浅谈既有旧线跨度混凝土梁改造加固施工工艺的实施
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摘 要 本文重点介绍既有跨度混凝土梁横向改造加固施工方案、程序、工艺和技术要求。
关键词 既有跨度混凝土梁 改造加固 施工工艺
采用桥梁横向预应力联结加固技术对既有旧线跨度混凝土梁提速改造加固施工，经2011年、2012年两年来的探索实践，取得了良好的效果和显著的经济效益。
一、概述
兰新线西段乌西-阿拉山口间线路（以下简称乌阿线）建线时间为1985年，1991年全线开通运营。全线长456 km，建有桥梁131座，其中95%以上是跨度混凝土T形梁，该部分桥梁按照旧的规范设计，每孔梁两片梁在横隔板接触点上连接，连接断面过小。自1996年检查发现：投入运营的桥梁逐渐出现横隔板断裂、梁体裂缝等病害。部分桥梁由于梁体裂缝超限及横向刚度不足，经检定已不能满足列车运营需要。为确保铁路运营安全，对严重裂缝病害桥的梁体逐年实施了大修更换。自1996年-2005年，共大修换梁15座桥。由于更换梁体工程费用耗资巨大，自2005年-2007年开始尝试采用不换梁的方法对桥梁梁体进行加固，先后采用钢板贴合加固法、梁体横向预应力加固法对6座桥病害梁体进行加固。2007-2009年乌阿线修建复线，一些病害桥梁由于位于双绕区段被废弃或拆除，而由采用新规范设计的横向连接刚度更佳的桥梁取代，使该区段病害桥梁数量大为减少，质量状态有了很好的改观。但乌阿线全线仍有35座桥梁（跨度均在10 m及24 m间）未进行处理。2010年兰新铁路第二复线全面开工建设，该复线设计为新客线，自兰州-乌鲁木齐全程铺设高速铁路，计划将在2014年底建成开通。高速铁路运营对桥梁的技术状态、梁体横向刚度安全储备提出更高的要求。虽然乌阿线不在此次高速铁路铺设范围，但按照高速铁路建设的规划、进程及乌阿线已具备的电气化铁路条件，乌阿线铺设高速的日期，将日趋临近。基于这种考虑，经申报乌鲁木齐铁路局批准，自2011年开始，逐步安排对兰新线乌阿段35座桥既有旧跨度混凝土T形梁全面进行加固。
二、方案设计
1.以2011年加固K1985+103桥（注：新里程K2041+103）四孔普通钢筋混凝土T形梁为例。本设计是在已有常用跨度混凝土梁提速改造加固方法主要研究结果基础上，针对既有梁的承载状况而进行的。桥梁梁体横向加固，主要是保证两片主梁成为整体结构，利于承受横向水平力及偏载等作用，提高梁体的抗扭能力。加固方案为：加厚梁两端各三块横隔板；梁两端腹板中间各增设一块横向联结板；跨中腹板上部增设横向联结板。
2.加固设计原则。（1）梁体跨中横向自振频率和横向振幅满足《铁路桥梁检定规范》要求；（2）尽量控制新增联结重量，减小加固后梁跨中的恒载弯矩；（3）新增联结按预应力结构考虑，具有足够的耐久性；（4）加固工程的实施不影响线路的正常运营；（5）加固工程采用的机具、设备应小型、轻便；（6）采用《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）；（7）以较小的投入，取得较好的效果。
3.主要施工材料及设备。（1）材料：混凝土：C50级，采用TGRM早强水泥砂浆混凝土，塌落度控制在8 cm～10 cm；普通钢筋：HRB335级钢筋 16 mm、 10 mm；预应力筋： 15.24 mm、1 860级低松弛无粘结钢绞线；植筋胶；锚固水泥、锚垫板；混凝土防护涂料。
（2）主要机具、设备。
表1 主要机具、设备一览表
4.施工技术要点。（1）钻孔严禁损伤既有预应力钢筋，尽量避免损伤既有普通钢筋；（2）如果孔位无法避开钢筋，可适当调整钻孔位置，移动距离不应大于50 mm；（3）成孔后，孔眼应用水清洗干净；（4）表面凿毛应采用小型凿毛机，凿毛面应清除原有灰浆层；（5）模板应与原梁可靠联结并有足够的刚度；（6）预应力筋初张拉应力为0.15 fpu；（7）混凝土须进行配合比试验，要求三天内强度、弹性模量达到设计值的80%，如砂石料发生变化，应重做配合比试验；累计20孔梁须做一组弹性模量试验；（8）在混凝土强度、弹性模量达到设计值的80%后，方可进行预应力筋终张拉，张拉控制应力为0.73 fpu；（9）预应力筋终张拉采用YQD230-100型千斤顶，先张拉至设计吨位，顶压锚固后，拉动换向阀重复张拉至设计吨位，拧紧承压螺母，以保证预应力筋回缩量小于1 mm。（10）锚垫板应用环氧砂浆粘于梁体；（11）混凝土强度达到设计强度的80%方可拆除模板；（12）若发现混凝土外观存在缺陷时，应及时修补；（13）切割外露预应力筋必须采用手持砂轮，切口距夹片30 mm以上；（14）张拉用千斤顶必须进行标定，油表、油泵、千斤顶必须配套使用；（15）配套标定千斤顶的有效期为1个月或200次张拉作业。
