圬工桥梁撮要

圬工桥基本介绍

圬工桥梁即钢筋混凝土结构桥梁由于具有刚度大，维修工作量少等许多钢结构所不具备的优势，在铁路桥梁中应用比例超过90% 。但是，钢筋混凝土桥梁的附属设施采用大量钢构件，尤其是一些普通线路的 T 形梁式桥，人行道、避车台、检查梯、道床下梁端的横向盖板、以及安装于桥梁墩台的吊围栏等几乎全部采用钢质构件，采用油漆防腐，增加了圬工桥梁养修工作量。

圬工桥防腐方式分析

在《铁路桥隧建筑物修理规则》第三章第二节中规定铁路桥梁钢结构件的保护涂装采用油漆和电弧喷铝两种防腐方式。电弧喷铝防腐一般用于栓焊梁的节点板和钢梁的纵梁上盖板处，其他结构部位均采用油漆防腐。所采用的基面清理、粗糙度要求，以及油漆防腐体系在第3. 2. 3 条至3. 2. 6 条中作了明确规定 。圬工桥上的一些附属钢构件采用第1涂装体系。该涂装体系相对钢梁主体结构，标准较低，防腐能力也相对较弱，而与之配套的基面清理等级为St3. 0 级，也是较低等级的手工除锈方式。铁路桥梁主体钢结构由于涂装标准要求高，采用机械化和工厂化的作业方式，涂装质量总体能保持稳定，日常的油漆养修投入与所占的设备数量也能基本保持一致。但是，对一些圬工桥上的附属钢结构件，由于为小型构件，多数只能以人工方式进行现场涂装，且涂装标准偏低，质量不易控制，普遍存在状态不良，锈蚀严重，且日常维护周期短，投入工作量大，尤其是一些新投入运行的设备，问题更为严重。梁式圬工桥存在有大量的养修工作量，且所占比例明显偏高，主要原因为梁式桥上的附属钢构件，由于防腐能力薄弱，需要经常维护，除锈、油漆、作业防护、施工脚手板和翻动步行板等工作，工作量巨大。

国外对圬工桥上的这些附属钢构件，甚至室外护栏、钢质梯道等小型钢构件，采用的防腐标准较高，很少采用油漆防腐方式，多采用可免除日常防腐作业的热浸锌防腐方式。近年来，我国劳动力成本正在大幅提升，列车运行速度的大幅提高，传统的养修作业方式，已越来越难以适应作业环境的需要，尤其是油漆防腐方式已不适合“天窗修”的要求。

圬工桥效果差原因

1)所选防腐体系标准偏低

在铁路桥梁钢构件的涂装标准中 由于是以构件功能决定采用的涂装标准，圬工桥附属钢构件的基面清理采用了“St”级手工除锈方式，相比“Sa”级机械除锈方式，标准要低，且除锈质量难以有效控制; 油漆选配了防腐能力相对效弱的第 涂装体系，即“特制红丹酚醛(醇酸)底漆 灰铝粉石墨或灰云铁醇酸面漆”，且涂装道数和干膜总厚度在7 个涂装体系中为最低。

2)构件形式不利防腐质量控制

铁路桥梁中的附属钢构件，多采用小型角钢、圆钢或槽钢形式，这些钢构件虽便于制作和安装，但由于构件体积较小，使得基面清理和油漆涂装效率低下，费料费工，不利于采用机械除锈和涂装作业。尤其是安装于桥上之后的维修作业，问题更为严重。因此，一般对这些桥梁附属钢构件，只能采用涂装质量不易保证的手工作业方式。

3)特定使用环境易使涂装失效

铁路桥梁中的附属钢构件，多数使用环境较差。人行道及墩台支架置于混凝土步行板之下，环境潮湿且易积圬，栏杆易被桥上作业人员和机具碰擦，影响涂层质量，置于梁端道砟下的横向盖板，环境条件更是恶劣，长期受通过列车污染和振动摩擦的多重影响，普通油漆防腐，极易蚀损失效。

4)作业条件变化难以保证质量

油漆涂装作业有较严格的限制条件，不允许在相对湿度80% 以上、雨天、雾天或风沙环境作业，且要求在钢表面清理后的4 h 内涂装底漆，各涂层间须底层实干后才能涂装下道漆膜，底漆和中间漆的间隔时间又不能超过7 d 等作业要求。而在高密度和高速度行车条件下，严格的作业标准与恶劣的作业环境相矛盾，导致无法保证现场的涂装作业质量，尤其是在“天窗修”作业模式下矛盾更为突出。

