寶成鐵路涵洞病害分析及加固措施研究

■藍 皓 ■成都鐵路局綿陽工務段，四川 綿陽 621000

1 涵洞病害狀況調查分析

1.1 病害狀況調查統計

2009年寶成線開行“和諧號”重載列車以來，綿陽工務段涵渠設備劣化率逐年明顯增高，且病害發展速度較快。由于重載列車的牽引噸數大幅提升，運行中動荷載、沖擊荷載、橫向振動等物理效應也相應加劇，導致了涵洞洞身開裂、管節下沉錯臺、蓋板裂損等病害的發展。截止2012年6月7日綿陽工務段全段病害匯總如下:08年既有涵洞病害，后期有發展共計9處;09年開行“和諧號”新生病害并有發展共計10處;10年新生病害并有發展共計9處;11年新生病害共計27處。

1.2 涵洞病害評定及分析

針對既有涵洞類型和病害狀況，對《鐵路橋隧建筑物劣化評定標準》中的既有涵洞評定方法進行了細化、改進和完善，在原有“劣化等級評定表”的基礎上，結合劣化類型進行了分類，并對涵洞進行部件劃分。蓋板箱涵對蓋板、涵身、涵底、附屬設施分類評定，拱涵對拱圈、立墻、涵地、附屬設施分別評定。另外，通過有限元軟件，建立了典型涵洞的實體計算模型，分析結構最不利受力工況及可能出現病害的位置及原因。

蓋板箱涵，沿涵洞方向(軸向)的應力，主要表現為壓應力，考慮地基長期應力作用下不均勻沉降和圬工結構風化，結構在鐵路活載作用下，易產生豎向裂縫。在涵洞豎向均為壓應力，應力值沒有達到材料的容許壓應力值，一般不會引起邊墻的破壞。在垂直于涵洞的方向上，邊墻主要是受壓力，同時也有拉應力出現，但是值非常小，不會引起結構破壞，但對于圬工結構容易造成灰縫的脫落。

拱涵，沿涵洞方向(軸向)的應力主要表現為壓應力，在涵洞出、入口處會出現拉應力，這個方向的拉壓應力值都比較小，一般不會引起此方向裂縫出現。涵洞豎直方向受到的應力值全部表現為壓應力，最大值出現在活載作用區域的拱腳處，應力值較小，一般不會引起破壞。在垂直于涵洞方向上，拱涵還是主要受壓應力的作用，壓應力的最大值出現在活載作用范圍內的拱頂處，此外左、右邊墻均出現了拉應力，其中在左邊墻底部出現的拉應力的值較大，為MU50石料與M10的砂漿砌筑的漿砌片石的設計彎曲拉力值的50%，雖然計算值并沒有超過次設計容許值，但考慮到此拱涵為過水涵洞，受到水的侵蝕，材料的抗拉強度會下降，以及“和諧號”重載列車的頻繁作用，很有可能在邊墻上產生橫向的裂縫。這與典型涵洞出現的病害相吻合。

2 加固措施

2.1 蓋板涵加固措施

(1)封閉裂縫.涵身裂縫、蓋板裂縫是綿陽工務段蓋板涵存在的主要病害。部分出現的裂縫較寬，長度較長。國內外規范和實踐說明，處在無侵蝕性介質中的結構，只要裂縫寬度在0.2mm以下，鋼筋不會發生銹蝕。針對涵身、蓋板裂縫，宜對寬度超過0.2mm的縱向裂縫采用優質灌縫膠或環氧樹脂砂漿進行灌縫封閉處理。灌縫封閉時，裂縫內應保持干燥，封閉完成后進行表面涂裝，防止發生鋼筋銹蝕，以提高蓋板、立墻的耐久性。

(2)內套框.針對蓋板強度下降，砌石邊墻裂損、失穩的現狀，采用“口”形鋼筋混凝土框構和鋼筋混凝土“門”形剛構方法進行加固處理，具有施工不影響行車、不需要點慢行或封閉線路的特點，特別適用于運輸繁忙的鐵路干線如寶成鐵路。施工時在既有邊墻布置梅花式釬釘，現澆鋼筋骨架聯結，保證與既有構筑物的整體性。加固后凈高能夠滿足既有通行條件下，優先選用“口”形鋼筋混凝土框構加固;凈高不富裕條件下，應選擇鋼筋混凝土“門”形剛構加固。灌注混凝土應按0.8～1.0m從中間向兩邊逐步灌注，待頂板混凝土終凝后，填搗半干硬性砂漿，使現澆頂板與既有蓋板底保持密實。采用半干硬性砂漿填搗具有一定的塌落度，不能保證套拱頂部與既有板底的密實性，既有蓋板在動載作用下仍有撓度問題。

