淺談既有舊線跨度混凝土梁改造加固施工工藝的實施

李斌

摘 要 本文重點介紹既有跨度混凝土梁橫向改造加固施工方案、程序、工藝和技術要求。

關鍵詞 既有跨度混凝土梁 改造加固 施工工藝

采用橋梁橫向預應力聯結加固技術對既有舊線跨度混凝土梁提速改造加固施工，經2011年、2012年兩年來的探索實踐，取得了良好的效果和顯著的經濟效益。

一、概述

蘭新線西段烏西-阿拉山口間線路（以下簡稱烏阿線）建線時間為1985年，1991年全線開通運營。全線長456 km，建有橋梁131座，其中95%以上是跨度混凝土T形梁，該部分橋梁按照舊的規范設計，每孔梁兩片梁在橫隔板接觸點上連接，連接斷面過小。自1996年檢查發現：投入運營的橋梁逐漸出現橫隔板斷裂、梁體裂縫等病害。部分橋梁由于梁體裂縫超限及橫向剛度不足，經檢定已不能滿足列車運營需要。為確保鐵路運營安全，對嚴重裂縫病害橋的梁體逐年實施了大修更換。自1996年-2005年，共大修換梁15座橋。由于更換梁體工程費用耗資巨大，自2005年-2007年開始嘗試采用不換梁的方法對橋梁梁體進行加固，先后采用鋼板貼合加固法、梁體橫向預應力加固法對6座橋病害梁體進行加固。2007-2009年烏阿線修建復線，一些病害橋梁由于位于雙繞區段被廢棄或拆除，而由采用新規范設計的橫向連接剛度更佳的橋梁取代，使該區段病害橋梁數量大為減少，質量狀態有了很好的改觀。但烏阿線全線仍有35座橋梁（跨度均在10 m及24 m間）未進行處理。2010年蘭新鐵路第二復線全面開工建設，該復線設計為新客線，自蘭州-烏魯木齊全程鋪設高速鐵路，計劃將在2014年底建成開通。高速鐵路運營對橋梁的技術狀態、梁體橫向剛度安全儲備提出更高的要求。雖然烏阿線不在此次高速鐵路鋪設范圍，但按照高速鐵路建設的規劃、進程及烏阿線已具備的電氣化鐵路條件，烏阿線鋪設高速的日期，將日趨臨近。基于這種考慮，經申報烏魯木齊鐵路局批準，自2011年開始，逐步安排對蘭新線烏阿段35座橋既有舊跨度混凝土T形梁全面進行加固。

二、方案設計

1.以2011年加固K1985+103橋（注：新里程K2041+103）四孔普通鋼筋混凝土T形梁為例。本設計是在已有常用跨度混凝土梁提速改造加固方法主要研究結果基礎上，針對既有梁的承載狀況而進行的。橋梁梁體橫向加固，主要是保證兩片主梁成為整體結構，利于承受橫向水平力及偏載等作用，提高梁體的抗扭能力。加固方案為：加厚梁兩端各三塊橫隔板；梁兩端腹板中間各增設一塊橫向聯結板；跨中腹板上部增設橫向聯結板。

2.加固設計原則。（1）梁體跨中橫向自振頻率和橫向振幅滿足《鐵路橋梁檢定規范》要求；（2）盡量控制新增聯結重量，減小加固后梁跨中的恒載彎矩；（3）新增聯結按預應力結構考慮，具有足夠的耐久性；（4）加固工程的實施不影響線路的正常運營；（5）加固工程采用的機具、設備應小型、輕便；（6）采用《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》（TB10002.3-2005）；（7）以較小的投入，取得較好的效果。

3.主要施工材料及設備。（1）材料：混凝土：C50級，采用TGRM早強水泥砂漿混凝土，塌落度控制在8 cm～10 cm；普通鋼筋：HRB335級鋼筋 16 mm、 10 mm；預應力筋： 15.24 mm、1 860級低松弛無粘結鋼絞線；植筋膠；錨固水泥、錨墊板；混凝土防護涂料。