圬工桥可行性分析

热浸锌技术是一种较为成熟的金属防腐方式防腐性能优良、加工工艺成熟、成本适中，已被广泛应用于公路、电力、电信等行业的道路防护栅栏、输电钢构架、电信电视发射塔架上。铁路也在一些供电立柱、电务转辙器、道口防护栅栏等方面大量应用。因此，这些桥梁的附属钢构件采用热浸锌技术进行热浸锌防腐处理较为适宜。

热浸锌技术是将经清理后的钢构件，浸入高温锌槽，将锌层热镀于钢构件表面的一种金属防腐工艺。在钢构件的清理和热镀进程中，对构件的几何形状和尺寸有一定的限制，一般镀件尺寸要求控制在长20 m、宽2 m 范围内，且适合于薄壁钢构件。因此，相对铁路钢梁主体构件，这些附属钢构件由于体小壁薄，非常适合采用热浸锌技术进行防腐处理。

由于铁路行车密度的不断加大，工务养修体制正在进行改革，劳动力成本不断上升，铁路部门需强化设备基础，加快免维修和少维修发展进度。因此，选择能大幅降低养修工作量，又不会增加太大投入的钢构件热浸锌防腐方式是可行的。

圬工桥预期效果分析

降低全寿命费用。

热浸锌防腐方式适当增加初次投入后，可大幅降低建成后的日常养修费用。经测算分析(见表3)，对这些附属钢构件初次用油漆防腐成本Q_U约为每米梁长103 元，改用热浸锌防腐，按1 500 元/t计算热浸锌加工成本Q_Z约为每米梁长177 元，因此，折合每米钢筋混凝土梁长初次的投入费用增加为Q₁= Q_Z－Q_U= 177 －103 = 74 元/m。从全寿命成本费用考虑，采用热浸锌防腐方式，一般可保持15 年以上免维护，而油漆防腐则存在大量日常养修工作量，由表3 可知，按15 年内安排两次维修测算，折合每米钢筋混凝土梁长需投入全寿命养修成本Q₂为344 元/m，改用热浸锌防腐技术，按15 年全寿命成本分析，折合每米梁长节约成本Q = Q₂－Q₁= 344 －74 = 270 元/m。从全寿命成本费用比较可以看出，其中的横向钢盖板节约费用所占比例最大，节约成本占到初次投入费用的16 倍左右;钢结构人行道节约费用最多，约占节约总费用的84% 。

圬工桥结语

根据以上分析，将新建圬工桥梁的附属钢构件由油漆涂装防腐改为热浸锌防腐。提高既有圬工桥梁附属钢构件的涂装标准，虽然增加了桥梁附属钢构件的初次投入成本，但是新方法能大幅提升圬工桥梁的整体使用性能，而且为“天窗修”作业创造了条件。 2100433B

圬工桥工程概况

S306 线K210 267 小湖六桥建于1995 年，原桥为跨径2 × 16 m 的石拱桥，2000 年3 月对该桥进行改造，主桥上部结构改建为钢筋混凝土T 梁，跨径2 ×16 m，桥长50．65 m，桥宽组合9 m 2 × 1．5 m，斜交35°，设计荷载汽—20 级，挂—100。桥台结构为浆砌片石U 形桥台，桥面铺装为水泥混凝土。

圬工桥机理分析

2．1 主要病害

1)大田桥台上、下游侧墙各有2 条竖向裂缝，前墙有1 条竖向裂缝，三明桥台上游侧墙有2 条竖向裂缝，并延伸到前墙，下游有1 条竖向裂缝，大田台上游1 号竖向裂缝长4 m，2 号裂缝长4．2 m，最大缝宽为25 mm，下游3 号裂缝长3．7 m，4 号裂缝长3．5 m，最大缝宽18 mm，大田台前墙5 号裂缝长4．2 m，最大缝宽20 mm，三明台上游6 号裂缝长为4．5 m，7 号裂缝长为3．5 m，最大缝宽23 mm，下游8 号裂缝长3．2 m，最大缝宽为16 mm;

2)桥面铺装损坏，三明台、大田台桥头已严重下沉; 这些病害严重影响该桥的承载能力和车辆的通行能力。

2．2 病害成因分析

通过对病害的表象及特征的观察分析，其主要病害原因为:

1)大量超重、超载车辆通过施加的超负荷荷载，致使桥面铺装损坏及桥头路面下沉;

2)施工期间台背填料较差且回填碾压不密实;

