引　言

桥梁的振动一般由环境激励以及人为激励引起。大跨度桥梁(如斜拉桥、悬索桥等)主要考虑环境激励引起的振动。中小跨度的桥梁一般考虑人为激励影响为主。铁路桥梁由于人为激励源是列车, 不仅垂直方向振动大, 而且蛇行波等引起的激励使水平方向的振动也非常大。横向振动会导致脱轨的严重后果。因此,如何避免发生共振现象是非常重要的。桥梁设计中一般采用静力设计方法, 仅将动载荷转换成为相应的静载荷, 大跨桥梁(尤其是超大跨桥梁)要进行时程计算, 甚至需要进行风洞实验, 但是这样的工作需要较多的经费和较长的时间。对于中小跨桥梁往往缺乏有效的手段来进行动力分析,不进行动力分析对于铁路桥梁来说是比较危险的。特别是现在列车不断提速, 桥梁和桥墩的形式在不断变化, 如果没有有效的方法来进行分析, 很可能导致严重的后果。

我国的铁路桥梁检测按《铁路桥梁检定规范》(后面简称为“检规” )的标准来实施, 此规范是 1978年按照当时的运行情况和设计标准制定的。随着技术的发展, 几十年来, 列车不断提速, 目前达到 160(km·h- 1)甚至 200 (km ·h- 1)以上, 而高速铁路的最高行车速度可达到甚至超过 300 (km·h- 1) ,它将成为 21 世纪最富有吸引力的一种旅客运输方式。车速的提高导致振动的激励力更大, 因此对桥梁的安全性能也需要更高的要求, 检规中的一些参数需进行修订后才能满足现有情况下的使用。另外在桥梁设计中, 桥梁的跨度越来越大, 桥墩高度也很高, 出现了高墩和高承台墩, 这些情况在检规中涉及较少, 没有明确的规定。基于安全考虑, 必须对这些情况进行大量的实用和有效分析。在目前列车运行过程中, 完好的铁路桥梁行车所产生的振动一般应满足检规中的规定。一般列车的竖向振动都能满足, 但是当提速或者桥墩较柔时, 水平向的振动会比较大, 容易引起脱轨。而学者对于铁路桥梁横向振动的研究不是很多, 且大多采取时程分析的方法, 可以得到很多桥墩响应的数据, 但是花费的时间和精力很多, 对于中小桥来说这样的投入偏大。

XX铁路XX至XX段原既有线XX河特大桥改造工程 ,该桥全长1 582. 3 m ,桥跨布置为48 孔32 m预应力混凝土 T梁 ,全桥位于直线段上。经检算 ,墩台及基础均符合要求 ,不必进行改造;而梁体需进行横向加固 ,桥面系需更换。

1 　 桥梁梁体横向加固方案

桥梁梁体横向加固,主要是保证两片主梁成为整体结构 ,利于承受横向水平力及偏载等作用 ,提高梁体的抗扭能力。横向加固方案为在既有桥梁的横隔板内施加预应力横向连接。首先搭设作业平台 ,在桥梁横隔板位置施钻预应力筋孔道 ,焊接、 绑扎横隔板钢筋 ,安装波纹管及横向预应力筋 ,然后浇注横隔板混凝土 ,待混凝土达到设计强度的 80 %时 ,张拉预应力钢筋 ,最后进行管道压浆、 封锚。T梁梁体横向加固部位为梁的端横隔板、 中横隔板上下连接处 ,每孔 T梁 9 处 ,全桥共 432 处。横向预应力钢筋采用 < 32 mm 的高强精轧螺纹钢筋 ,长 300 cm ,其抗拉强度标准值为 835 MPa ,弹性模量为 2. 0 × 105MPa ,横隔板部分的预应力管道采用内径 < 50 mm 的金属波纹管成孔 ,单端张拉 ,JLM232 锚具锚固 ,张拉力为 400 kN。混凝土横隔板梁长 60 cm、 宽 35 cm、 高 35 cm ,采用 C40 混凝土。孔道压浆采用 M35 水泥砂浆。

2 　 梁体横向加固施工

桥梁梁体横向加固施工步骤见图 1。

2. 1 　 搭设作业平台

由于加固的梁片为 T 形梁 ,且梁底部比腹板厚 ,利用梁片的这种结构 ,在两片 T 形梁腹板之间撑上方木 ,铺上木板作为作业平台。梁片外侧需要进行张拉和封锚作业 ,如果搭设脚手架作业平台 ,则搭设高度较高 ,搭设位置较多 ,且作业时间不长 ,移动频繁。根据现场实际 ,在梁片外侧进行张拉和封锚作业时 ,采用吊篮作为作业平台(见图 2) ,将吊篮挂在既有桥梁人行步板支架上。

2. 2 　 凿除横隔板

采用电锤钻机凿除既有梁体内侧横隔板 ,并在新旧混凝土结合部位将梁体表面凿毛至露出石子 ,用水清洗干净,以使新旧混凝土连接牢固。凿除横隔板时应注意保留隔板内钢筋。横向预应力筋两端锚固部位的梁体外表面要进行打磨,以便锚具垫板与既有梁体密贴。

2. 3 　 测量钻孔位置

根据设计图纸及施工规范要求 ,测量出钻预应力钢筋孔的位置 ,再使用电子探测仪器探测钻孔处钢筋的情况 ,如果钻孔的位置有钢筋 ,则适当调整钻孔的位置 ,但移动距离不宜大于 50 mm。调整孔位时兼顾到两片梁对应部位的预应力钢筋孔同时移动 ,以保证两片梁的孔位在同一轴线上 ,且轴线垂直腹板。

