淺談既有舊線跨度混凝土梁改造加固施工工藝的實施

1、    淺談既有舊線跨度混凝土梁改造加固施工工藝的實施    李斌摘 要 本文重點介紹既有跨度混凝土梁橫向改造加固施工方案、程序、工藝和技術(shù)要求。關(guān)鍵詞 既有跨度混凝土梁 改造加固 施工工藝采用橋梁橫向預(yù)應(yīng)力聯(lián)結(jié)加固技術(shù)對既有舊線跨度混凝土梁提速改造加固施工，經(jīng)2011年、2012年兩年來的探索實踐，取得了良好的效果和顯著的經(jīng)濟效益。一、概述蘭新線西段烏西-阿拉山口間線路（以下簡稱烏阿線）建線時間為1985年，1991年全線開通運營。全線長456 km，建有橋梁131座，其中95%以上是跨度混凝土t形梁，該部分橋梁按照舊的規(guī)范設(shè)計，每孔梁兩片梁在橫隔板接

2、觸點上連接，連接斷面過小。自1996年檢查發(fā)現(xiàn)：投入運營的橋梁逐漸出現(xiàn)橫隔板斷裂、梁體裂縫等病害。部分橋梁由于梁體裂縫超限及橫向剛度不足，經(jīng)檢定已不能滿足列車運營需要。為確保鐵路運營安全，對嚴(yán)重裂縫病害橋的梁體逐年實施了大修更換。自1996年-2005年，共大修換梁15座橋。由于更換梁體工程費用耗資巨大，自2005年-2007年開始嘗試采用不換梁的方法對橋梁梁體進行加固，先后采用鋼板貼合加固法、梁體橫向預(yù)應(yīng)力加固法對6座橋病害梁體進行加固。2007-2009年烏阿線修建復(fù)線，一些病害橋梁由于位于雙繞區(qū)段被廢棄或拆除，而由采用新規(guī)范設(shè)計的橫向連接剛度更佳的橋梁取代，使該區(qū)段病害橋梁數(shù)量大為減少，

3、質(zhì)量狀態(tài)有了很好的改觀。但烏阿線全線仍有35座橋梁（跨度均在10 m及24 m間）未進行處理。2010年蘭新鐵路第二復(fù)線全面開工建設(shè)，該復(fù)線設(shè)計為新客線，自蘭州-烏魯木齊全程鋪設(shè)高速鐵路，計劃將在2014年底建成開通。高速鐵路運營對橋梁的技術(shù)狀態(tài)、梁體橫向剛度安全儲備提出更高的要求。雖然烏阿線不在此次高速鐵路鋪設(shè)范圍，但按照高速鐵路建設(shè)的規(guī)劃、進程及烏阿線已具備的電氣化鐵路條件，烏阿線鋪設(shè)高速的日期，將日趨臨近?；谶@種考慮，經(jīng)申報烏魯木齊鐵路局批準(zhǔn)，自2011年開始，逐步安排對蘭新線烏阿段35座橋既有舊跨度混凝土t形梁全面進行加固。二、方案設(shè)計1.以2011年加固k1985+103橋（注：新

4、里程k2041+103）四孔普通鋼筋混凝土t形梁為例。本設(shè)計是在已有常用跨度混凝土梁提速改造加固方法主要研究結(jié)果基礎(chǔ)上，針對既有梁的承載狀況而進行的。橋梁梁體橫向加固，主要是保證兩片主梁成為整體結(jié)構(gòu)，利于承受橫向水平力及偏載等作用，提高梁體的抗扭能力。加固方案為：加厚梁兩端各三塊橫隔板；梁兩端腹板中間各增設(shè)一塊橫向聯(lián)結(jié)板；跨中腹板上部增設(shè)橫向聯(lián)結(jié)板。2.加固設(shè)計原則。（1）梁體跨中橫向自振頻率和橫向振幅滿足鐵路橋梁檢定規(guī)范要求；（2）盡量控制新增聯(lián)結(jié)重量，減小加固后梁跨中的恒載彎矩；（3）新增聯(lián)結(jié)按預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)考慮，具有足夠的耐久性；（4）加固工程的實施不影響線路的正常運營；（5）加固工程采用的

