鐵路橋梁支架病害修復治理技術研究與應用

周 恒 , 韓延勤 , 李桂君

（兗礦集團鐵路運輸處，山東 鄒城 273500）

1 礦區鐵路橋梁支架存在的問題

兗礦集團自營鐵路大小橋梁共43 座，長度約5593 延米，其中特大橋2 座，大橋4 座，其余為中小橋，主要結構形式為簡支梁結構，橋梁兩側為鋼結構支架支撐的人行道及護欄，鋼結構支架通過預埋的固定螺栓與橋梁梁體連接。鋼結構支架與橋梁梁體連接螺栓出現銹蝕、脫落、拔出，支架角鋼銹蝕、開裂等現象，致使人行道及護欄鋼結構支架出現下墜，嚴重的部分甚至出現人行道及護欄傾斜達20°，嚴重威脅作業人員安全；同時在人行道及護欄兩側，常敷設有鐵路信號通信電纜及光纜、電力電纜等，一旦出現人行道及護欄墜落，將直接造成電纜光纜斷裂，中斷鐵路行車，存在極大的安全隱患。

2 礦區鐵路簡支梁橋人行道及護欄支架病害修復的必要性

鑒于礦區鐵路多座簡支梁橋人行道及護欄鋼結構支架（以下簡稱“橋梁支架”）存在的病害情況，選取一座具有代表性的橋梁進行病害修復治理技術研究非常必要。電廠線K5+370 處的勝利河橋，橋長159m，結構為簡支梁有碴橋，橋梁兩側各設有鋼結構支架支撐的1.5 米寬鋼制人行道及護欄，護欄東側敷設有槽鋼防護的信號及通信電纜。經30 多年的應用，該橋梁鋼結構支架與橋梁固定連接螺栓出現銹蝕、脫落、拔出，支架銹蝕、局部開裂等情況，鋼結構支架連續失效導致橋東端兩側人行道及護欄出現整體傾斜下墜30～50cm，長度22.0m，橋西部南側局部護欄傾斜下墜30- 40cm，長度16.5m，傾斜下墜傾角達20°以上，作業人員無法上橋作業；同時橋梁護欄支架如繼續下墜會導致電纜光纜拉斷，進而影響鐵路運輸。如何解決礦區鐵路簡支梁橋鋼結構支架存在的病害問題，消除線路存在的安全隱患，確保鐵路設施安全、持續、穩定運行，是工程技術人員亟需解決的問題。

3 治理技術方案

3.1 設計方案及研發應用過程

本著科學合理、安全可靠、經濟適用的原則，開展電廠線勝利橋梁支架病害修復治理技術研究，消除礦區鐵路簡支梁橋人行道及護欄存在的隱患。結合橋梁支架、人行道及護欄存在的不同程度的病害，研究在不影響行車安全的前提下，對支架采用自行設計螺栓組件連接、高強度化學螺栓錨固等新工藝、新材料，同時對局部損壞嚴重的支架、人行道及護欄整體更換，對既有電纜槽及電纜提前防護，確保作業人員、既有設施及行車安全。研發應用過程：現場調查勝利河橋橋梁支架、人行道及護欄存在病害位置及程度→初步方案設計→現場螺栓組件及錨固試驗→完善設計圖紙（見圖1）和治理方案→治理機具及材料準備→人行道電纜槽防護→橋梁支架加工、制作→拆除失效護欄及支架→清理道碴溝、錨固化學螺栓→螺栓組合構件安裝→橋梁支架欄安裝→人行道及護欄除銹、刷漆→電纜槽恢復。

