既有鐵路橋損傷檢測評估

段峰濤 王 濤

(中鐵三局集團有限公司，山西太原 030006)

鐵路是我國最重要的交通運輸方式之一，由于其可靠的安全性和承載量大這兩大優(yōu)點，每年國家花費大量人力物力財力修建鐵路，其中鐵路橋梁已經(jīng)占據(jù)了舉足輕重的地位。隨著交通事業(yè)的不斷發(fā)展，為了滿足日益增長的客貨運輸需求，列車不斷提速，車輛軸重也不斷提高，對既有鐵路橋梁的強度提出了巨大的挑戰(zhàn)。針對既有鐵路出現(xiàn)的病害及未來列車對鐵路橋梁的高要求，提出了對鐵路橋梁主梁進行加固的方法。以某既有鐵路橋進行檢測為例提出加固方法。

1 橋梁檢測的主要內(nèi)容

既有橋梁的檢測與損傷識別在20世紀50年代被提出。檢測方法主要有局部檢測、表觀檢查、靜載和動力特性試驗等。這些結(jié)構(gòu)檢測方法和評價體系指導了橋梁結(jié)構(gòu)檢測與評價，在工程實踐中發(fā)揮了相當大的作用。在對某既有鐵路橋檢測時，重點觀測的部位為梁體跨中截面及其附近，1/4跨徑處，梁端部和橫隔板。橋梁檢測的主要內(nèi)容包括:

1)對于混凝土梁，觀測梁體混凝土表面有無裂縫、風化、剝落、破損等病害，特別是梁體跨中、支座附近部位的裂縫情況，同時檢查鋼筋保護層厚度及鋼筋的銹蝕或鹽腐蝕情況。

2)對寬度大于0.2 mm的裂縫，采用裂縫測深儀測量裂縫深度，繪制普查部位裂縫分布圖，并表明裂縫的寬度和深度。

3)有橫隔板的橋梁，觀測橫隔板處的表面情況，檢查是否出現(xiàn)裂紋或斷裂的現(xiàn)象。

4)混凝土梁強度檢查:采用回彈法(按實測混凝土梁的碳化深度進行修正)評定梁體混凝土的實際強度，超聲回彈綜合法作為參考。

2 檢測原理及方法

2.1 回彈法

根據(jù)TB 10426-2004鐵路工程結(jié)構(gòu)混凝土強度檢測規(guī)程，并參照JGJ/J 23-2001回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程，所檢測的各測區(qū)混凝土強度換算值fccu，i，是根據(jù)各測區(qū)的平均回彈值(Rm)及平均碳化深度值(dm)按TB 10426-2004鐵路工程結(jié)構(gòu)混凝土強度檢測規(guī)程附錄G查表得出。測試在事先劃定的測區(qū)內(nèi)進行，每一構(gòu)件測區(qū)數(shù)不少于10個，每個測區(qū)設(shè)16個回彈點，相鄰兩點的間距一般不小于30 mm，一個測點只允許回彈一次，最后從測區(qū)的16個回彈點中分別剔除3個大值和3個最小值，余下10個有效回彈值的平均值作為該測區(qū)的回彈值。當結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的測區(qū)數(shù)不少于10個或按批量檢測時，混凝土強度推定值(fcu，e)應(yīng)按下列公式計算:

2.2 碳化深度測量

回彈值測量完畢后，應(yīng)選擇有代表性的位置測量混凝土的碳化深度，其測點數(shù)不應(yīng)少于構(gòu)件測區(qū)數(shù)的30%，取其平均值為該構(gòu)件每測區(qū)的碳化深度值。當碳化深度值極差大于2.0 mm時，應(yīng)在每個測區(qū)測量碳化深度值。測量碳化深度值時，可用合適的工具(本次檢測采用手電鉆)在測區(qū)表面形成直徑約為15 mm的孔洞，清除洞中的粉末和碎屑(注意不能用液體沖洗孔洞)后，用1%的酚酞酒精溶液滴在混凝土孔洞內(nèi)壁的邊緣處。當已碳化與未碳化界線清楚時，用碳化深度測量儀或其他深度測量工具測量已碳化與未碳化混凝土交界面的垂直距離多次，取其平均值，該距離即為該測區(qū)的碳化深度值，每次讀數(shù)精確至0.5 mm。