5、機具、設(shè)備應(yīng)小型、輕便；（6）采用鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（tb10002.3-2005）；（7）以較小的投入，取得較好的效果。3.主要施工材料及設(shè)備。（1）材料：混凝土：c50級，采用tgrm早強水泥砂漿混凝土，塌落度控制在8 cm10 cm；普通鋼筋：hrb335級鋼筋 16 mm、 10 mm；預(yù)應(yīng)力筋： 15.24 mm、1 860級低松弛無粘結(jié)鋼絞線；植筋膠；錨固水泥、錨墊板；混凝土防護涂料。（2）主要機具、設(shè)備。表1 主要機具、設(shè)備一覽表4.施工技術(shù)要點。（1）鉆孔嚴(yán)禁損傷既有預(yù)應(yīng)力鋼筋，盡量避免損傷既有普通鋼筋；（2）如果孔位無法避開鋼筋，可適當(dāng)調(diào)整鉆孔位置，

6、移動距離不應(yīng)大于50 mm；（3）成孔后，孔眼應(yīng)用水清洗干凈；（4）表面鑿毛應(yīng)采用小型鑿毛機，鑿毛面應(yīng)清除原有灰漿層；（5）模板應(yīng)與原梁可靠聯(lián)結(jié)并有足夠的剛度；（6）預(yù)應(yīng)力筋初張拉應(yīng)力為0.15 fpu；（7）混凝土須進行配合比試驗，要求三天內(nèi)強度、彈性模量達到設(shè)計值的80%，如砂石料發(fā)生變化，應(yīng)重做配合比試驗；累計20孔梁須做一組彈性模量試驗；（8）在混凝土強度、彈性模量達到設(shè)計值的80%后，方可進行預(yù)應(yīng)力筋終張拉，張拉控制應(yīng)力為0.73 fpu；（9）預(yù)應(yīng)力筋終張拉采用yqd230-100型千斤頂，先張拉至設(shè)計噸位，頂壓錨固后，拉動換向閥重復(fù)張拉至設(shè)計噸位，擰緊承壓螺母，以保證預(yù)應(yīng)力筋回縮

7、量小于1 mm。（10）錨墊板應(yīng)用環(huán)氧砂漿粘于梁體；（11）混凝土強度達到設(shè)計強度的80%方可拆除模板；（12）若發(fā)現(xiàn)混凝土外觀存在缺陷時，應(yīng)及時修補；（13）切割外露預(yù)應(yīng)力筋必須采用手持砂輪，切口距夾片30 mm以上；（14）張拉用千斤頂必須進行標(biāo)定，油表、油泵、千斤頂必須配套使用；（15）配套標(biāo)定千斤頂?shù)挠行跒?個月或200次張拉作業(yè)。三、施工步驟及流程1.搭設(shè)作業(yè)平臺。由于加固的梁為t形梁，且梁底部比腹板厚，利用梁的這種結(jié)構(gòu)，在兩t形梁腹板之間撐上方木，鋪上木板作為作業(yè)平臺。梁片外側(cè)需要進行張拉和封錨作業(yè)，如果搭設(shè)腳手架作業(yè)平臺，則搭設(shè)高度較高，搭設(shè)位置較多，且作業(yè)時間不長，移動頻繁。