(3)減緩沖擊，保證縱向平順過渡.涵洞頂部要求有一定厚度的填土，以保證涵洞與路基上的軌道豎向剛度縱向平順過渡，一方面是為降低列車荷載對涵洞的沖擊作用，另一方面是防止軌道豎向剛度出現突變，影響列車運行的平穩性。針對部分涵洞頂部填土嚴重不夠的實際，制定以下技術措施。

2.2 拱涵加固措施

(1)基礎注漿.《維修規則》中推薦加固方式，著重解決基礎承載能力不足這一問題。由于基礎不均勻沉降使主拱圈產生較大應力，是導致拱腳豎向變位，拱圈開裂的一個主要原因，本報告推薦對基礎采取花管注漿的方式進行加固。

對拱涵采用靠近涵臺進行鉆孔，鉆孔深度一般不小于4m，推薦采用水灰比為1∶1的普通硅酸鹽水泥漿向孔內注漿，同時注漿時的瞬間壓力不得超過1.5MPa，穩定壓力為1.2MPa，，而且為了確保施工時結構的安全性及注漿的密實性，施工時采用反復間歇性注漿。注漿時嚴格按照設計圖紙的順序進行，注漿完畢后花管不拆除。

(2)臺身加固.由于拱涵側向約束偏薄弱，可能引起拱涵橫向和斜向變位，主拱圈開裂。一般采用原拱涵內側臺身增設鋼筋混凝土補強層進行加固。

加固前應先通過設計計算，確定所需的斷面尺寸、鋼筋及混凝土數量，方可據此進行施工。在施工過程中，首先要鑿除原結構表面的松散砂漿，同時沖洗干凈，并在新結構施工前進行連接鋼筋的植入，為保持新增結構與原結構的整體性，植入深度不得小于15cm，同時為了保證原結構強度，建議封閉原結構表面裂縫。

2.3 耐久性問題

根據我國運營鐵路混凝土梁中性化的普查結果，C20及以下強度等級的混凝土梁，使用不到40年保護層中性化已至鋼筋，導致梁體混凝土嚴重開裂、鋼筋銹蝕、保護層脫落。因此從技術和經濟兩方面考慮，并與現行設計規范一致，規定預應力混凝土梁的混凝土強度等級不應低于C40，鋼筋混凝土梁的混凝土強度等級不應低于C30，以保證混凝土梁設計使用年限。

混凝土結構的耐久性修補及防護分:鋼筋銹蝕修補、混凝土破損修補、混凝土裂縫修補，應符合《鐵路混凝土結構的耐久性修補及防護》(TB/T3228－2010)要求。加固處理有表面補強、墩臺身包箍、固化土壤、加深或擴大基礎、換填卸載等。圬工表層風化、剝落、裂縫比較細密且面積較大時，可用掛網噴射水泥砂漿、鋼纖維水泥砂漿和纖維等表面補強修補加固。對墩臺身可根據具體情況，采用在墩臺身周圍包鋼筋混凝土環形箍或整體套箍加固，混凝土強度不小于C30，鋼筋配筋率應不小于0.2%。墩臺基底承載力不足時，可采用固化土壤進行加固。

3 結論

寶成鐵路涵洞建成時間較久，近年來由于提速、重載的影響，涵洞邊墻開裂、頂板壓潰等病害較為突出，對列車運行構成極大安全隱患。面對量大面廣的涵洞病害，若單純采用架空線路、重新改建的方案，費用高、工期長、施工安全風險大，對運輸秩序影響大。本報告針對寶成鐵路綿陽工務段涵洞病害特點，對病害原因進行分析，結合現有施工工藝，提出封閉裂縫、內套框架加固、基礎注漿、拱涵臺身和主拱圈加固等措施。

［1］《鐵路橋隧建筑物修理規則》［S］.北京:人民鐵道出版社，2014.