基本介紹
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圬工橋加固中
工程概況
S306 線K210 +267 小湖六橋建於1995 年，原橋為跨徑2 × 16 m 的石拱橋，2000 年3 月對該橋進行改造，主橋上部結構改建為鋼筋混凝土T 梁，跨徑2 ×16 m，橋長50．65 m，橋寬組合9 m +2 × 1．5 m，斜交35°，設計荷載汽—20 級，掛—100。橋台結構為漿砌片石U 形橋台，橋面鋪裝為水泥混凝土。
機理分析
2．1 主要病害
1)大田橋台上、下游側牆各有2 條豎向裂縫，前牆有1 條豎向裂縫，三明橋台上游側牆有2 條豎向裂縫，並延伸到前牆，下游有1 條豎向裂縫，大田台上游1 號豎向裂縫長4 m，2 號裂縫長4．2 m，最大縫寬為25 mm，下游3 號裂縫長3．7 m，4 號裂縫長3．5 m，最大縫寬18 mm，大田台前牆5 號裂縫長4．2 m，最大縫寬20 mm，三明台上游6 號裂縫長為4．5 m，7 號裂縫長為3．5 m，最大縫寬23 mm，下游8 號裂縫長3．2 m，最大縫寬為16 mm;
2)橋面鋪裝損壞，三明台、大田台橋頭已嚴重下沉; 這些病害嚴重影響該橋的承載能力和車輛的通行能力。
2．2 病害成因分析
通過對病害的表象及特徵的觀察分析，其主要病害原因為:
1)大量超重、超載車輛通過施加的超負荷荷載，致使橋面鋪裝損壞及橋頭路面下沉;
2)施工期間台背填料較差且回填碾壓不密實;
3)由石拱橋改造成T 梁橋時，對原橋台進行加高，由於施工工藝等原因，致使台腔填料難於碾壓密實，新舊橋台聯結處處理不當，經過近10 年的使用，病害逐漸顯現出來。
2．3 預應力錨索加固橋台機理
對於橋台加固處理方案有體外支護、預應力對錨、預應力地預應力錨索在圬工橋台加固中的套用錨等。採取預應力對錨加固橋台，其加固機理就是通過對橋台本身實施自平衡，而且通過錨索對拉可有效地減小側牆的傾覆力矩，從而限制了橋台的變形; 預應力地錨加固機理就是通過鑽孔及注漿體將鋼絞線固定於深部地層中，在被加固的橋台前牆表面對鋼絞線張拉力產生預應力，從而達到施加固體穩定或限制其變形的目的，另外通過在側牆、前牆上澆築混凝土框架構件，充分採用框架所提供給錨索的反力來加強側牆、前牆的整體性，從而達到加固橋台目的。這種橋台加固技術，最大優勢在於占用體外空間小，對地層沒有過多要求，是同等條件下較優的橋台加固技術。
2．4 橋台加固技術
針對本橋台出現的病害情況，結合實踐經驗對其採取以下加固技術:
1)對兩橋台的兩側牆採用預應力對錨進行加固在三明台兩側牆水平方向上各設2 根橫樑，1 根頂梁，在大田台兩側牆水平方向上各設3 根橫樑，1 根頂梁，橫樑寬度為40 cm，厚度為30 cm，頂梁寬度為25 cm，厚度為20 cm。豎直方向上兩橋台的兩側牆各設定2 根豎肋，豎肋的寬度為40 cm，厚度為30 cm。框架主筋為HRB335 鋼筋，直徑18，箍筋為R235 鋼筋，直徑10@25，框架梁均為C30 混凝土澆築，框架節點鋼筋應特殊處理。在兩橋台的側牆各設2 排共8 個預應力對錨錨索孔，錨孔間距為3．5 m，分布在框架各個節點上。錨索採用4 15．24 mm 標準強度為1 860 MPa 的高強度低鬆弛預應力鋼絞線製作，單孔對錨設計拉力為500 kN。
2)對兩橋台前牆用預應力地錨進行加固 。在兩橋台前牆水平方向上各設2 根橫樑，橫樑寬度為40 cm，厚度為30 cm，設定4 根豎肋，豎肋的寬度為40 cm，厚度為30 cm，框架梁均為C30 混凝土澆築，其鋼筋材料與側牆框架梁相同，框架節點鋼筋應特殊處理。兩橋台的前牆各設2 排共8 個預應力地錨錨索孔，錨孔間距3．5 m，分布在框架各個節點上。上排地錨索向下角度20°，下兩排向下角度10°，單孔自由段均為3 m，地錨單孔設計拉力為500 kN，其錨索材料與對錨錨索相同。
