鐵路橋梁常見病害及其處理措施

孫孝綱

（陜西陜煤銅川礦業有限公司鐵路運銷分公司，陜西 銅川）

1 鐵路鋼橋的裂損及開焊病害

鐵路鋼橋主要病害在于其橋梁桿件出現裂損以及局部開焊，少數存在承載力不足的病害。研究表明，可通過減少出現交叉焊縫、采取措施來改進焊接條件來改良鋼橋構件的生產工藝，從而減小鐵路鋼橋出現類似病害[1]。

1.1 病害原因分析及評定

分析出現裂損的原因，其主因一般為疲勞損傷。制造鋼橋的鋼材疲勞損傷的主要特征有：鋼材由于疲勞產生的裂紋主要向垂直于主力方向擴展，其發展分為三個階段，分別為出現裂紋、進一步發展和失穩[2]。影響鋼橋的疲勞因素如圖1 所示。

圖1 影響鋼材的疲勞因素

研究表明，疲勞產生的裂紋主要有兩類，一是由應力造成的疲勞，有由主應力引發的疲勞，也有由次應力引發的疲勞；二是由于鋼材銹蝕造成的疲勞。主應力引發的疲勞往往可以通過計算來減小或規避，但次應力引發的疲勞和銹蝕引發的疲勞無法規避[3]。

鐵路鋼橋性能的評定，可從以下6 個方面來進行。

（1）列車荷載。通過實測通過鋼橋的產生的荷載，計算出鋼橋的最大應力，再按照下式計算出應力比，當應力比不小于1 時，表明鋼橋安全可靠。

式中，Sr代表應力比；[σm]代表鋼橋的維修應力（MPa）；σmax代表實測最大應力（MPa）。

（2）鋼橋主梁耐久以及承載能力。承載能力評定同應力比，耐久性可按下式計算：

式中，Dk代表未來受到疲勞損傷的程度；Dp代表橋梁通車以來累計的損傷程度。

（3）鋼橋主梁撓度。可采用撓度來對主梁的穩定性進行評定，具體可按下式計算：

式中，feq代表鋼橋主梁的換算撓度（mm）；fm代表鋼橋主梁的實測撓度（mm）；η 代表換算系數，可按下式求得：

式中，MS代表由設計荷載導致的鋼橋主梁彎矩（kN·m）；MI代表檢測列車通過時導致的鋼橋主梁彎矩（kN·m）。

（4）鋼橋支座變位。通過檢測列車通過鋼橋時支座和鋼橋主梁的變位、支座和鋼橋墩臺的變位來進行評定，其變形值應不超過下式的計算結果：

式中，δ 代表計算變位值（mm）；L 代表鋼橋跨徑（m）。

（5）鋼橋主梁的變位和其振動情況。預先在鋼橋主梁跨中位置的翼板下放安裝加速度測定儀，檢測列車通過鋼橋的加速度，再計算其振動頻率和振幅。可按下式進行評定。

式中，a 代表振幅（mm）；V 代表列車速度（m/s）；L 代表鋼橋跨徑（m）；nk代表振動頻率（Hz）。

（6）鋼橋主梁恒載。通過使用加速度檢測儀檢測鋼橋主梁的振動頻率，計算得出作用于主梁的恒載及其引發的撓度，恒載及其引發的撓度可分別按下式計算：

式中，G 代表單位長度鋼梁重量（kg/m）；E、I 分別代表鋼梁的彈性模量（MPa）及其慣性矩（cm4）；fn代表n 階固有振動頻率（Hz）；n 代表振動階數；L 代表鋼梁跨徑（m）；g 代表重力加速度（m/s2）；d 代表恒載引發的主梁撓度（mm）。

1.2 病害處理措施

（1）鋼橋涂裝。若鋼橋出現銹蝕現象，則必須考慮的銹蝕部分進行涂裝。涂裝時應充分考慮鋼橋所處環境，鋼橋的結構及桿件狀況，涂裝所用材料情況以及涂裝索采用的工藝等因素。鐵路鋼橋最易發生病害的部位主要是梁板的翼板位置、桿件節點處、橋梁支座處、帶棱角位置以及螺栓連接處，這些部位應重點照顧，若鋼梁受到水害、磨損嚴重或者收到化學腐蝕，則應考慮熱噴鋅+玻璃鱗片漆的涂裝方式。

（2）鋼橋補強。可采用熱修復對鋼橋進行加固補強維修。其主要思路是將裂紋局部進行打磨或者切削后，再用相同材料的鋼板焊接與裂縫位置，從而達到加固補強的目的。為保證重新焊接的質量，可采用二氧化碳氣體保護焊進行焊接，對于深度小于5 mm的裂紋具有較好的補強作用。熱修復法示意如圖2 所示。