三、施工步骤及流程
1.搭设作业平台。由于加固的梁为T形梁，且梁底部比腹板厚，利用梁的这种结构，在两T形梁腹板之间撑上方木，铺上木板作为作业平台。梁片外侧需要进行张拉和封锚作业，如果搭设脚手架作业平台，则搭设高度较高，搭设位置较多，且作业时间不长，移动频繁。根据现场实际情况，在梁片外侧进行张拉和封锚作业时，可采用吊篮作为作业平台，将吊篮挂在既有梁人行步板支架上。
2.测量钻孔位置。根据设计图纸及施工规范要求，测量出钻预应力钢筋孔的位置，再使用电子探测仪器探测钻孔处钢筋的情况，如果钻孔的位置有钢筋，则适当调整钻孔的位置，但移动距离不宜大于50 mm。调整孔位时兼顾到两片梁对应部位的预应力钢筋孔同时移动，以保证两片梁的孔位在同一轴线上，且轴线垂直腹板。
3.钻孔。预应力筋孔位经过钢筋探测仪探测和调整后，用钻机钻预应力钢筋孔道，钻孔机用固定支架固定，钻孔中避免损伤预应力筋与主筋，并保证钻孔的水平度和垂直度，同时注意使两片梁的钻孔中心在同一直线上。钻孔完成后，孔内用水清洗干净。4.钢筋绑扎、安装预应力钢筋及波纹管。在预应力钢筋孔以及新旧混凝土结合部位表面凿毛完成后，在梁片之间撑上方木，安装好模板底板。将保留的横隔板主筋与新梁主筋用电焊焊接，然后按照钢筋设计布置图绑扎钢筋，同时安置波纹管，然后将精轧螺纹钢安装在波纹管内，使精轧螺纹钢垂直于梁片，最后将其用螺母固定。
5.安装模板。按横隔板的设计尺寸制作定型组合模板。模板具有足够的强度、刚度和稳定性，能安全可靠地承受混凝土的重力、侧压力；模板表面平整、接合严密并便于拆卸；立模时留天窗，便于混凝土入仓。
6.浇注混凝土。混凝土采用机械搅拌并加入早强型减水剂，人工灌注，小型振捣棒振捣。混凝土所用水泥为普通硅酸盐水泥，石子选用5 mm～20 mm的碎石，砂子采用中粗砂，坍落度以8 cm～10 cm为宜。灌注混凝土前，在新旧混凝土的结合部位喷洒专用界面黏接剂并在模板上涂脱模剂。预留孔部位混凝土修补宜采用干硬性混凝土。当养护达到一定强度后，方可拆除模板。
7.张拉。张拉前首先进行张拉传力柱设计和制作，并对预应力钢筋进行冷拉后的时效处理。张拉工艺采用一端张拉，另一端锚具垫板外旋紧螺母。当混凝土强度达到设计值的80%时方可张拉，张拉前应对千斤顶、油表、油泵进行配套标定（更换千斤顶、油表、油泵的配件后必须重新标定，配套标定使用期为一个月）。张拉时，先张拉跨中段，然后再张拉梁端段，每段两根预应力筋同时张拉。预应力筋张拉前，张拉缸需先顶出50 mm，张拉过程中，油泵进油要缓慢平稳，当张拉力达到预定的吨位后，锁紧螺母，即可顶压回油。
8.封锚。采用细石混凝土封锚，封锚混凝土顶面做成流水坡，与既有混凝土结合部位涂刷2～3道防水涂料。
四、质量控制
（1）凿除混凝土时，混凝土风化、脱落、裂损部分应凿除彻底。
（2）.提高混凝土的浇筑质量，确保其达到设计强度要求，外表要光滑、平整、无蜂窝，内部要密实、均匀。
（3）在既有桥梁上施钻预应力钢筋孔时，应确保两片T梁的孔道在同一轴线上。
（4）张拉预应力钢筋时，应严格控制张拉力，确保达到设计规定的吨位。
（5）混凝土新旧结合部位施工前喷洒专用界面黏接剂，施工后涂刷防水涂料。
（6）按规定制作混凝土、水泥浆试块及钢筋试件。
五、安全保证措施
（1）施工人员进入施工作业面进行施工操作时必须佩戴安全带，对所发放的安全带定期进行回收检查，发现问题及时更换，以保证安全。
（2）施工作业吊篮定期检查，作业面的周围设置安全栏杆，并挂设安全网，以防止施工人员和物资跌落。
（3）预应力钢筋张拉时，严格按规定程序执行防止预应力钢筋拉断或锚具、垫片弹出伤人。
（4）孔道压浆时，施工人员应戴防护眼镜，以免水泥浆喷伤眼睛。
（5）在施工期间必须安排专业安全防护员，防护作业必须执行铁道部规定的安全规定。
（6）作业时必须设安全防护。防护员必须携带能监听列车运行的无线通讯设备，并在住站设联络员，相互间要采取有效通讯手段进行联络。
六、改造加固工程完成情况
2011年安排加固3座、2012年加固16座。经过两年的运营，桥梁使用状态良好。2012年7月，经路局桥检队对部分加固桥进行抽查检定，梁体改造后横向刚度显著增强。2013年按照路局计划，安排继续对乌阿线剩余的16座桥的梁体进行改造加固，目前正在施工中。
七、结论及建议
按照目前工程预算费用计算，若更换一孔梁需要40-45万，包括成品梁购置、运输及架梁安装。若用该横向加固方案，一孔费用只需要10-15万元，可节约费用约30万元；经两年的应用和观察，采用该加固方案使梁体横向连接牢固、刚度增强，不仅保证了行车安全，节约了大量资金，而且施工速度快，不需要申请“天窗”或设置限速，不干扰行车。综上所述，采用桥梁横向预应力联结加固技术对跨度混凝土梁进行加固，具有显著的经济和社会效益，值得在铁路桥梁上推广和运用。