3)挖除破損橋面鋪裝及橋台處行車道並重新澆築。
加固技術
3．1 加固施工流程
為了有效地確保錨索加固質量，必須先檢驗材源的選取，同時對張拉設備採取標定，然後按以下步驟施工: 錨索孔定位→搭腳手架→鑽孔→清孔→編錨→下錨→注漿→澆築框架混凝土→預應力張拉→自由段灌漿→封錨。
3．2 錨索孔定位
按照設計要求採用拉線尺量，結合水準測量進行放線，並用油漆標記準確定位錨索孔位置。
3．3 搭腳手架
用無縫鋼管分層搭腳手架，作為施工操作平台。
3．4 鑽孔
鑽孔前要選用合適的鑽機，本工程鑽孔選擇潛孔鑽，其優點是鑽進速度快，形成的孔壁比其他旋轉鑽形成的孔壁粗糙，有利於錨固。鑽機在施工操作中要保證不移位，確保錨孔位置的精確度。鑽孔過程中，在穿過橋台填料時，除採用套管跟進防止塌孔外，還要注意工作風壓，調整鑽進速度，防止鑽孔偏斜、扭曲或變徑。
3．5 清孔
鑽孔結束後，採用高壓空壓機吹渣清孔，保證孔壁乾淨。
3．6 編錨、下錨
錨索編制前對鑽孔實際長度進行測量，並按孔號截取錨索體材料，鋼絞線必須採用機械切割，嚴禁電弧切割，同時也不得採用焊接，錨索體下料應整齊準確，誤差不大於± 5 cm，預留張拉段鋼絞線長度1．5 m。材料截取後，在編索平台上進行拉直編索，在自由段採取防腐處理，主要是在鋼絞線上塗油，然後外套PVC 波紋管，同時在波紋管末端安裝止漿環，並且採用膠布纏繞，以有效地避免漿液進入自由段，注漿管綑紮在錨索體的中間，隨錨索一起下入孔內。錨索編制完成後，按對應的孔號下入錨索孔內，入孔時沿軸線方向每隔1 m ～2 m 設一個隔離架，隔離架採用50 無縫管自製，隔離架之間用緊箍環。下錨時套用力均勻，避免在推送過程中損傷錨索配件和保護層。
3．7 注漿
下錨後及時進行注漿，注漿採用UBJ-2 型高壓注漿機，最大工作壓力為1．4 MPa，正常工作壓力為0．6 MPa。漿體為1∶1 水泥砂漿，水灰比0．38 ～0．45，水泥為42．5 MPa 普通矽酸鹽水泥。錨孔注漿時，對錨孔採用“封一頭反壓法”，即將錨孔的一頭封堵，封堵壓力大於1．4 MPa，再將壓漿管的出口置於封堵的一頭，使漿液從封堵的一頭反壓向開口處; 地錨孔直接採用反壓法，以保證水泥砂漿在孔內充分填補裂隙與鑽孔。
3．8 澆築框架混凝土
澆築框架混凝土時，應從豎肋基礎開始從下往上逐漸澆至下排橫樑→豎肋→上排橫樑→豎肋→頂梁。澆築框架混凝土時，必須控制好混凝土振搗施工，特別是對於錨孔周圍，其鋼筋較密，因此必須留意該處的振搗問題，以確保混凝土密實為目標。
3．9 張拉施工
預應力張拉施工必須在混凝土強度滿足設計要求後才能進行，本工程的錨索張拉主要採取穿心式千斤頂實施。鑒於張拉錨索對於本工程的加固是重點施工環節，為了有效地確保張拉施工質量，本工程實行張拉雙控技術，即通過張拉力以及錨索伸長值來共同控制錨索張拉施工，採取張拉油表示數為主，伸長值輔助張拉。張拉錨索前，先清乾淨錨墊板表面，安裝錨具確保其與千斤頂體積錨墊板居中，而且保證錨索軸線與千斤頂軸線一致。實行分級張拉，先預張拉0．2P 張拉力，每級張拉穩荷應大於5 min。
3．10 灌漿施工
錨索張拉後，採取對自由段灌漿，鑒於自由段鋼絞線是確保防腐的重要措施之一，因此施工中必須確保灌漿飽滿。
3．11 封錨
當錨索張拉力達到設計張拉力的值後，自由段灌漿結束，用 OVM15 型錨具錨固。切去多餘鋼絞線，封錨採用C40 混凝土，保證錨具淨保護層大於6 cm，作為錨索、錨具的永久防鏽層。
控制技術
