鐵路重載運輸條件下蓋板涵加固技術

楊心怡，劉吉元，蘇永華，朱希同

(中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

鐵路重載運輸條件下蓋板涵加固技術

楊心怡，劉吉元，蘇永華，朱希同

(中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

大軸重重載鐵路運輸以其運能大、效率高、運輸成本低等優勢，成為大宗貨物經濟高效的運輸方式。本文以鐵路蓋板涵為研究對象，通過現場調研、計算分析研究了對鋼筋混凝土蓋板涵采用粘貼鋼板、增大截面、局部改建框構、減小跨度、內套框構、置換框構等加固方案的加固效果，提出了大軸重重載鐵路運輸條件下蓋板涵加固技術可選方案。

重載鐵路 蓋板涵 加固技術

隨著國家經濟的快速發展，煤炭等大宗貨物運量與日俱增，大軸重運輸已成為我國鐵路貨運未來發展的大趨勢，其以運能大、效率高、運輸成本低的優勢，成為大宗貨物經濟高效的運輸方式。某鐵路為國家I級雙線電氣化重載鐵路，承擔著我國重要的煤炭運輸任務。近年來，為使其具備開行大軸重重載運輸的線路條件，對如何提高蓋板涵承載能力，適應大軸重重載運輸的要求等問題進行了研究。本文以該鐵路線鋼筋混凝土蓋板涵(以下簡稱蓋板涵)為對象，分析研究了大軸重鐵路重載運輸條件下蓋板涵加固技術。

1 蓋板涵概況

該鐵路全線共計蓋板涵700余座，其中填土厚度(鋼軌底至蓋板頂高度)＜1 m的占涵渠總量的44.3% 。采用中—活載設計，依據標準圖《肆橋5009》施工，該線蓋板涵凈孔0.5～6 m不等。蓋板采用200號混凝土(強度等級C18)和16Mn鋼筋。目前，該鐵路主要開行軸重25 t及以下的重載列車，計劃通過加固改造后開行軸重30 t重載列車。

經過現場調研發現，該線大部分蓋板涵存在病害。病害主要表現為個別蓋板縱向開裂、蓋板端部壓潰掉角、蓋板之間縫隙滲漏水，漿砌片石邊墻開裂甚至外鼓。該線填土厚度普遍較小，設計標準偏低，因此病害原因主要為填土厚度小，車輛活載產生作用效應大，蓋板及邊墻剛度不適應該線當前運營要求。為適應大軸重重載鐵路運輸要求，有必要提高鋼筋混凝土蓋板的承載能力，改善蓋板支承狀態，整治邊墻外鼓開裂和滲漏水。

2 原涵檢算結果

以該線凈跨6 m蓋板涵為例，蓋板跨中厚度在蓋板頂填土厚度區間［0.38 m，3 m］，(3 m，5 m］，(5 m，8 m］內分別為66 cm，74 cm和86 cm。蓋板主筋數量在蓋板頂填土厚度區間［0.38 m，3 m］，(3 m，5 m］，(5 m，8 m］內分別為18根/每延米、19根/每延米、22根/每延米，主筋為16Mn鋼筋。按設計規范檢算蓋板在中—活載之特種活載(代表軸重25 t荷載水平) 與1.2ZH活載之特種活載(代表軸重30 t荷載水平)下的跨中鋼筋應力、混凝土應力，對比檢算結果并為蓋板涵的加固改造提供依據。中—活載之特種活載、1.2ZH活載之特種活載圖式及檢算結果見圖1和圖2。

圖1 活載圖式

檢算結果表明:原有蓋板在1.2ZH活載之特種活載作用下，在蓋板頂填土厚度＜1 m或＞7.5 m區間部分，鋼筋拉應力不滿足16Mn鋼筋容許拉應力180 MPa，混凝土壓應力不滿足200號混凝土彎曲受壓容許應力7.0 MPa。可知對于跨度6 m的蓋板涵，隨著列車軸重的增加，鋼筋拉應力和混凝土壓應力已超過設計容許應力，需對此區間內的蓋板涵進行加固，使其滿足1.2ZH活載之特種活載要求。除方案6為框構置換外，提出以下5種加固方案，加固示意見圖3。

圖2 在中—活載之特種活載與1.2ZH活載之特種活載下檢算結果對比

圖35 種方案加固示意

方案1:蓋板粘貼鋼板。在蓋板下緣粘貼鋼板，通過錨栓、粘鋼膠與原蓋板連結。使鋼板與蓋板共同受力，以減小原結構鋼筋應力。

方案2:增大蓋板截面。鑿除蓋板下緣鋼筋保護層，焊接新的鋼筋網，并澆筑自流平混凝土。使新澆混凝土與原有結構緊密結合，增大蓋板豎向剛度。

方案3:局部改建框構。拆除部分邊墻及基底漿砌片石基礎，綁扎鋼筋網，蓋板邊緣植筋或小型型鋼與新鋼筋網進行焊接，澆筑混凝土，頂板附近設置倒角，增加與原蓋板的連結面積，與原蓋板形成框構。