8、根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在梁片外側(cè)進行張拉和封錨作業(yè)時，可采用吊籃作為作業(yè)平臺，將吊籃掛在既有梁人行步板支架上。2.測量鉆孔位置。根據(jù)設(shè)計圖紙及施工規(guī)范要求，測量出鉆預(yù)應(yīng)力鋼筋孔的位置，再使用電子探測儀器探測鉆孔處鋼筋的情況，如果鉆孔的位置有鋼筋，則適當(dāng)調(diào)整鉆孔的位置，但移動距離不宜大于50 mm。調(diào)整孔位時兼顧到兩片梁對應(yīng)部位的預(yù)應(yīng)力鋼筋孔同時移動，以保證兩片梁的孔位在同一軸線上，且軸線垂直腹板。3.鉆孔。預(yù)應(yīng)力筋孔位經(jīng)過鋼筋探測儀探測和調(diào)整后，用鉆機鉆預(yù)應(yīng)力鋼筋孔道，鉆孔機用固定支架固定，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，同時注意使兩片梁的鉆孔中心在同一直線上。鉆孔完成后

9、，孔內(nèi)用水清洗干凈。4.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)計布置圖綁扎鋼筋，同時安置波紋管，然后將精軋螺紋鋼安裝在波紋管內(nèi)，使精軋螺紋鋼垂直于梁片，最后將其用螺母固定。 5.安裝模板。按橫隔板的設(shè)計尺寸制作定型組合模板。模板具有足夠的強度、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；立模時留天窗，便于混凝土入倉。6.澆注混凝土?；炷敛捎脵C械攪拌并加入早強型減水劑，人工灌注，小型振搗棒振搗?；炷了盟酁槠胀ü?/p>

10、酸鹽水泥，石子選用5 mm20 mm的碎石，砂子采用中粗砂，坍落度以8 cm10 cm為宜。灌注混凝土前，在新舊混凝土的結(jié)合部位噴灑專用界面黏接劑并在模板上涂脫模劑。預(yù)留孔部位混凝土修補宜采用干硬性混凝土。當(dāng)養(yǎng)護達到一定強度后，方可拆除模板。7.張拉。張拉前首先進行張拉傳力柱設(shè)計和制作，并對預(yù)應(yīng)力鋼筋進行冷拉后的時效處理。張拉工藝采用一端張拉，另一端錨具墊板外旋緊螺母。當(dāng)混凝土強度達到設(shè)計值的80%時方可張拉，張拉前應(yīng)對千斤頂、油表、油泵進行配套標(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)定使用期為一個月）。張拉時，先張拉跨中段，然后再張拉梁端段，每段兩根預(yù)應(yīng)力筋同時張拉。預(yù)應(yīng)力筋

11、張拉前，張拉缸需先頂出50 mm，張拉過程中，油泵進油要緩慢平穩(wěn)，當(dāng)張拉力達到預(yù)定的噸位后，鎖緊螺母，即可頂壓回油。8.封錨。采用細石混凝土封錨，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23道防水涂料。四、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，確保其達到設(shè)計強度要求，外表要光滑、平整、無蜂窩，內(nèi)部要密實、均勻。（3）在既有橋梁上施鉆預(yù)應(yīng)力鋼筋孔時，應(yīng)確保兩片t梁的孔道在同一軸線上。（4）張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋時，應(yīng)嚴(yán)格控制張拉力，確保達到設(shè)計規(guī)定的噸位。（5）混凝土新舊結(jié)合部位施工前噴灑專用界面黏接劑，施工后涂刷防水涂料。（6）按規(guī)定

12、制作混凝土、水泥漿試塊及鋼筋試件。五、安全保證措施（1）施工人員進入施工作業(yè)面進行施工操作時必須佩戴安全帶，對所發(fā)放的安全帶定期進行回收檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時更換，以保證安全。（2）施工作業(yè)吊籃定期檢查，作業(yè)面的周圍設(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。（3）預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉時，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。（4）孔道壓漿時，施工人員應(yīng)戴防護眼鏡，以免水泥漿噴傷眼睛。（5）在施工期間必須安排專業(yè)安全防護員，防護作業(yè)必須執(zhí)行鐵道部規(guī)定的安全規(guī)定。（6）作業(yè)時必須設(shè)安全防護。防護員必須攜帶能監(jiān)聽列車運行的無線通訊設(shè)備，并在住站設(shè)聯(lián)絡(luò)員，相互間要采取有效通訊手段