3)由石拱桥改造成T 梁桥时，对原桥台进行加高，由于施工工艺等原因，致使台腔填料难于碾压密实，新旧桥台联结处处理不当，经过近10 年的使用，病害逐渐显现出来。

2．3 预应力锚索加固桥台机理

对于桥台加固处理方案有体外支护、预应力对锚、预应力地预应力锚索在圬工桥台加固中的应用锚等。采取预应力对锚加固桥台，其加固机理就是通过对桥台本身实施自平衡，而且通过锚索对拉可有效地减小侧墙的倾覆力矩，从而限制了桥台的变形; 预应力地锚加固机理就是通过钻孔及注浆体将钢绞线固定于深部地层中，在被加固的桥台前墙表面对钢绞线张拉力产生预应力，从而达到施加固体稳定或限制其变形的目的，另外通过在侧墙、前墙上浇筑混凝土框架构件，充分采用框架所提供给锚索的反力来加强侧墙、前墙的整体性，从而达到加固桥台目的。这种桥台加固技术，最大优势在于占用体外空间小，对地层没有过多要求，是同等条件下较优的桥台加固技术。

2．4 桥台加固技术

针对本桥台出现的病害情况，结合实践经验对其采取以下加固技术:

1)对两桥台的两侧墙采用预应力对锚进行加固在三明台两侧墙水平方向上各设2 根横梁，1 根顶梁，在大田台两侧墙水平方向上各设3 根横梁，1 根顶梁，横梁宽度为40 cm，厚度为30 cm，顶梁宽度为25 cm，厚度为20 cm。竖直方向上两桥台的两侧墙各设置2 根竖肋，竖肋的宽度为40 cm，厚度为30 cm。框架主筋为HRB335 钢筋，直径18，箍筋为R235 钢筋，直径10@25，框架梁均为C30 混凝土浇筑，框架节点钢筋应特殊处理。在两桥台的侧墙各设2 排共8 个预应力对锚锚索孔，锚孔间距为3．5 m，分布在框架各个节点上。锚索采用4 15．24 mm 标准强度为1 860 MPa 的高强度低松弛预应力钢绞线制作，单孔对锚设计拉力为500 kN。

2)对两桥台前墙用预应力地锚进行加固 。在两桥台前墙水平方向上各设2 根横梁，横梁宽度为40 cm，厚度为30 cm，设置4 根竖肋，竖肋的宽度为40 cm，厚度为30 cm，框架梁均为C30 混凝土浇筑，其钢筋材料与侧墙框架梁相同，框架节点钢筋应特殊处理。两桥台的前墙各设2 排共8 个预应力地锚锚索孔，锚孔间距3．5 m，分布在框架各个节点上。上排地锚索向下角度20°，下两排向下角度10°，单孔自由段均为3 m，地锚单孔设计拉力为500 kN，其锚索材料与对锚锚索相同。

3)挖除破损桥面铺装及桥台处行车道并重新浇筑。

圬工桥加固技术

3．1 加固施工流程

为了有效地确保锚索加固质量，必须先检验材源的选取，同时对张拉设备采取标定，然后按以下步骤施工: 锚索孔定位→搭脚手架→钻孔→清孔→编锚→下锚→注浆→浇筑框架混凝土→预应力张拉→自由段灌浆→封锚。

3．2 锚索孔定位

按照设计要求采用拉线尺量，结合水准测量进行放线，并用油漆标记准确定位锚索孔位置。

3．3 搭脚手架

用无缝钢管分层搭脚手架，作为施工操作平台。

3．4 钻孔

钻孔前要选用合适的钻机，本工程钻孔选择潜孔钻，其优点是钻进速度快，形成的孔壁比其他旋转钻形成的孔壁粗糙，有利于锚固。钻机在施工操作中要保证不移位，确保锚孔位置的精确度。钻孔过程中，在穿过桥台填料时，除采用套管跟进防止塌孔外，还要注意工作风压，调整钻进速度，防止钻孔偏斜、扭曲或变径。