方案4:減小蓋板計算跨度。在邊墻上加斜撐或澆筑混凝土垛等方法減小蓋板的計算跨度。

方案5:內套框構。在原蓋板、邊墻內植筋，將原蓋板涵與新加結構牢固連結。

方案6:框構置換。

3 加固效果理論計算結果

根據加固原理的不同，以凈跨6 m蓋板為例計算其中的粘貼鋼板法、增大截面法和減小跨度法的加固效果。對于粘貼鋼板法，選擇6 mm和8 mm兩種厚度鋼板進行加固理論計算，鋼板按面積折算成鋼筋，未對鋼板粘貼效果進行折減。對于增大截面法，選擇在蓋板底面新加25 cm厚鋼筋混凝土，檢算增大截面法加固效果時認為新加結構與原結構連結牢固共同受力。減小跨度法檢算加固效果時將原計算跨度6.25 m通過新增斜撐減為6 m。計算結果見圖4。

圖4 凈跨6 m蓋板涵加固后在1.2ZH活載之特種活載下參數值

對比圖3和圖4可以看出，3種加固方法均能夠有效降低蓋板應力水平。其中，減小跨度法新加結構自重小，但加固效果對于填土厚度＜0.5 m的蓋板涵還有不足。增大截面法可以明顯降低蓋板主筋拉應力和混凝土壓應力，滿足設計要求，但是施工將會損傷原本存在病害的蓋板并且新加結構將會增加蓋板結構自重。粘貼鋼板法施工簡單便利，較少損傷原有蓋板結構，施工工藝成熟，但由于環氧樹脂膠為主要傳遞剪切應力的加固材料，所以實際應用時對環氧樹脂系列粘結劑的質量和粘貼施工質量要求嚴格。由于較薄的鋼板更容易與原蓋板粘貼密實，綜合考慮粘貼鋼板法加固效果與施工的可操作性，認為6 mm鋼板比8 mm鋼板更適應加固要求。

4 結語

由本文計算結果結合具體病害情況，并參考其他重載線路蓋板涵實際加固效果，提出了重載鐵路運輸條件下蓋板涵加固技術可選方案:

1)如蓋板涵對于空間有嚴格要求、涵上線路運輸繁忙、蓋板底面有縱向裂縫、蓋板之間縫隙滲漏水、但邊墻狀態較好，建議采用粘貼鋼板方案加固蓋板并對蓋板之間縫隙做注膠防水處理。

2)如蓋板涵蓋板狀態較好，邊墻劣化嚴重，例如開裂甚至外鼓，可采用局部改建框構方案，重點改善邊墻結構受力狀態，提高邊墻承載能力。

3)如蓋板及邊墻狀態均較差，或蓋板涵跨度較大，交通、凈空允許，建議采用內套框構方案進行加固。內套框構法加固效果明顯，結構整體性好，后續養護方便。

4)如蓋板涵劣化較嚴重，不具備實施新框構預制、頂進等場地條件，可以考慮置換框構方案。例如頂進法置換蓋板涵，即將原有鋼筋混凝土蓋板涵廢棄，涵洞空間用片石混凝土或片石堆壘注漿填實，在鄰近位置頂進新涵洞。

［1］中國鐵道科學研究院.重載線路基礎設施強化措施研究——朔黃鐵路重載橋涵結構強化技術［D］.北京:中國鐵道科學研究院，2014.

［2］鐵道部第一勘測設計院，蘭州鐵道學院.涵洞與拱橋［M］.北京:中國鐵道出版社，1999.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB 10002.3—2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［4］鐵道部專業設計院.鐵路工程設計技術手冊:混凝土橋［M］.北京:中國鐵道出版社，1998.

［5］王凱.粘貼鋼板技術在留芳溝橋加固中的應用［J］.鐵道建筑，2009(12):1－3.

［6］王旭榮.大秦鐵路蓋板涵病害分析和加固措施研究［J］.中國鐵路，2011(8):56－59.

Reinforcing technology of concrete slab culvert under heavy haul railway

YANG Xinyi，LIU Jiyuan，SU Yonghua，ZHU Xitong
(Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Heavy haul railway with large axle loads is more appropriate for freight transportation trainloads，due to its larger transport capacity，higher efficiency and lower transportation costs.In this paper，reinforced concrete slab culvert in railway is studied through site investigation，calculation and analysis.Corresponding strengthening methods are presented including reinforcement with steel plate，increase of cross－section，local frame reconstruction，shortening of span，reinforcement with inner sleeve frame，and replacement of frame and so on.

Heavy haul railway;Slab culvert;Reinforcing technology

U449.82

A

10.3969/j.issn.1003－1995.2015.10.15

(責任審編 趙其文)

1003－1995(2015)10－0073－03

2015－04－21;

2015－07－03

國家科技支撐計劃項目(2013BAG20B00)

楊心怡(1989—)，女，研實員。