1)鑽孔的孔位、孔深、傾斜度按照設計要求嚴格控制，且每鑽進5 m，用測斜儀校正一次，保證孔位達到設計要求。對穿錨孔必須水平，點位的左右上下誤差控制在2 cm 以內，地錨方向應與路線方向一致;
2)工具錨夾片與工作錨夾片不得混用，工具錨夾片使用一般不超過10 次，工作錨板、限位板和工具錨板之間的鋼絞線一定保持順直，不能相互扭結，以保證張拉順利進行;
3)注漿過程要保證錨固的注漿長度符合設計要求。錨固段和張拉端交接處的止漿環必須能承受0．6 MPa 的注漿壓力，止漿環處鋼絞線與止漿環之間必須密封好;
4)封孔灌漿的沉縮部分復灌後不得有空縮現象;
5)錨索入孔時索體的彎曲半徑必須大於5 m;
6)灌漿結束標準: 灌漿量大於理論吸漿量; 回漿比重不小於進漿比重，穩壓15 min，孔內不再吸漿，即進排量一致;
7)認真做好施工記錄，各道工序施工人員必須經過培訓並考核合格後方可上崗操作，嚴禁違章操作;
8)嚴格執行“三檢制”，必須做好各工序的施工記錄，施工中上道工序不合格或未經過監理工程師驗收，不得進入下道工序。
5結語
該橋加固工程於2009 年7 月完工，加固工程完工後，在圬工橋台病害處設點進行監測，病害不再發展，使用，狀況良好。實踐證明，橋樑圬工病害採用預應力錨索進行加固，不僅可節約工程造價，延長構造物的使用期限，而且施工工藝簡單、施工設備小型化，占用體外空間小，是一種較好的橋樑圬工病害治理方法。
附屬鋼構件
基本介紹
圬工橋樑即鋼筋混凝土結構橋樑由於具有剛度大，維修工作量少等許多鋼結構所不具備的優勢，在鐵路橋樑中套用比例超過90% 。但是，鋼筋混凝土橋樑的附屬設施採用大量鋼構件，尤其是一些普通線路的 T 形梁式橋，人行道、避車台、檢查梯、道床下樑端的橫向蓋板、以及安裝於橋樑墩台的吊圍欄等幾乎全部採用鋼質構件，採用油漆防腐，增加了圬工橋樑養修工作量。
防腐方式分析
在《鐵路橋隧建築物修理規則》第三章第二節中規定鐵路橋樑鋼結構件的保護塗裝採用油漆和電弧噴鋁兩種防腐方式。電弧噴鋁防腐一般用於栓焊梁的節點板和鋼樑的縱樑上蓋板處，其他結構部位均採用油漆防腐。所採用的基面清理、粗糙度要求，以及油漆防腐體系在第3. 2. 3 條至3. 2. 6 條中作了明確規定 。圬工橋上的一些附屬鋼構件採用第1塗裝體系。該塗裝體系相對鋼樑主體結構，標準較低，防腐能力也相對較弱，而與之配套的基面清理等級為St3. 0 級，也是較低等級的手工除銹方式。鐵路橋樑主體鋼結構由於塗裝標準要求高，採用機械化和工廠化的作業方式，塗裝質量總體能保持穩定，日常的油漆養修投入與所占的設備數量也能基本保持一致。但是，對一些圬工橋上的附屬鋼結構件，由於為小型構件，多數只能以人工方式進行現場塗裝，且塗裝標準偏低，質量不易控制，普遍存在狀態不良，鏽蝕嚴重，且日常維護周期短，投入工作量大，尤其是一些新投入運行的設備，問題更為嚴重。梁式圬工橋存在有大量的養修工作量，且所占比例明顯偏高，主要原因為梁式橋上的附屬鋼構件，由於防腐能力薄弱，需要經常維護，除銹、油漆、作業防護、施工腳手板和翻動步行板等工作，工作量巨大。
國外對圬工橋上的這些附屬鋼構件，甚至室外護欄、鋼質梯道等小型鋼構件，採用的防腐標準較高，很少採用油漆防腐方式，多採用可免除日常防腐作業的熱浸鋅防腐方式。近年來，我國勞動力成本正在大幅提升，列車運行速度的大幅提高，傳統的養修作業方式，已越來越難以適應作業環境的需要，尤其是油漆防腐方式已不適合“天窗修”的要求。
效果差原因
1)所選防腐體系標準偏低
在鐵路橋樑鋼構件的塗裝標準中 由於是以構件功能決定採用的塗裝標準，圬工橋附屬鋼構件的基面清理採用了“St”級手工除銹方式，相比“Sa”級機械除銹方式，標準要低，且除銹質量難以有效控制; 油漆選配了防腐能力相對效弱的第 塗裝體系，即“特製紅丹酚醛(醇酸)底漆+ 灰鋁粉石墨或灰雲鐵醇酸面漆”，且塗裝道數和乾膜總厚度在7 個塗裝體系中為最低。