13、進行聯(lián)絡(luò)。六、改造加固工程完成情況2011年安排加固3座、2012年加固16座。經(jīng)過兩年的運營，橋梁使用狀態(tài)良好。2012年7月，經(jīng)路局橋檢隊對部分加固橋進行抽查檢定，梁體改造后橫向剛度顯著增強。2013年按照路局計劃，安排繼續(xù)對烏阿線剩余的16座橋的梁體進行改造加固，目前正在施工中。七、結(jié)論及建議按照目前工程預(yù)算費用計算，若更換一孔梁需要40-45萬，包括成品梁購置、運輸及架梁安裝。若用該橫向加固方案，一孔費用只需要10-15萬元，可節(jié)約費用約30萬元；經(jīng)兩年的應(yīng)用和觀察，采用該加固方案使梁體橫向連接牢固、剛度增強，不僅保證了行車安全，節(jié)約了大量資金，而且施工速度快，不需要申請“天窗”或設(shè)置

14、限速，不干擾行車。綜上所述，采用橋梁橫向預(yù)應(yīng)力聯(lián)結(jié)加固技術(shù)對跨度混凝土梁進行加固，具有顯著的經(jīng)濟和社會效益，值得在鐵路橋梁上推廣和運用。 5.安裝模板。按橫隔板的設(shè)計尺寸制作定型組合模板。模板具有足夠的強度、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；立模時留天窗，便于混凝土入倉。6.澆注混凝土。混凝土采用機械攪拌并加入早強型減水劑，人工灌注，小型振搗棒振搗。混凝土所用水泥為普通硅酸鹽水泥，石子選用5 mm20 mm的碎石，砂子采用中粗砂，坍落度以8 cm10 cm為宜。灌注混凝土前，在新舊混凝土的結(jié)合部位噴灑專用界面黏接劑并在模板上涂脫模劑。預(yù)留孔部

15、位混凝土修補宜采用干硬性混凝土。當(dāng)養(yǎng)護達到一定強度后，方可拆除模板。7.張拉。張拉前首先進行張拉傳力柱設(shè)計和制作，并對預(yù)應(yīng)力鋼筋進行冷拉后的時效處理。張拉工藝采用一端張拉，另一端錨具墊板外旋緊螺母。當(dāng)混凝土強度達到設(shè)計值的80%時方可張拉，張拉前應(yīng)對千斤頂、油表、油泵進行配套標(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)定使用期為一個月）。張拉時，先張拉跨中段，然后再張拉梁端段，每段兩根預(yù)應(yīng)力筋同時張拉。預(yù)應(yīng)力筋張拉前，張拉缸需先頂出50 mm，張拉過程中，油泵進油要緩慢平穩(wěn)，當(dāng)張拉力達到預(yù)定的噸位后，鎖緊螺母，即可頂壓回油。8.封錨。采用細石混凝土封錨，封錨混凝土頂面做成流水坡，與

16、既有混凝土結(jié)合部位涂刷23道防水涂料。四、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，確保其達到設(shè)計強度要求，外表要光滑、平整、無蜂窩，內(nèi)部要密實、均勻。（3）在既有橋梁上施鉆預(yù)應(yīng)力鋼筋孔時，應(yīng)確保兩片t梁的孔道在同一軸線上。（4）張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋時，應(yīng)嚴(yán)格控制張拉力，確保達到設(shè)計規(guī)定的噸位。（5）混凝土新舊結(jié)合部位施工前噴灑專用界面黏接劑，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。五、安全保證措施（1）施工人員進入施工作業(yè)面進行施工操作時必須佩戴安全帶，對所發(fā)放的安全帶定期進行回收檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時更換，以保證安全。（

