普速鐵路橋梁常見病害及整治措施

王如翰

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

0 引言

普速鐵路具有較高的運輸速度、安全性，運輸能力突出。更為重要的是普速鐵路運輸較少受自然條件的制約。但由于鐵路運輸受軌道限制，需要建設橋梁、隧道提升運輸效率。事實證明，我國鐵路運輸量獲得了極大提升，但與此同時，鐵路橋梁病害的發生率也越來越高。結合我國經濟發展及具體國情，需要對普速鐵路橋梁引起重視。基于此，有必要對橋梁病害處理與整治工作進行科學管理，防止橋梁功能受到負面影響導致結構退化，也降低橋梁安全事故出現的可能性。

1 當前普速鐵路橋梁常見的病害分析

1.1 橋梁結構裂紋

橋梁結構裂紋是普速鐵路橋梁常見的病害之一。依據橋梁結構損傷程度與原因的不同，可將其分為原生裂紋、銹蝕裂紋等。其中，原生裂紋是指在橋梁投入運營前出現的裂紋，由于橋梁建設受客觀因素影響較多，原生裂紋通常無法避免。通常，許多梁體結構裂紋是由于氣候環境變化引起的。關于強度破壞引起的結構裂紋，發生頻率較低，只有受彎構件、拉桿等局部位置的截面拉應力高于屈服強度，才會引發這一現象[1]。

此外，部件連接損傷也會引發裂紋的產生。隨著鐵路橋梁運輸時間的不斷增加，橋梁的破壞程度也越發嚴重。橋梁設計過程中使用到的部件較多，不同種類部件之間難以實現完全耦合，機械磨損就會導致部件連接損傷。具體來說，橋梁連接構件受力過程中，列車運行密度、連接處應力狀態、荷載動力作用等與沿其接觸面的相對總位移相關，且呈線性關系。部件連接的構造屬性、制造環境是影響磨損速度的重要因素，部件連接損傷會在一定程度上增加橋梁疲勞裂紋的出現概率[2]。銹蝕裂紋會直接對橋梁的安全性及使用壽命產生影響。在橋梁與空氣接觸較多、容易積水、積塵的地方容易發生銹蝕。鐵路運輸也會導致橋梁出現銹蝕損傷，一旦銹蝕損傷出現，橋梁的載重等級就會逐漸下降，橋梁裂紋也會越來越多。

除上述原因引發的裂紋以外，疲勞損傷也是造成橋梁結構裂紋的重要因素，但此類裂紋的復雜性較高。在橋梁承受動態荷載的情況下，脈動應力會促使部件在橋梁構件缺陷處產生裂紋。當循環次數達到一定程度時，該部件的承載能力會受到影響并逐漸下降，從而對橋梁本身造成難以逆轉的傷害。從宏觀與微觀的角度來看，由疲勞損傷引起的裂紋受到多種因素的影響，材料和構件靜力強度看起來對構件本身的影響并不大，但其所造成的疲勞損傷卻是難以預測的[3]。

橋梁上部縱向裂縫示意圖如圖1所示。

圖1 橋梁上部縱向裂縫示意圖

1.2 材料強度較低

材料強度較低也是較為常見的結構病害。以混凝土橋梁為例，材料強度較低可能導致混凝土結構疏松、空洞。在鋼橋中，材料強度不足會導致銹蝕病害的發生。基于材料強度、施工技術等產生的混凝土缺陷，對混凝土結構產生影響是必然的。這一結構性損傷往往從結構薄弱的部位開始，之后逐漸過渡、延伸到其他部位，對混凝土結構的耐用性、適用性產生影響。盡管這一缺陷無法完全避免，但只要嚴格按照國家制定的相關規范施工，對材料進行合理使用與養護，也能夠促進橋梁自身結構性能的提升[4]。

鋼橋梁建設過程中，若橋梁用鋼沒有滿足國家規范要求，出現強度較低、韌性不足等情況，則會導致鋼材缺陷的產生，如夾層、裂紋等。一旦橋梁材料強度較低，材料就會發生屈服，橋梁結構間接受損。特別是對鐵路橋梁來說，列車垃圾、廢水的堆積與排放會大大增加橋梁發生銹蝕病害的概率。此后，隨著銹蝕程度的不斷提升，橋梁容易發生脆斷等情況，從而造成橋梁局部破壞甚至整體受損[5]。