（2）主要機具、設備。

表1 主要機具、設備一覽表

4.施工技術要點。（1）鉆孔嚴禁損傷既有預應力鋼筋，盡量避免損傷既有普通鋼筋；（2）如果孔位無法避開鋼筋，可適當調整鉆孔位置，移動距離不應大于50 mm；（3）成孔后，孔眼應用水清洗干凈；（4）表面鑿毛應采用小型鑿毛機，鑿毛面應清除原有灰漿層；（5）模板應與原梁可靠聯結并有足夠的剛度；（6）預應力筋初張拉應力為0.15 fpu；（7）混凝土須進行配合比試驗，要求三天內強度、彈性模量達到設計值的80%，如砂石料發生變化，應重做配合比試驗；累計20孔梁須做一組彈性模量試驗；（8）在混凝土強度、彈性模量達到設計值的80%后，方可進行預應力筋終張拉，張拉控制應力為0.73 fpu；（9）預應力筋終張拉采用YQD230-100型千斤頂，先張拉至設計噸位，頂壓錨固后，拉動換向閥重復張拉至設計噸位，擰緊承壓螺母，以保證預應力筋回縮量小于1 mm。（10）錨墊板應用環氧砂漿粘于梁體；（11）混凝土強度達到設計強度的80%方可拆除模板；（12）若發現混凝土外觀存在缺陷時，應及時修補；（13）切割外露預應力筋必須采用手持砂輪，切口距夾片30 mm以上；（14）張拉用千斤頂必須進行標定，油表、油泵、千斤頂必須配套使用；（15）配套標定千斤頂的有效期為1個月或200次張拉作業。

三、施工步驟及流程

1.搭設作業平臺。由于加固的梁為T形梁，且梁底部比腹板厚，利用梁的這種結構，在兩T形梁腹板之間撐上方木，鋪上木板作為作業平臺。梁片外側需要進行張拉和封錨作業，如果搭設腳手架作業平臺，則搭設高度較高，搭設位置較多，且作業時間不長，移動頻繁。根據現場實際情況，在梁片外側進行張拉和封錨作業時，可采用吊籃作為作業平臺，將吊籃掛在既有梁人行步板支架上。

2.測量鉆孔位置。根據設計圖紙及施工規范要求，測量出鉆預應力鋼筋孔的位置，再使用電子探測儀器探測鉆孔處鋼筋的情況，如果鉆孔的位置有鋼筋，則適當調整鉆孔的位置，但移動距離不宜大于50 mm。調整孔位時兼顧到兩片梁對應部位的預應力鋼筋孔同時移動，以保證兩片梁的孔位在同一軸線上，且軸線垂直腹板。

3.鉆孔。預應力筋孔位經過鋼筋探測儀探測和調整后，用鉆機鉆預應力鋼筋孔道，鉆孔機用固定支架固定，鉆孔中避免損傷預應力筋與主筋，并保證鉆孔的水平度和垂直度，同時注意使兩片梁的鉆孔中心在同一直線上。鉆孔完成后，孔內用水清洗干凈。4.鋼筋綁扎、安裝預應力鋼筋及波紋管。在預應力鋼筋孔以及新舊混凝土結合部位表面鑿毛完成后，在梁片之間撐上方木，安裝好模板底板。將保留的橫隔板主筋與新梁主筋用電焊焊接，然后按照鋼筋設計布置圖綁扎鋼筋，同時安置波紋管，然后將精軋螺紋鋼安裝在波紋管內，使精軋螺紋鋼垂直于梁片，最后將其用螺母固定。

5.安裝模板。按橫隔板的設計尺寸制作定型組合模板。模板具有足夠的強度、剛度和穩定性，能安全可靠地承受混凝土的重力、側壓力；模板表面平整、接合嚴密并便于拆卸；立模時留天窗，便于混凝土入倉。

6.澆注混凝土。混凝土采用機械攪拌并加入早強型減水劑，人工灌注，小型振搗棒振搗。混凝土所用水泥為普通硅酸鹽水泥，石子選用5 mm～20 mm的碎石，砂子采用中粗砂，坍落度以8 cm～10 cm為宜。灌注混凝土前，在新舊混凝土的結合部位噴灑專用界面黏接劑并在模板上涂脫模劑。預留孔部位混凝土修補宜采用干硬性混凝土。當養護達到一定強度后，方可拆除模板。