2)構件形式不利防腐質量控制
鐵路橋樑中的附屬鋼構件，多採用小型角鋼、圓鋼或槽鋼形式，這些鋼構件雖便於製作和安裝，但由於構件體積較小，使得基面清理和油漆塗裝效率低下，費料費工，不利於採用機械除銹和塗裝作業。尤其是安裝於橋上之後的維修作業，問題更為嚴重。因此，一般對這些橋樑附屬鋼構件，只能採用塗裝質量不易保證的手工作業方式。
3)特定使用環境易使塗裝失效
鐵路橋樑中的附屬鋼構件，多數使用環境較差。人行道及墩台支架置於混凝土步行板之下，環境潮濕且易積圬，欄桿易被橋上作業人員和機具碰擦，影響塗層質量，置於梁端道砟下的橫向蓋板，環境條件更是惡劣，長期受通過列車污染和振動摩擦的多重影響，普通油漆防腐，極易蝕損失效。
4)作業條件變化難以保證質量
油漆塗裝作業有較嚴格的限制條件，不允許在相對濕度80% 以上、雨天、霧天或風沙環境作業，且要求在鋼表面清理後的4 h 內塗裝底漆，各塗層間須底層實幹後才能塗裝下道漆膜，底漆和中間漆的間隔時間又不能超過7 d 等作業要求。而在高密度和高速度行車條件下，嚴格的作業標準與惡劣的作業環境相矛盾，導致無法保證現場的塗裝作業質量，尤其是在“天窗修”作業模式下矛盾更為突出。
可行性分析
熱浸鋅技術是一種較為成熟的金屬防腐方式防腐性能優良、加工工藝成熟、成本適中，已被廣泛套用於公路、電力、電信等行業的道路防護柵欄、輸電鋼構架、電信電視發射塔架上。鐵路也在一些供電立柱、電務轉轍器、道口防護柵欄等方面大量套用。因此，這些橋樑的附屬鋼構件採用熱浸鋅技術進行熱浸鋅防腐處理較為適宜。
熱浸鋅技術是將經清理後的鋼構件，浸入高溫鋅槽，將鋅層熱鍍於鋼構件表面的一種金屬防腐工藝。在鋼構件的清理和熱鍍進程中，對構件的幾何形狀和尺寸有一定的限制，一般鍍件尺寸要求控制在長20 m、寬2 m 範圍內，且適合於薄壁鋼構件。因此，相對鐵路鋼樑主體構件，這些附屬鋼構件由於體小壁薄，非常適合採用熱浸鋅技術進行防腐處理。
由於鐵路行車密度的不斷加大，工務養修體制正在進行改革，勞動力成本不斷上升，鐵路部門需強化設備基礎，加快免維修和少維修發展進度。因此，選擇能大幅降低養修工作量，又不會增加太大投入的鋼構件熱浸鋅防腐方式是可行的。
預期效果分析
降低全壽命費用。
熱浸鋅防腐方式適當增加初次投入後，可大幅降低建成後的日常養修費用。經測算分析(見表3)，對這些附屬鋼構件初次用油漆防腐成本QU約為每米梁長103 元，改用熱浸鋅防腐，按1 500 元/t計算熱浸鋅加工成本QZ約為每米梁長177 元，因此，折合每米鋼筋混凝土梁長初次的投入費用增加為Q1= QZ－QU= 177 －103 = 74 元/m。從全壽命成本費用考慮，採用熱浸鋅防腐方式，一般可保持15 年以上免維護，而油漆防腐則存在大量日常養修工作量，由表3 可知，按15 年內安排兩次維修測算，折合每米鋼筋混凝土梁長需投入全壽命養修成本Q2為344 元/m，改用熱浸鋅防腐技術，按15 年全壽命成本分析，折合每米梁長節約成本Q = Q2－Q1= 344 －74 = 270 元/m。從全壽命成本費用比較可以看出，其中的橫向鋼蓋板節約費用所占比例最大，節約成本占到初次投入費用的16 倍左右;鋼結構人行道節約費用最多，約占節約總費用的84% 。
結語
根據以上分析，將新建圬工橋樑的附屬鋼構件由油漆塗裝防腐改為熱浸鋅防腐。提高既有圬工橋樑附屬鋼構件的塗裝標準，雖然增加了橋樑附屬鋼構件的初次投入成本，但是新方法能大幅提升圬工橋樑的整體使用性能，而且為“天窗修”作業創造了條件。