1.3 橋墩偏移傾斜

橋墩的穩定性與承載力是制約橋梁實用性的關鍵。橋墩偏移、傾斜會直接對橋梁上部的結構受力產生影響，特別是對于位于地形復雜的山區異型橋梁來說，任何一點微小的偏移或傾斜，都會導致橋梁上部結構破壞。造成這一病害出現的原因主要有以下三個：首先，施工過程中基礎埋置深度較淺，如位于軟土地基上，或基底持力層厚度不均。其次，設計過程中跨徑較小，橋孔通水不暢，局部位置受到的沖刷力較大，基礎沖刷加劇。最后，由于河床變化和水流的長期作用，彎道橋梁迎水面錐坡基礎被逐漸沖空，從而引發橋墩下沉、開裂等問題，對主體受力結構產生影響。

對于普速鐵路橋梁來說，橋墩偏移、傾斜會降低橋面軌道的平滑性，列車運行過程中產生的沖擊力較大，容易導致橋梁斷裂或列車脫軌運行[6]。

1.4 橋梁支座損壞

橋梁支座是連接橋梁上下部結構的重要環節。在橋梁支座的支持下，上部結構的反作用力和變形可以順利傳遞到下部，從而使其真實地受力符合設計理論。

橋梁支座病害通常是剪切變形、局部脫空等。這一病害的發生與下述因素有關：首先，支座的選取不符合相關規定，承載力較低。其次，設計過程中，未結合實際情況對支座的選擇形式、布置方式等進行綜合考量，支座邊緣預留寬度較少。再次，在支座的安裝中，支座墊石、梁底面平整度不符合相關要求，或砂漿不夠緊密、金屬支座防腐、防銹處理不到位等。最后，前文提到的橋墩的傾斜、偏移也是影響橋梁支座正常使用的原因之一。

1.5 橋梁梁體剝落

導致橋梁梁體出現剝落的原因是多方面的，橋梁自身的結構、氣候變化、施工材料的選擇等均會使橋梁出現震顫等情況，從而加速梁體剝落。橋梁梁體剝落、掉塊大多與混凝土結構、施工材料息息相關。例如，梁體腹板交界處應力較為集中，荷載較重，就會出現混凝土開裂的情況，進而發生梁體剝落。混凝土澆筑硬化后，內部水分的不斷蒸發會加速凝膠體干縮，若水泥性能較差、水灰比例不合理就會降低梁體表面的附著性。此時，溫度、濕度發生變化也會導致梁體剝落。

2 普速鐵路橋梁常見病害的整治措施

2.1 橋梁裂縫病害整治

前文提到，導致橋梁裂縫病害出現的原因多種多樣。對于混凝土空洞、疏松導致的裂縫，應先對松散部分進行處理。清理完畢后，再用高強度混凝土和一定比例的水泥灰漿進行修復。在梁體發生剝落或鋼筋外露時，應先除去已經松動的保護層，待鋼筋銹蝕一起除去后，才可進行二次修復。梁體橫向縱向聯結構件出現開裂、斷裂等情況，可以視情況進行更換、補焊。當梁體裂縫寬度不超過容許時，可采用封閉措施，即使用環氧樹脂膠修補。在梁體裂縫寬度超出限制的情況下，考慮采取壓力灌漿法，使用液柱環氧樹脂膠或其他材料進行整治。當橋梁裂紋發展到一定階段時，應加強對其的動態監控，及時發現成因，并基于上述原因采取橫向縱向加固措施。

受地基沉降、灰縫沉降或溫差過大的影響，橋梁磚石砌體往往會產生裂縫。此類裂縫病害的整治需要首先修補暴露的表面，將已經暴露的集料清除掉后，再使用細集料混凝土進行填補。

2.2 橋梁材料病害整治

橋梁材料病害大多是基于化學反應發生的，其對橋梁本身造成的損傷大多不可逆，整治難度較高，且目前可借鑒的成熟經驗較少。因此，關于橋梁材料病害的整治，大多要以防治為主。首先，優化混凝土成分，以此提升混凝土的密實性，降低材料滲透性，促進橋梁材料抗腐蝕能力的提升。例如，可將水泥與硅灰拌和，以增強材料對氯離子的抗性，或添加氣混凝土，確保氣溫較低的環境下依然有充足的水分，緩解凍融對橋梁性能帶來的破壞。其次，可使用電化學處理法，利用電力場的影響，將臨時的陽極源中的堿性物質引入碳化區，提高硬化混凝土的pH 值，改善橋梁自身結構，避免混凝土材料病害的發生。

2.3 橋墩偏移病害整治

在橋墩發生局部破壞且未徹底整治的情況下，可通過拉桿、鋼軌箍等進行臨時加固。一旦橋墩出現偏移、傾斜、沉降等問題，就要立即檢查橋墩附近、支座及梁體的整體情況，據此判斷是否會引發聯動反應。同時，啟動分析決策，對橋墩發生沉降、偏移等的原因進行監測，確定后續不會發生持續變化后再進行加固，從而使線路變位問題得到及時糾正。