7.張拉。張拉前首先進行張拉傳力柱設計和制作，并對預應力鋼筋進行冷拉后的時效處理。張拉工藝采用一端張拉，另一端錨具墊板外旋緊螺母。當混凝土強度達到設計值的80%時方可張拉，張拉前應對千斤頂、油表、油泵進行配套標定（更換千斤頂、油表、油泵的配件后必須重新標定，配套標定使用期為一個月）。張拉時，先張拉跨中段，然后再張拉梁端段，每段兩根預應力筋同時張拉。預應力筋張拉前，張拉缸需先頂出50 mm，張拉過程中，油泵進油要緩慢平穩，當張拉力達到預定的噸位后，鎖緊螺母，即可頂壓回油。

8.封錨。采用細石混凝土封錨，封錨混凝土頂面做成流水坡，與既有混凝土結合部位涂刷2～3道防水涂料。

四、質量控制

（1）鑿除混凝土時，混凝土風化、脫落、裂損部分應鑿除徹底。

（2）.提高混凝土的澆筑質量，確保其達到設計強度要求，外表要光滑、平整、無蜂窩，內部要密實、均勻。

（3）在既有橋梁上施鉆預應力鋼筋孔時，應確保兩片T梁的孔道在同一軸線上。

（4）張拉預應力鋼筋時，應嚴格控制張拉力，確保達到設計規定的噸位。

（5）混凝土新舊結合部位施工前噴灑專用界面黏接劑，施工后涂刷防水涂料。

（6）按規定制作混凝土、水泥漿試塊及鋼筋試件。

五、安全保證措施

（1）施工人員進入施工作業面進行施工操作時必須佩戴安全帶，對所發放的安全帶定期進行回收檢查，發現問題及時更換，以保證安全。

（2）施工作業吊籃定期檢查，作業面的周圍設置安全欄桿，并掛設安全網，以防止施工人員和物資跌落。

（3）預應力鋼筋張拉時，嚴格按規定程序執行防止預應力鋼筋拉斷或錨具、墊片彈出傷人。

（4）孔道壓漿時，施工人員應戴防護眼鏡，以免水泥漿噴傷眼睛。

（5）在施工期間必須安排專業安全防護員，防護作業必須執行鐵道部規定的安全規定。

（6）作業時必須設安全防護。防護員必須攜帶能監聽列車運行的無線通訊設備，并在住站設聯絡員，相互間要采取有效通訊手段進行聯絡。

六、改造加固工程完成情況

2011年安排加固3座、2012年加固16座。經過兩年的運營，橋梁使用狀態良好。2012年7月，經路局橋檢隊對部分加固橋進行抽查檢定，梁體改造后橫向剛度顯著增強。2013年按照路局計劃，安排繼續對烏阿線剩余的16座橋的梁體進行改造加固，目前正在施工中。

七、結論及建議

按照目前工程預算費用計算，若更換一孔梁需要40-45萬，包括成品梁購置、運輸及架梁安裝。若用該橫向加固方案，一孔費用只需要10-15萬元，可節約費用約30萬元；經兩年的應用和觀察，采用該加固方案使梁體橫向連接牢固、剛度增強，不僅保證了行車安全，節約了大量資金，而且施工速度快，不需要申請“天窗”或設置限速，不干擾行車。綜上所述，采用橋梁橫向預應力聯結加固技術對跨度混凝土梁進行加固，具有顯著的經濟和社會效益，值得在鐵路橋梁上推廣和運用。

5.安裝模板。按橫隔板的設計尺寸制作定型組合模板。模板具有足夠的強度、剛度和穩定性，能安全可靠地承受混凝土的重力、側壓力；模板表面平整、接合嚴密并便于拆卸；立模時留天窗，便于混凝土入倉。