圖1 橋梁支架病害修復治理設計圖

3.2 關鍵技術

3.2.1 自行設計固定螺栓組合構件

勝利河橋既有橋梁鋼結構支架上部螺栓安裝位置處于梁體擋碴墻上部邊緣，擋碴墻頂部寬度約15cm，長時間風化出現裂紋脫落現象，并且內部鋼筋密布無法直接鉆眼錨固螺栓。為避免損傷橋梁鋼筋，根據現場情況，課題組經過多次現場試驗、研究論證，自行設計了橋梁支架固定螺栓組合構件（如圖1 所示）。具體設計方案：在橋梁鋼筋空隙鉆眼，用加工L型螺栓穿眼與橋梁內側錨固的化學螺栓焊接，橋梁內側清理石碴至梁體底板，在地板鉆眼錨固化學螺栓，用等直徑的鋼筋與L 型螺栓焊接，在梁體內側L 型螺栓水平段套置一塊加工好的鋼板（200*150*8），鋼板緊貼梁體內側壁與螺栓焊接。L 型螺栓、方形鋼板、底板錨固化學螺栓連成一體成為固定螺栓組合構件。在梁體內側組件周圍綁扎“井”字形鋼筋網，梁體內壁鑿毛用C30 砼將螺栓組合構件與鋼筋網澆筑在一起，新澆筑砼體積為350*250*300。用加工L 型螺栓穿眼與橋梁內側底板錨固的化學螺栓用等直徑的鋼筋焊接，在梁體內側L 型螺栓水平段套置一塊鋼板（200*150*8）。錨固支架的同時對橋梁擋碴墻起到加固作用。

圖2 固定螺栓組合構件及安裝設計圖

3.2.2 引入、應用高強度化學螺栓錨固

支架下部螺栓及內側底板采用高強度化學錨固螺栓，錨固力強，形同預埋無膨脹應力，經試用后效果良好。高強化學錨栓是由乙烯基樹脂為主體原料的高強度錨栓，耐酸堿、耐低溫、耐老化耐熱性能良好，常溫下無蠕變耐水漬，在潮濕環境中長期負荷穩定，抗焊性、阻燃性能良好，抗震性能良好；其優勢是錨固力強，形同預埋無膨脹應力，邊距間距小安裝快捷，凝固迅速，節省施工時間；采用玻璃管包裝利于目測管劑質量，玻璃管粉碎后充當細骨料，粘接充分。具體實施方案：采用M20×260 螺栓，化學膠管為HYJ20，鉆孔直徑為24mm，鉆孔深度170mm，鉆孔時根據螺栓規格對應直徑與深度要求，鉆孔完畢用毛刷和氣筒徹底清空，通常反復三次；植入膠管將高強化學膠管按方向植入孔中，埋入螺栓，用電動工具將螺栓鉆入孔中，鉆速應不大于750r/min；靜置硬化，根據治理現場環境溫度，等待足夠時間硬化；最后安裝角鋼支架。

3.2.3 人行道及護欄的局部更換及加強修復治理

依據設計院出具的設計方案，需對勝利河橋（長175m）兩側人行道及護欄全部更換，需治理資金80 萬元。課題組針對橋梁支架、人行道及護欄損壞輕重不一，多次組織現場評估、鑒定、測量，確定對嚴重下墜部分進行了整垮拆除更換（兩側共計60.5m），對其他部位進行了加固處理（100 處）的方案。根據橋梁人行道寬度確定支架長度，支架采用L75×75×8 角鋼，手弧焊形式焊接，下料時加工坡口，將焊縫兩側20～30mm 范圍內用丙酮擦凈。焊接時不要在焊件上隨意引弧，焊后可采取強制冷卻措施，加速接頭冷卻速度。

圖3 橋梁人行道及護欄、支架斷面圖

4 橋梁支架病害修復治理技術的應用效果

課題組組織完成了電廠線勝利河橋橋梁支架的病害修復治理，經過1 年多的現場持續應用，效果良好，有效解決了橋梁支架關鍵節點病害治理的問題，消除了安全隱患，確保了作業人員、鐵路設施及行車安全，實現了鐵路運輸的安全暢通；該治理方案因地制宜、安全可靠、成本低、易實施，提高了治理效率，節約了大量資金；為礦區鐵路橋梁支架、人行道及護欄修復治理提供了科學依據與指導，對其他地段出現類似問題的橋梁均可參照治理，具有廣泛的推廣應用價值。