2.4 橋梁支座病害整治

橋梁支座是橋梁結構的重要組成部分，起到了承上啟下的重要作用。但是，橋梁支座在橋梁工程建造中所占比例較低，施工人員對其重視程度普遍較低，這增加了橋梁支座病害發生的可能性。結合前文所述，造成橋梁支座病害的原因不一，需要結合實際情況進行分析。

一般來說，橋梁支座的病害主要表現為橫向位移超出規定范圍及支座受損嚴重。在這種情況下，可以用板式橡膠支座代替原來的支座，也可以在梁端設置一個限位器。橋梁建設中通常選擇先清除支座錨栓再重新埋設的方法進行處理，盡管能夠起到一定的緩解作用，但不能根治，實際效果并不理想。基于此，可采取以下措施：在確保固定支座沒有發生變形，且支座的傾角在可接受范圍之內的情況下，進行溫度測定，根據溫度的變化幅度確定移動支架的正確位置。待所有的錨栓全部清理完畢后，再固定支座，同時向活動面中注射鈣基脂，以提高支座的彈性。需要注意的是，支座的維護與更換需要在列車運行的天窗時間內完成。

2.5 重視橋梁日常養護

重視橋梁日常養護主要是為了確保橋梁及其構件的正常使用，令橋梁保持良好的使用狀態。基于當前普速鐵路橋梁存在的各種病害，可從以下幾個方面對其進行養護：首先，定期清掃橋梁面，將其中的積水、雜物清除完畢。當橋梁使用過程中出現小病害時，要及時修補，保證鐵路運輸的安全性。其次，要加強對橋梁伸縮縫的日常保養，定期對伸縮縫中堆積的塵土、垃圾等進行處理；定期檢查車邊梁與橋面鋪裝件的連接，注意接頭是否有損壞、滲漏或開裂等問題。另外，伸縮裝置頂部的平整度也要定期檢查，若發現有異常凹凸，則可以滑動承壓支座或壓緊支座來進一步判定。如果發現伸縮裝置的縫隙間出現了不均勻位移，則必須及時檢查位移控制系統的相關組件，若組件損傷，則要及時更換。最后，還要注重防銹工作的開展，以增強橋梁的耐用性。

2.6 橫向縱向加固處理

就鐵路混凝土橋梁20cm 以下的無橫向連接斷裂病害修補而言，可通過橋面補強、增設輔助構件實現。例如，優化橋梁結構體系，采用砂漿法進行橫向加固。一方面，該方法使用工具簡單；另一方面，技術施工封鎖時間較短，對鐵路行車不會產生較大影響。具體的使用方法為：填高范圍在20cm 的基礎上，先完成支座底部支撐面的鑿毛，然后用清水沖洗，根據實際情況選用施工設備，在列車行駛的空隙暫時封閉線路進行修補。之后，按照1∶1.1～1.2 的比例調配砂漿，經過充分的研磨后進行振搗填筑。封土后，使用清水將泥漿沖洗干凈。針對普速鐵路橋梁存在的地基不均勻問題，可以考慮在橋墩周圍進行混凝土換填。

縱向加固主要是為了增強路基縱向剛度，通過縱向加固，使預應力鋼束達到合理的布置。同時，提高了強度。根據路面出現的病害情況，可以對局部位置開展修復。如路面破損嚴重，則需先將路面清掃干凈，然后再厚鋪混凝土進行養護。另外，縱向加固應堅持預防為主、養護并重的基本原則。因此，可增加雙層鋼梁，并加強對橫梁上顎缺陷和裂紋的觀測，以建立完善的預防措施。冷拉絲混凝土加固是一種新型的縱向加固技術，它利用碳纖維布、復合膠等柔性材料，可以促進制動和啟動荷載向橋墩方向傳遞，能夠有效減少溫度對橋梁位移的影響。

3 結語

綜上所述，普速鐵路橋梁是推進我國現代化建設的重要基礎設施。隨著運輸壓力與運輸規模的不斷提升，普速鐵路橋梁可能出現的病害種類也越來越多。不同程度的病害不僅影響橋梁的正常使用，還會導致橋梁使用性能降低，甚至對鐵路運輸安全產生威脅。目前，普速鐵路橋梁使用過程中，常出現的病害有橋墩偏移病害、橋梁支座病害等多種類型。針對不同原因造成的病害，可采取不同的整治措施，如采用冷拔絲混凝土加固進行縱向加固處理，通過優化混凝土成分整治橋梁材料病害等。采取針對性處理措施后，普速鐵路橋梁的整體性能能夠得到較好的維護，有助于橋梁耐用性與實用性的提升，同時對于我國鐵路事業可持續發展也能夠起到促進作用。