某高速鐵路橋梁問題及整治措施探討

計 勇 （中國鐵路上海局集團有限公司合肥工務段，安徽 合肥 230011）

1 引言

抓好提前介入工作，強化源頭質量控制，是確保新建高鐵順利開通運營的有效途徑，對降低設備接管后的養修成本，提高安全效益和經濟效益具有重要意義。自2017年11月起，合肥工務段對商合杭鐵路站前十三標至十五標橋梁設備開展了提前介入工作，截至2018年底，已檢查橋梁35座，為后續施工提出了調整和改進建議，并督促施工單位整改達標，以期最大程度消除運營隱患。下面以商合杭鐵路橋梁提前介入檢查中發現的典型問題為例，對問題成因及整治措施進行探討。

2 典型問題分析及影響預測

2.1 梁體典型問題

2.1.1 梁體裂縫

對于簡支箱梁，梁體裂縫通常出現在梁內端部兩側上倒角位置；對于連續梁，常見的是梁內頂板底面縱向裂縫，梁內橫隔板過人洞上部豎向裂縫。當裂縫寬度超過限值應加強觀測，分析原因，實施修補。

連續梁內頂板底面縱向裂縫的成因主要是順橋向預應力施加過大，橫橋向預應力施加不足。給梁施加預壓應力是一種主動加力體系，過大的預應力也是有害處的，并不是預應力越大就越安全。研究表明，通常情況下預壓應力控制在2MPa就已足夠，然而實際情況下預應力甚至達到10MPa以上，從而在正交向容易由于泊松比而產生橫向拉應變，甚至會沿波紋管方向產生縱向裂縫，易造成波紋管內積水、鋼束銹蝕。因此，連續梁頂板底面裂縫的危害較大，應及早處理。

2.1.2 梁體混凝土澆筑質量不達標

該類問題主要有：梁體混凝土蜂窩麻面、空洞露筋、保護層厚度不足35mm。在梁內兩側下倒角，梁底端部支座附近易出現混凝土蜂窩、空洞露筋的問題，如圖1所示（跨合寧鐵路特大橋第96孔）；在連續梁內部，易出現鋸齒塊露筋、預應力筋封錨端不密實的問題。

圖1 梁底混凝土蜂窩、空洞露筋

混凝土配合比不當，造成砂漿少、石子多，混凝土攪拌時間不夠，拌合不均勻，振搗不密實等均是造成梁體混凝土蜂窩麻面的原因。梁底端部易出現蜂窩、空洞露筋的原因是梁底支座附近鋼筋密集，鋼筋位置未進行有效固定，導致鋼筋間距過小甚至緊貼，澆筑混凝土時，砂漿和骨料難以下落至梁底保護層位置。

保護層厚度不足的原因：一是施工時，保護層墊塊設置數量不足或布設位置不當；二是在混凝土澆筑過程中，未按要求搭設操作平臺，施工人員直接踩踏在鋼筋上操作，導致鋼筋下沉變形。保護層厚度不足將導致因混凝土碳化而引起的鋼筋銹脹、表層開裂剝落，造成受力鋼筋有效截面減小且握裹力下降，影響結構承載力和耐久性。

2.1.3 梁體防排水設施失效

該類問題主要有：梁內吊裝孔封堵不實、雨季滲水；尿梁；梁端防水涂層破損、脫落，如圖2所示（彭莊特大橋第17孔）；泄水管連接彎頭處破損、堵塞，管節之間未密封、連接不牢固；跨交通道路上方的梁體泄水管未封閉或做集中排水處理。

圖2 梁端防水涂層破損、脫落

尿梁的原因一是泄水管伸出翼緣板或梁底外露長度不足15cm，二是泄水管與梁體之間未密封。尿梁問題會對梁體、支座及墩臺檢查設施等造成污染和侵蝕。

梁端防水涂層破損、脫落的原因是過早地涂刷防水涂料，梁體澆筑時間較短，內部濕氣較大，造成防水涂料與梁端結合不到位，防水涂層出現空鼓現象，進而破損、脫落。當梁端防水失效時，如果梁端預應力管道灌漿不實、封錨不嚴，則會造成預應力鋼束銹蝕。國外報道了自1967年以來三座預應力混凝土橋梁在使用中由于預應力鋼束銹蝕而突然破壞坍塌的實例，針對梁端防水涂層破損的問題，必須予以重視。