2.3 超聲回彈綜合法

根據(jù)TB 10426-2004鐵路工程結(jié)構(gòu)混凝土強度檢測規(guī)程，并參照CECS 02∶2005超聲回彈綜合法檢定混凝土強度技術(shù)規(guī)范的要求進行測區(qū)及測點布置，每一測區(qū)兩個相對測試面各布3個測點。回彈測試依據(jù)見上述回彈法檢測依據(jù)。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的每一個測區(qū)，宜先進行回彈測試，后進行超聲測試。超聲測試宜優(yōu)先采用對測或者角測，當被測構(gòu)件不具備對測或角測條件時，可采用單面平測。

測區(qū)聲速應(yīng)采用TB 10426-2004鐵路工程結(jié)構(gòu)混凝土強度檢測規(guī)程附錄N規(guī)定的方法，并按下列公式計算:

其中，v為測區(qū)聲速值，km/s;l為超聲測距，mm;t1，t2，t3分別為測區(qū)中3個測點的聲時值(此讀數(shù)已減去聲時初始讀數(shù))，μs。

混凝土強度的換算及推定為:構(gòu)件第i個測區(qū)的混凝土強度換算值應(yīng)根據(jù)修正后的測區(qū)回彈值Rai及修正后的測區(qū)聲速值vai(修正方法見下)，優(yōu)先采用專用或地區(qū)測強曲線推定，當無該類測強曲線時，經(jīng)驗證后可按TB 10426-2004鐵路工程結(jié)構(gòu)混凝土強度檢測規(guī)程附錄L的規(guī)定確定或按下列公式計算。

1)粗骨料為卵石時:

2)粗骨料為碎石時:

在本次檢測中，梁體混凝土粗骨料均為碎石，橋墩、橋臺如無特殊說明，混凝土粗骨料均為卵石。

3 檢測結(jié)果分析

3.1 混凝土強度檢測結(jié)果

表1 梁體混凝土強度推定表

表2 第1孔梁狀態(tài)與裂紋調(diào)查表

該橋上部結(jié)構(gòu)為3×16 m普通鋼筋混凝土T形簡支梁，主梁由兩片T梁組成。梁體混凝土強度推定表見表1。

按回彈法(結(jié)合碳化深度修正)推定的混凝土強度值有1片梁(第3孔右梁)小于原設(shè)計強度等級，其余推定值均高于原設(shè)計強度等級;混凝土碳化深度:墩臺身為7.0 mm～7.5 mm，梁體為4.0 mm ～4.5 mm。

3.2 梁體外觀檢測結(jié)果

橋梁外觀檢測結(jié)果及劣化等級評定見表2～表4。

表3 第2孔梁狀態(tài)與裂紋調(diào)查表

表4 第3孔梁狀態(tài)與裂紋調(diào)查表

梁體混凝土劣化(C級)，梁體損傷及鋼筋銹蝕較嚴重(B級)，裂縫較多，最大縫寬0.262 mm，裂縫較嚴重(B級)。人行道蓋板缺失多塊，影響行人安全。人行道欄桿銹蝕較嚴重，泄水孔嚴重銹蝕(B級)，影響梁體防水。橋面枕木腐朽較嚴重(B級)，錐體護坡?lián)p壞較嚴重，臺后路基均有明顯沉降。第2孔右梁明顯下?lián)希缰邢聯(lián)隙茸畲笾禐?8 mm(見圖1)。

圖1 第2孔右梁撓度曲線示意圖

4 橋梁結(jié)構(gòu)的加固方法建議

4.1 加固目的

該橋主要病害表現(xiàn)在主梁跨中撓度大，T梁跨中下馬蹄1/4處出現(xiàn)多條裂縫，第二跨主梁上的裂縫超過0.2 mm。第二跨梁T梁間橫隔板破損嚴重，橋梁的整體剛度偏低。提出的加固方法應(yīng)實現(xiàn)以下目標:改善T梁跨中部位的應(yīng)力狀況，加大主梁各部位壓應(yīng)力儲備，且使主梁主要受力裂縫寬度減弱或閉合。有效控制各中跨跨中撓度。加強主梁跨中節(jié)段間聯(lián)結(jié)性能，增大主梁整體剛度。

