找到更经济、更高效的养护维修方法,来适应高速铁路的飞速发展,保障列车的安全运营。