2.1.4 梁縫寬度過小

檢查中發現了梁縫寬度過小甚至頂死，或者混凝土垃圾等異物將梁縫頂死的問題。由于梁體制造和架設誤差的影響，相鄰梁間、梁端與橋臺之間會出現間隙過小，甚至頂死的現象。橋面系施工時，由于梁縫止水帶尚未安裝，梁縫處未用板遮擋，橋面施工混凝土廢料落入梁縫中，也會造成梁縫頂死，嚴重影響梁體自由伸縮。

2.2 支座部位典型問題

2.2.1 支座傾斜

圖3 支座傾斜

檢查中發現了球型支座上板及球體歪斜的現象，如圖3所示（北端上行聯絡線特大橋11#墩）。支座傾斜大多是因為落梁時不夠平穩，支座存在較大的初始剪切變形。支座傾斜將會限制活動支座的正常活動，影響梁體自由伸縮。

2.2.2 支座上下板吊空

支座上下板吊空是指支座上板與梁底預埋鋼板之間、支座下板與砂漿墊層之間存在縫隙、安裝不密貼的現象。檢查中發現了支座上下板吊空大于0.5mm的問題。支座上板變形、梁底預埋鋼板不平整、砂漿墊層不平整是造成支座吊空的主要原因。支座吊空將會嚴重影響梁體受力性能，長期下去，梁體會產生剪切破壞。支座原本承受正常靜、動荷載作用，支座吊空后會變成承受大動能沖擊式的作用，大大縮短了支座的使用壽命。支座吊空還會造成墩臺原本均勻傳遞和承受的荷載集中到某一點上，產生應力集中，從而導致墩臺偏壓、墩帽開裂等問題。

2.2.3 支承墊石側面豎向裂縫

檢查中發現支承墊石側面普遍存在豎向裂縫，有的支承墊石側面裂縫數量甚至達到數十條之多，有的裂縫流白漿、流銹水。支承墊石裂縫與施工單位搶工程進度有關。支承墊石直接承受支座傳遞下來的荷載，局部應力大。當支承墊石混凝土強度較低時，就過早地架設了梁體，導致支承墊石受力過大而裂損。

2.2.4 支承墊石高度不足

檢查中發現了支承墊石高度不足35cm的問題，甚至導致防落梁擋塊無法安裝。墩臺施工時，標高控制失誤，墩臺頂面超過了設計標高，而梁底標高是固定的，從而導致支承墊石高度不足，防落梁擋塊難以正常安裝。通常情況下支座使用壽命較短，在運營期間進行支座調整和更換是完全有可能的。支承墊石高度不足，意味著梁底與墩頂之間的操作空間較小，給頂梁整修或更換支座帶來不便。

2.2.5 防落梁擋塊安裝位置不正確

防落梁擋塊與支承墊石側面間隙允許范圍是20～40mm。檢查中發現了防落梁擋塊與支承墊石側面間隙過大或過小的問題，原因是防落梁擋塊預埋鋼板定位不準確。防落梁擋塊的用途是在地震時防止橫向落梁，與支承墊石側面間隙過大則會影響其抗震效果，間隙過小甚至頂死則會影響梁體自由伸縮。

2.3 墩臺典型問題

2.3.1 墩臺裂縫

檢查中發現墩身普遍存在裂縫問題。引起墩臺裂縫的主要原因是大體積混凝土的溫度應力。

2.3.2 墩臺頂面未設置排水坡

檢查中發現墩臺頂面無排水坡，以致雨季墩頂積水的問題。若墩頂無排水坡，則易造成積水，水滲入墩頂裂縫中，在冬季結冰膨脹，導致裂縫擴展得更長更寬。

2.3.3 墩身混凝土澆筑質量不達標

該類問題主要有：墩身蜂窩麻面、墩身下部混凝土局部離析；墩身表面出現砂線、風化、剝落；墩身露筋、保護層厚度不足40mm。墩身下部混凝土局部離析是由于混凝土澆筑高度過高、振搗不實，粗骨料粒徑過大、比例過高，膠凝材料和細骨料的含量偏低，各組料間的粘聚力不足以抵抗粗骨料下沉，粗骨料與砂漿相互分離，沉積到墩身下部。混凝土離析造成墩身表面出現砂線、骨料和鋼筋外露等現象，導致混凝土強度下降，影響結構承載力。