17、2）施工作業(yè)吊籃定期檢查，作業(yè)面的周圍設(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。（3）預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉時，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。（4）孔道壓漿時，施工人員應(yīng)戴防護眼鏡，以免水泥漿噴傷眼睛。（5）在施工期間必須安排專業(yè)安全防護員，防護作業(yè)必須執(zhí)行鐵道部規(guī)定的安全規(guī)定。（6）作業(yè)時必須設(shè)安全防護。防護員必須攜帶能監(jiān)聽列車運行的無線通訊設(shè)備，并在住站設(shè)聯(lián)絡(luò)員，相互間要采取有效通訊手段進行聯(lián)絡(luò)。六、改造加固工程完成情況2011年安排加固3座、2012年加固16座。經(jīng)過兩年的運營，橋梁使用狀態(tài)良好。2012年7月，經(jīng)路局橋檢隊對部分加固橋進行抽查檢定，梁體改

18、造后橫向剛度顯著增強。2013年按照路局計劃，安排繼續(xù)對烏阿線剩余的16座橋的梁體進行改造加固，目前正在施工中。七、結(jié)論及建議按照目前工程預(yù)算費用計算，若更換一孔梁需要40-45萬，包括成品梁購置、運輸及架梁安裝。若用該橫向加固方案，一孔費用只需要10-15萬元，可節(jié)約費用約30萬元；經(jīng)兩年的應(yīng)用和觀察，采用該加固方案使梁體橫向連接牢固、剛度增強，不僅保證了行車安全，節(jié)約了大量資金，而且施工速度快，不需要申請“天窗”或設(shè)置限速，不干擾行車。綜上所述，采用橋梁橫向預(yù)應(yīng)力聯(lián)結(jié)加固技術(shù)對跨度混凝土梁進行加固，具有顯著的經(jīng)濟和社會效益，值得在鐵路橋梁上推廣和運用。 5.安裝模板。按橫隔板的設(shè)計尺寸制作

19、定型組合模板。模板具有足夠的強度、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；立模時留天窗，便于混凝土入倉。6.澆注混凝土?；炷敛捎脵C械攪拌并加入早強型減水劑，人工灌注，小型振搗棒振搗?；炷了盟酁槠胀ü杷猁}水泥，石子選用5 mm20 mm的碎石，砂子采用中粗砂，坍落度以8 cm10 cm為宜。灌注混凝土前，在新舊混凝土的結(jié)合部位噴灑專用界面黏接劑并在模板上涂脫模劑。預(yù)留孔部位混凝土修補宜采用干硬性混凝土。當(dāng)養(yǎng)護達到一定強度后，方可拆除模板。7.張拉。張拉前首先進行張拉傳力柱設(shè)計和制作，并對預(yù)應(yīng)力鋼筋進行冷拉后的時效處理。張拉工藝采用一端張拉，另

20、一端錨具墊板外旋緊螺母。當(dāng)混凝土強度達到設(shè)計值的80%時方可張拉，張拉前應(yīng)對千斤頂、油表、油泵進行配套標(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)定使用期為一個月）。張拉時，先張拉跨中段，然后再張拉梁端段，每段兩根預(yù)應(yīng)力筋同時張拉。預(yù)應(yīng)力筋張拉前，張拉缸需先頂出50 mm，張拉過程中，油泵進油要緩慢平穩(wěn)，當(dāng)張拉力達到預(yù)定的噸位后，鎖緊螺母，即可頂壓回油。8.封錨。采用細石混凝土封錨，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23道防水涂料。四、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，確保其達到設(shè)計強度要求，外表要光滑、平整、無蜂窩，內(nèi)部要密實、均勻。（3）在既有橋梁上施鉆預(yù)應(yīng)力鋼筋孔時，應(yīng)確保兩片t梁的孔道在同一軸線上。（4）張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋時，應(yīng)嚴(yán)格控制張拉力，確保達到設(shè)計規(guī)定的噸位。（5）混凝土新舊結(jié)合部位施工前噴灑專用界面黏接劑，施工后涂刷防水涂料。（6）按規(guī)定制