2. 4 　 钻孔

预应力筋孔位经过钢筋探测仪探测和调整后 ,用钻机钻预应力钢筋孔道 ,钻孔机用固定支架固定 ,钻孔中避免损伤预应力筋与主筋 ,并保证钻孔的水平度和垂直度 ,同时注意使两片梁的钻孔中心在同一直线上。钻孔完成后 ,孔内用水清洗干净。

2. 5 　 钢筋绑扎、 安装预应力钢筋及波纹管

在预应力钢筋孔以及新旧混凝土结合部位表面凿毛完成后 ,在梁片之间撑上方木 ,安装好模板底板。将保留的横隔板主筋与新梁主筋用电焊焊接 ,然后按照钢筋设计布置图绑扎钢筋 ,同时安置波纹管 ,然后将 < 32 mm精轧螺纹钢安装在波纹管内 ,使精轧螺纹钢垂直于梁片 ,最后将其用螺母固定。

2. 6 　 安装模板

按横隔板的设计尺寸制作定型组合模板。模板具有足够的强度、 刚度和稳定性 ,能安全可靠地承受混凝土的重力、 侧压力;模板表面平整、 接合严密并便于拆卸;立模时留天窗 ,便于混凝土入仓。

2. 7 　 浇注混凝土

混凝土采用机械搅拌并加入早强型减水剂 ,人工灌注,小型振捣棒振捣。混凝土所用水泥为 525普通硅酸盐水泥 ,石子选用 5～20 mm的碎石 ,砂子采用中粗砂 ,坍落度以 5～7 cm 为宜。灌注混凝土前 ,在新旧混凝土的结合部位喷洒专用界面粘接剂并在模板上涂脱模剂。预留孔部位混凝土修补宜采用干硬性混凝土。当养护达到一定强度后 ,方可拆除模板。

2. 8 　 张拉

张拉前首先进行张拉传力柱设计和制作 ,并对预应力钢筋进行冷拉后的时效处理。张拉工艺采用一端张拉 ,另一端锚具垫板外旋紧螺母。当混凝土强度达到设计值的 80 %时方可张拉,张拉前应对千斤顶、 油表、 油泵进行配套标定(更换千斤顶、 油表、 油泵的配件后必须重新标定 ,配套标定使用期为一个月) 。张拉时 ,先张拉跨中段 ,然后再张拉梁端段 ,每段两根预应力筋同时张拉。预应力筋张拉前 ,张拉缸需先顶出 50 mm ,张拉过程中 ,油泵进油要缓慢平稳 ,当张拉力达到预定的吨位后 ,锁紧螺母 ,即可顶压回油。

2. 9 　 孔道压浆、 封锚

从拌水泥浆到开始向孔道压浆 ,间隔时间不大于 40 min。在压浆前 ,水泥浆不断搅动 ,以防流动性降低。为保证孔道全部充浆 ,在水泥浆凝固前 ,塞子、盖子或气门不得移动或打开。

水泥浆压注工作在一次作业中连续进行 ,并让出口处冒出废浆 ,直至不含水沫气体的浆液排出 ,其稠度与压浆的浆液稠度相同时停止(流出浆液的喷射时间不少于 11 s) 。然后应将所有出浆口和孔眼封闭 ,压浆端的水泥浆最小压力升至0. 7 MPa ,维持10 s。最后采用细石混凝土封锚 ,封锚混凝土顶面做成流水坡 ,与既有混凝土结合部位涂刷 2～3 道防水涂料。

3 　 质量控制

(1) 凿除混凝土时 ,混凝土风化、 脱落、 裂损部分应凿除彻底。

(2) 提高混凝土的浇筑质量 ,确保其达到设计强度要求 ,外表要光滑、 平整、 无蜂窝,内部要密实、均匀。

(3) 在既有桥梁上施钻预应力钢筋孔时 ,应确保两片 T梁的孔道在同一轴线上。

(4) 张拉预应力钢筋时 ,应严格控制张拉力 ,确保达到设计规定的吨位。

(5) 混凝土新旧结合部位施工前喷洒专用界面粘接剂 ,施工后涂刷防水涂料。

按规定制作混凝土、 水泥浆试块及钢筋试件。

4 　 安全保证措施

(1) 建立现场临时用电检查及管理制度 ,确保用电安全。

(2) 施工人员进入施工作业面进行施工操作时必须配带安全带 ,对所发放的安全带定期进行回收检查 ,发现问题及时更换 ,以保证安全。

(3) 施工作业吊篮定期检查 ,作业面的周围设置安全栏杆 ,并挂设安全网 ,以防止施工人员和物资跌落水中。

(4) 在施工作业吊篮的安装和拆除时要注意操作人员的安全互保,互相协作。

(5) 预应力钢筋张拉时 ,严格按规定程序执行防止预应力钢筋拉断或锚具、 垫片弹出伤人。

(6) 孔道压浆时 ,施工人员应戴防护眼镜 ,以免水泥浆喷伤眼睛。

(7) 施工人员进入施工现场必须配戴安全帽。

5 　 结 　 语

本桥横隔板加固工程已完工 ,采用此种工艺进行加固处理 ,简便易行。施工中只要按照规定程序进行 ,完全满足设计及规范文件要求。经抽查检验 ,新旧横隔板间混凝土结合良好。新浇混凝土随时间推移还会进一步收缩 ,但施加于其上的预应力将有效控制裂缝的产生 ,桥梁通车后在动载下对新旧混凝土的结合会产生什么样的影响 ,还有待时间的检验。