3 問題整治措施探討

3.1 裂縫問題整治探討

3.1.1 梁體裂縫整治探討

對于細而密的裂縫，可用噴漿或抹漿的方法處理，也可涂一層環氧樹脂砂漿封閉。涂環氧樹脂砂漿前，應先用鋼絲刷去除裂縫附近混凝土表面的灰塵和污垢，并用丙酮擦洗。

對于一般的表面裂縫，可沿裂縫鑿槽，用壓縮空氣吹除灰塵并刷干凈后，先涂一層環氧樹脂砂漿，再用環氧樹脂砂漿或環氧膩子膩補平整。

對于數量較多且深度較深的裂縫，或混凝土內部有空隙時，可采用壓注環氧樹脂砂漿或水泥漿的方法進行處理：壓注前，先在混凝土表面鉆好孔眼，通過灌注孔，利用風壓把環氧樹脂砂漿或水泥漿壓入混凝土內部填滿裂縫，以增強結構整體性。

環氧樹脂砂漿對混凝土有高度的黏合性能，不但強度高、黏結力強，而且具有防水和耐腐蝕等特性，故已被廣泛用于修補混凝土裂縫及內部空隙，實踐證明效果良好。

3.1.2 墩臺裂縫整治探討

對于墩臺頂部易積水處的網狀裂縫，一般采用封閉涂裝。

對于寬度較小且趨于穩定的裂縫，可進行壓灌修補整治。

當混凝土表面風化、剝落，裂縫細而密且面積較大時，可采取表面補強措施，常用的方法是采用掛網噴射水泥砂漿、鋼纖維水泥砂漿和碳纖維等進行修補加固。

對于寬度較大且有發展趨勢、上下貫通、左右前后對稱的受力裂縫，應查明原因，采取相應的加固措施，如軀體包箍、局部翻修、壓漿注膠等。

3.2 混凝土澆筑質量不達標問題整治探討

3.2.1 混凝土蜂窩整治探討

對于小蜂窩，洗刷干凈后，可用1∶2或1∶2.5水泥砂漿抹平壓實；對于大蜂窩，則需鑿去蜂窩處薄弱松散顆粒，刷洗干凈后，采用耐久性高強修補料進行仔細填塞搗實；對于較深蜂窩，如清理困難，可埋入壓漿管、排氣管，表面抹砂漿或灌筑混凝土封閉后，再進行水泥壓漿處理。

3.2.2 混凝土保護層厚度不足整治探討

當一般位置的混凝土保護層厚度不足，可采用抹水泥砂漿來處理。若抹灰層厚度較大，可先掛鋼絲網，抹灰前刷一遍結構膠，再抹灰，以避免抹灰層空鼓、開裂。

當梁體頂板底面或底板底面混凝土保護層厚度不足，可采用環氧樹脂砂漿進行修補加固處理，施工流程為：①鑿除疏松的混凝土表層直至堅實面，用壓縮空氣清除松動顆粒和粉塵，使骨料外露→②用鋼絲刷去除鋼筋表面銹蝕層，涂刷鋼筋防銹劑→③在處理好的混凝土基面上用毛刷均勻地涂刷底層基液→④待底層基液初凝（表面不流動，指觸拉絲）時，用抹刀涂抹環氧樹脂砂漿，涂抹時要邊壓實邊抹光→⑤養護。

4 結語

商合杭鐵路橋梁設備提前介入檢查工作的開展，幫助工程單位發現施工中的質量問題，從而在后續施工中作出了相應調整。再次檢查新設備時，同樣或類似的問題得到了大幅減少，這證明提前介入工作已取得實效。同時，此項工作也為施工單位和設備管理單位交流學習技術標準提供了良機，可為高鐵橋梁的施工和養修積累經驗。