6.澆注混凝土。混凝土采用機械攪拌并加入早強型減水劑，人工灌注，小型振搗棒振搗。混凝土所用水泥為普通硅酸鹽水泥，石子選用5 mm～20 mm的碎石，砂子采用中粗砂，坍落度以8 cm～10 cm為宜。灌注混凝土前，在新舊混凝土的結合部位噴灑專用界面黏接劑并在模板上涂脫模劑。預留孔部位混凝土修補宜采用干硬性混凝土。當養護達到一定強度后，方可拆除模板。

7.張拉。張拉前首先進行張拉傳力柱設計和制作，并對預應力鋼筋進行冷拉后的時效處理。張拉工藝采用一端張拉，另一端錨具墊板外旋緊螺母。當混凝土強度達到設計值的80%時方可張拉，張拉前應對千斤頂、油表、油泵進行配套標定（更換千斤頂、油表、油泵的配件后必須重新標定，配套標定使用期為一個月）。張拉時，先張拉跨中段，然后再張拉梁端段，每段兩根預應力筋同時張拉。預應力筋張拉前，張拉缸需先頂出50 mm，張拉過程中，油泵進油要緩慢平穩，當張拉力達到預定的噸位后，鎖緊螺母，即可頂壓回油。

8.封錨。采用細石混凝土封錨，封錨混凝土頂面做成流水坡，與既有混凝土結合部位涂刷2～3道防水涂料。

四、質量控制

（1）鑿除混凝土時，混凝土風化、脫落、裂損部分應鑿除徹底。

（2）.提高混凝土的澆筑質量，確保其達到設計強度要求，外表要光滑、平整、無蜂窩，內部要密實、均勻。

（3）在既有橋梁上施鉆預應力鋼筋孔時，應確保兩片T梁的孔道在同一軸線上。

（4）張拉預應力鋼筋時，應嚴格控制張拉力，確保達到設計規定的噸位。

（5）混凝土新舊結合部位施工前噴灑專用界面黏接劑，施工后涂刷防水涂料。

（6）按規定制作混凝土、水泥漿試塊及鋼筋試件。

五、安全保證措施

（1）施工人員進入施工作業面進行施工操作時必須佩戴安全帶，對所發放的安全帶定期進行回收檢查，發現問題及時更換，以保證安全。

（2）施工作業吊籃定期檢查，作業面的周圍設置安全欄桿，并掛設安全網，以防止施工人員和物資跌落。

（3）預應力鋼筋張拉時，嚴格按規定程序執行防止預應力鋼筋拉斷或錨具、墊片彈出傷人。

（4）孔道壓漿時，施工人員應戴防護眼鏡，以免水泥漿噴傷眼睛。

（5）在施工期間必須安排專業安全防護員，防護作業必須執行鐵道部規定的安全規定。

（6）作業時必須設安全防護。防護員必須攜帶能監聽列車運行的無線通訊設備，并在住站設聯絡員，相互間要采取有效通訊手段進行聯絡。

六、改造加固工程完成情況

2011年安排加固3座、2012年加固16座。經過兩年的運營，橋梁使用狀態良好。2012年7月，經路局橋檢隊對部分加固橋進行抽查檢定，梁體改造后橫向剛度顯著增強。2013年按照路局計劃，安排繼續對烏阿線剩余的16座橋的梁體進行改造加固，目前正在施工中。

七、結論及建議

按照目前工程預算費用計算，若更換一孔梁需要40-45萬，包括成品梁購置、運輸及架梁安裝。若用該橫向加固方案，一孔費用只需要10-15萬元，可節約費用約30萬元；經兩年的應用和觀察，采用該加固方案使梁體橫向連接牢固、剛度增強，不僅保證了行車安全，節約了大量資金，而且施工速度快，不需要申請“天窗”或設置限速，不干擾行車。綜上所述，采用橋梁橫向預應力聯結加固技術對跨度混凝土梁進行加固，具有顯著的經濟和社會效益，值得在鐵路橋梁上推廣和運用。

5.安裝模板。按橫隔板的設計尺寸制作定型組合模板。模板具有足夠的強度、剛度和穩定性，能安全可靠地承受混凝土的重力、側壓力；模板表面平整、接合嚴密并便于拆卸；立模時留天窗，便于混凝土入倉。