3．5 清孔

钻孔结束后，采用高压空压机吹渣清孔，保证孔壁干净。

3．6 编锚、下锚

锚索编制前对钻孔实际长度进行测量，并按孔号截取锚索体材料，钢绞线必须采用机械切割，严禁电弧切割，同时也不得采用焊接，锚索体下料应整齐准确，误差不大于± 5 cm，预留张拉段钢绞线长度1．5 m。材料截取后，在编索平台上进行拉直编索，在自由段采取防腐处理，主要是在钢绞线上涂油，然后外套PVC 波纹管，同时在波纹管末端安装止浆环，并且采用胶布缠绕，以有效地避免浆液进入自由段，注浆管捆扎在锚索体的中间，随锚索一起下入孔内。锚索编制完成后，按对应的孔号下入锚索孔内，入孔时沿轴线方向每隔1 m ～2 m 设一个隔离架，隔离架采用50 无缝管自制，隔离架之间用紧箍环。下锚时应用力均匀，避免在推送过程中损伤锚索配件和保护层。

3．7 注浆

下锚后及时进行注浆，注浆采用UBJ-2 型高压注浆机，最大工作压力为1．4 MPa，正常工作压力为0．6 MPa。浆体为1∶1 水泥砂浆，水灰比0．38 ～0．45，水泥为42．5 MPa 普通硅酸盐水泥。锚孔注浆时，对锚孔采用“封一头反压法”，即将锚孔的一头封堵，封堵压力大于1．4 MPa，再将压浆管的出口置于封堵的一头，使浆液从封堵的一头反压向开口处; 地锚孔直接采用反压法，以保证水泥砂浆在孔内充分填补裂隙与钻孔。

3．8 浇筑框架混凝土

浇筑框架混凝土时，应从竖肋基础开始从下往上逐渐浇至下排横梁→竖肋→上排横梁→竖肋→顶梁。浇筑框架混凝土时，必须控制好混凝土振捣施工，特别是对于锚孔周围，其钢筋较密，因此必须留意该处的振捣问题，以确保混凝土密实为目标。

3．9 张拉施工

预应力张拉施工必须在混凝土强度满足设计要求后才能进行，本工程的锚索张拉主要采取穿心式千斤顶实施。鉴于张拉锚索对于本工程的加固是重点施工环节，为了有效地确保张拉施工质量，本工程实行张拉双控技术，即通过张拉力以及锚索伸长值来共同控制锚索张拉施工，采取张拉油表示数为主，伸长值辅助张拉。张拉锚索前，先清干净锚垫板表面，安装锚具确保其与千斤顶体积锚垫板居中，而且保证锚索轴线与千斤顶轴线一致。实行分级张拉，先预张拉0．2P 张拉力，每级张拉稳荷应大于5 min。

3．10 灌浆施工

锚索张拉后，采取对自由段灌浆，鉴于自由段钢绞线是确保防腐的重要措施之一，因此施工中必须确保灌浆饱满。

3．11 封锚

当锚索张拉力达到设计张拉力的值后，自由段灌浆结束，用 OVM15 型锚具锚固。切去多余钢绞线，封锚采用C40 混凝土，保证锚具净保护层大于6 cm，作为锚索、锚具的永久防锈层。

圬工桥控制技术

1)钻孔的孔位、孔深、倾斜度按照设计要求严格控制，且每钻进5 m，用测斜仪校正一次，保证孔位达到设计要求。对穿锚孔必须水平，点位的左右上下误差控制在2 cm 以内，地锚方向应与路线方向一致;

2)工具锚夹片与工作锚夹片不得混用，工具锚夹片使用一般不超过10 次，工作锚板、限位板和工具锚板之间的钢绞线一定保持顺直，不能相互扭结，以保证张拉顺利进行;

3)注浆过程要保证锚固的注浆长度符合设计要求。锚固段和张拉端交接处的止浆环必须能承受0．6 MPa 的注浆压力，止浆环处钢绞线与止浆环之间必须密封好;

4)封孔灌浆的沉缩部分复灌后不得有空缩现象;

5)锚索入孔时索体的弯曲半径必须大于5 m;

6)灌浆结束标准: 灌浆量大于理论吸浆量; 回浆比重不小于进浆比重，稳压15 min，孔内不再吸浆，即进排量一致;

7)认真做好施工记录，各道工序施工人员必须经过培训并考核合格后方可上岗操作，严禁违章操作;

8)严格执行“三检制”，必须做好各工序的施工记录，施工中上道工序不合格或未经过监理工程师验收，不得进入下道工序。

圬工桥5结语

该桥加固工程于2009 年7 月完工，加固工程完工后，在圬工桥台病害处设点进行监测，病害不再发展，使用，状况良好。实践证明，桥梁圬工病害采用预应力锚索进行加固，不仅可节约工程造价，延长构造物的使用期限，而且施工工艺简单、施工设备小型化，占用体外空间小，是一种较好的桥梁圬工病害治理方法。