圖2 熱修復法加固

2 鐵路橋梁支座病害

2.1 病害原因分析

研究表明，鐵路橋梁最容易出現變化的支座類型有平板支座、弧形支座以及搖軸支座[4]。主要表現形式為銹蝕、支座連接螺栓斷裂、轉動困難、滑動困難等。病害出現的主要原因有：

(1) 由于鐵路橋梁的養護存在問題，導致平板支座發生較大的銹蝕，在縱向上無法進行滑動，導致支座的螺栓出現剪斷現象，且由于承受了較大的上部荷載，造成石棉瓦外溢，導致支座存在轉動困難的現象。平板支座如圖3 所示。

圖3 平板支座結構

(2) 若上部荷載過大，弧形支座被壓平，其轉動較難，其下錨栓的抗剪強度有一定程度的降低，導致其無法正常滑動或者支座銹蝕嚴重，也可能導致無法正常進行轉動以及滑動。

(3) 若列車速度過快，搖軸支座的弧形面受到過大的壓力，從而導致其被壓平，或者支座出現銹蝕情況，都可能導致支座轉動困難，螺栓被剪斷等病害。搖軸支座如圖4所示。

圖4 搖軸支座結構

2.2 病害處理措施

對于必須要更換支座的病害，只能通過更換支座處理；對于螺栓被剪斷的病害，可進行錨固處理。具體做法如下：首先對支座的上座板進行錨固。由于支座安裝位置凈空不大，在梁底無法進行植筋施工，為了確保支座上座板能與梁進行有效錨固，可使用U 型鋼板將梁板的腹板固定，然后再與橋梁支座和U 型鋼板加以連接。連接好后，然后對支座的下座板進行錨固，錨固方式為選取支座相同長度的鋼板，然后再使用該鋼板與墩臺頂部和下座板進行連接，連接示意如圖5所示。

圖5 支座連接方式示意

3 墩臺裂縫病害

3.1 墩臺裂縫形成原因

墩臺出現裂縫的原因是由于墩臺澆筑混凝土時，水化熱過高導致的。水泥在強度形成過程中，溫度會升高，從而形成溫度應力及變形，若不加以控制，則可能形成裂縫。當水化熱越高，其溫度應力和變形就越大，形成裂縫的可能性也就越大。因此，在大體積混凝土施工時，往往應選擇水化熱較低的水泥品種，優化配合比設計，在滿足強度要求的前提下盡量減小水泥的用量，同時采取防止溫度變化過大的措施，減小水化熱對墩臺的影響[5]。

3.2 墩臺裂縫處理措施

（1）裂縫寬度不超過0.15 mm。可采用封閉膠涂抹至裂縫處，具體做法如下：①首先采用有機溶劑對裂縫內部進行清潔，如酒精等，同時能確保裂縫內部干燥；②將封閉膠拌和均勻后涂抹于裂縫表面，對裂縫進行封閉，涂抹時，務必要涂抹均勻，且不留縫隙；③涂抹時，應對其厚度以及寬度進行控制，一般寬度可采用20～30 mm，厚度可采用2 mm。施工工藝流程如圖6 所示。

圖6 封閉膠修補施工工藝流程

（2）裂縫寬度超過0.15 mm。對于這種裂縫，可采用灌漿封閉進行處理。具體做法如下：①對裂縫進行清理，清理寬度以裂縫兩側各50 mm 為宜；②根據裂縫的寬和深，確定灌漿嘴的間距以及布置，若裂縫較寬時，灌漿嘴可適當加密，反之則可增加間距，同時預留排氣孔；③灌漿嘴安裝完成后，可采用封縫膠對裂縫進行封閉，然后進行漏氣試驗；④拌和注漿漿液，通過灌漿嘴對裂縫灌漿，直至漿液從排氣孔流出為止；⑤對于個別裂縫較寬的部位，應自下而上在裂縫內灌注封閉膠，然后再進行灌漿；⑥灌漿完成后，一般應養護12 h 以上，如果當地氣溫較低，可適當增加養護的時間。灌漿封閉施工工藝流程如圖7 所示。

4 結論

鐵路橋梁在通車運營后可能出現多種病害，文中僅僅闡述了其中三種較為常見的病害。為確保鐵路運營安全，避免發生安全事故，應經常對鐵路橋梁進行巡檢。對于檢查出的病害應及時按照規范要求進行處理。對于鋼橋裂損、支座病害及墩臺裂縫，文中介紹了其產生的原因及處理措施，可對鐵路橋梁施工和運營后的病害處理提供一定的借鑒意義。