6.澆注混凝土。混凝土采用機械攪拌并加入早強型減水劑，人工灌注，小型振搗棒振搗。混凝土所用水泥為普通硅酸鹽水泥，石子選用5 mm～20 mm的碎石，砂子采用中粗砂，坍落度以8 cm～10 cm為宜。灌注混凝土前，在新舊混凝土的結合部位噴灑專用界面黏接劑并在模板上涂脫模劑。預留孔部位混凝土修補宜采用干硬性混凝土。當養護達到一定強度后，方可拆除模板。

7.張拉。張拉前首先進行張拉傳力柱設計和制作，并對預應力鋼筋進行冷拉后的時效處理。張拉工藝采用一端張拉，另一端錨具墊板外旋緊螺母。當混凝土強度達到設計值的80%時方可張拉，張拉前應對千斤頂、油表、油泵進行配套標定（更換千斤頂、油表、油泵的配件后必須重新標定，配套標定使用期為一個月）。張拉時，先張拉跨中段，然后再張拉梁端段，每段兩根預應力筋同時張拉。預應力筋張拉前，張拉缸需先頂出50 mm，張拉過程中，油泵進油要緩慢平穩，當張拉力達到預定的噸位后，鎖緊螺母，即可頂壓回油。

8.封錨。采用細石混凝土封錨，封錨混凝土頂面做成流水坡，與既有混凝土結合部位涂刷2～3道防水涂料。

四、質量控制

（1）鑿除混凝土時，混凝土風化、脫落、裂損部分應鑿除徹底。

（2）.提高混凝土的澆筑質量，確保其達到設計強度要求，外表要光滑、平整、無蜂窩，內部要密實、均勻。

（3）在既有橋梁上施鉆預應力鋼筋孔時，應確保兩片T梁的孔道在同一軸線上。

（4）張拉預應力鋼筋時，應嚴格控制張拉力，確保達到設計規定的噸位。

（5）混凝土新舊結合部位施工前噴灑專用界面黏接劑，施工后涂刷防水涂料。

（6）按規定制作混凝土、水泥漿試塊及鋼筋試件。

五、安全保證措施

（1）施工人員進入施工作業面進行施工操作時必須佩戴安全帶，對所發放的安全帶定期進行回收檢查，發現問題及時更換，以保證安全。

（2）施工作業吊籃定期檢查，作業面的周圍設置安全欄桿，并掛設安全網，以防止施工人員和物資跌落。

（3）預應力鋼筋張拉時，嚴格按規定程序執行防止預應力鋼筋拉斷或錨具、墊片彈出傷人。

（4）孔道壓漿時，施工人員應戴防護眼鏡，以免水泥漿噴傷眼睛。

（5）在施工期間必須安排專業安全防護員，防護作業必須執行鐵道部規定的安全規定。

（6）作業時必須設安全防護。防護員必須攜帶能監聽列車運行的無線通訊設備，并在住站設聯絡員，相互間要采取有效通訊手段進行聯絡。

六、改造加固工程完成情況

2011年安排加固3座、2012年加固16座。經過兩年的運營，橋梁使用狀態良好。2012年7月，經路局橋檢隊對部分加固橋進行抽查檢定，梁體改造后橫向剛度顯著增強。2013年按照路局計劃，安排繼續對烏阿線剩余的16座橋的梁體進行改造加固，目前正在施工中。

七、結論及建議

按照目前工程預算費用計算，若更換一孔梁需要40-45萬，包括成品梁購置、運輸及架梁安裝。若用該橫向加固方案，一孔費用只需要10-15萬元，可節約費用約30萬元；經兩年的應用和觀察，采用該加固方案使梁體橫向連接牢固、剛度增強，不僅保證了行車安全，節約了大量資金，而且施工速度快，不需要申請“天窗”或設置限速，不干擾行車。綜上所述，采用橋梁橫向預應力聯結加固技術對跨度混凝土梁進行加固，具有顯著的經濟和社會效益，值得在鐵路橋梁上推廣和運用。