4.2 加固方法建議

預應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的具體加固方法多種多樣，根據(jù)被加固對象的受力性質(zhì)不同，加固可以分為結(jié)構(gòu)性加固和非結(jié)構(gòu)性加固。所謂結(jié)構(gòu)性加固，是指對橋梁結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件的加固，這直接關(guān)系到橋梁的安全，例如橋梁承載力不足的加固、撓度過大和梁體裂縫過寬的處理等。所謂非結(jié)構(gòu)性加固，是指對影響橋梁使用但不影響結(jié)構(gòu)安全性方面的加固，如混凝土橋面鋪裝層的修復、伸縮縫的更新改造和橋梁圍護結(jié)構(gòu)的修復等。

該橋裂縫分布比較廣泛，混凝土脫離現(xiàn)象較為嚴重，將鋼筋暴露在空氣中導致銹蝕嚴重，如果任其發(fā)展下去將導致主梁承載力下降。針對這種情況，需要進行結(jié)構(gòu)性加固。粘貼碳纖維布加固，先除去混凝土表面所有雜質(zhì)、松散的混凝土和其他污染物，然后采用錨栓將碳纖維布錨固于T梁混凝土結(jié)構(gòu)的下馬蹄上，同時將橋跨距支座1/4處的整個T梁包裹起來。用泥鏟或抹刀將拌和好的環(huán)氧樹脂涂抹到混凝土表面，達到規(guī)定的厚度。將拌和好的環(huán)氧樹脂涂抹到CFRP布上，將CFRP布敷貼到有裂紋的混凝土表面。用1個硬質(zhì)滾筒碾壓CFRP布，直到粘結(jié)劑在兩邊被擠出為止，除去多余的粘結(jié)劑。粘貼時，沿主梁的方向，使用夾具將CFRP布固定在要敷貼的位置。在環(huán)氧樹脂起作用之后，將夾具卸去。

針對人行道、泄水孔、軌道枕木等問題，應(yīng)該進行非結(jié)構(gòu)性加固，將丟失的人行道蓋板補齊，人行道護欄重新粉刷，拆除并更換泄水孔及軌道枕木。

橫隔板破損導致整體剛度下降，可以通過增加橫隔板數(shù)量和增加橫隔板的厚度來提高梁體的剛度。

5 結(jié)語

檢測結(jié)果表明，很多既有鐵路橋梁在運行多年以后，面對不斷的提速和軸重的增加，已經(jīng)出現(xiàn)了各種損傷，為增加其使用年限，需盡快進行加固。主梁檢測表明，損傷主要表現(xiàn)在混凝土脫落，混凝土碳化，梁體裂縫，鋼筋銹蝕，下?lián)线^大，橫隔板破損等方面。本文只列出了主梁檢測結(jié)果，及給出加固建議，除此之外，橋墩、橋臺、支座、邊坡護坡也是重點檢測的內(nèi)容，需要進一步研究。

［1］李亞東.既有橋梁評估方法研究［J］.鐵道學報，1997(3):91-92.

［2］高懷志，王群杰.橋梁檢測和狀態(tài)評估研究與應(yīng)用［J］.世界地震工程，2000(2):6-8.

［3］中華人民共和國鐵道部，鐵路橋梁檢定規(guī)范［S］.

［4］廖玉鳳，王 偉.既有混凝土橋梁病害特征及病因淺析［J］.四川建筑科學研究，2006，32(5):63-66.

［5］張樹仁，王宗林.橋梁病害診斷與加固改造設(shè)計［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［6］文 勇，劉德軍.橫隔板對簡支T梁橫向動力特性的影響［J］.科技資訊，2011(1):29-31.

［7］Ching Chiaw Choo，Tong Zhao，Issam Harik.Flexural Retrofitofa Bridge Subjected to Overweight Trucks Using CFRP Laminates［J］.Composites Part B:Engineering，2007，38(5-6):732-738.

［8］劉守龍.提高橋梁橫向剛度的措施和效果［J］.鐵道建筑，2000(11):8-10.