铁路重载运输条件下盖板涵加固技术

杨心怡，刘吉元，苏永华，朱希同

(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081)

铁路重载运输条件下盖板涵加固技术

杨心怡，刘吉元，苏永华，朱希同

(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081)

大轴重重载铁路运输以其运能大、效率高、运输成本低等优势，成为大宗货物经济高效的运输方式。本文以铁路盖板涵为研究对象，通过现场调研、计算分析研究了对钢筋混凝土盖板涵采用粘贴钢板、增大截面、局部改建框构、减小跨度、内套框构、置换框构等加固方案的加固效果，提出了大轴重重载铁路运输条件下盖板涵加固技术可选方案。

重载铁路 盖板涵 加固技术

随着国家经济的快速发展，煤炭等大宗货物运量与日俱增，大轴重运输已成为我国铁路货运未来发展的大趋势，其以运能大、效率高、运输成本低的优势，成为大宗货物经济高效的运输方式。某铁路为国家I级双线电气化重载铁路，承担着我国重要的煤炭运输任务。近年来，为使其具备开行大轴重重载运输的线路条件，对如何提高盖板涵承载能力，适应大轴重重载运输的要求等问题进行了研究。本文以该铁路线钢筋混凝土盖板涵(以下简称盖板涵)为对象，分析研究了大轴重铁路重载运输条件下盖板涵加固技术。

1 盖板涵概况

该铁路全线共计盖板涵700余座，其中填土厚度(钢轨底至盖板顶高度)＜1 m的占涵渠总量的44.3% 。采用中—活载设计，依据标准图《肆桥5009》施工，该线盖板涵净孔0.5～6 m不等。盖板采用200号混凝土(强度等级C18)和16Mn钢筋。目前，该铁路主要开行轴重25 t及以下的重载列车，计划通过加固改造后开行轴重30 t重载列车。

经过现场调研发现，该线大部分盖板涵存在病害。病害主要表现为个别盖板纵向开裂、盖板端部压溃掉角、盖板之间缝隙渗漏水，浆砌片石边墙开裂甚至外鼓。该线填土厚度普遍较小，设计标准偏低，因此病害原因主要为填土厚度小，车辆活载产生作用效应大，盖板及边墙刚度不适应该线当前运营要求。为适应大轴重重载铁路运输要求，有必要提高钢筋混凝土盖板的承载能力，改善盖板支承状态，整治边墙外鼓开裂和渗漏水。

2 原涵检算结果

以该线净跨6 m盖板涵为例，盖板跨中厚度在盖板顶填土厚度区间［0.38 m，3 m］，(3 m，5 m］，(5 m，8 m］内分别为66 cm，74 cm和86 cm。盖板主筋数量在盖板顶填土厚度区间［0.38 m，3 m］，(3 m，5 m］，(5 m，8 m］内分别为18根/每延米、19根/每延米、22根/每延米，主筋为16Mn钢筋。按设计规范检算盖板在中—活载之特种活载(代表轴重25 t荷载水平) 与1.2ZH活载之特种活载(代表轴重30 t荷载水平)下的跨中钢筋应力、混凝土应力，对比检算结果并为盖板涵的加固改造提供依据。中—活载之特种活载、1.2ZH活载之特种活载图式及检算结果见图1和图2。

图1 活载图式

检算结果表明:原有盖板在1.2ZH活载之特种活载作用下，在盖板顶填土厚度＜1 m或＞7.5 m区间部分，钢筋拉应力不满足16Mn钢筋容许拉应力180 MPa，混凝土压应力不满足200号混凝土弯曲受压容许应力7.0 MPa。可知对于跨度6 m的盖板涵，随着列车轴重的增加，钢筋拉应力和混凝土压应力已超过设计容许应力，需对此区间内的盖板涵进行加固，使其满足1.2ZH活载之特种活载要求。除方案6为框构置换外，提出以下5种加固方案，加固示意见图3。

图2 在中—活载之特种活载与1.2ZH活载之特种活载下检算结果对比

图35 种方案加固示意

方案1:盖板粘贴钢板。在盖板下缘粘贴钢板，通过锚栓、粘钢胶与原盖板连结。使钢板与盖板共同受力，以减小原结构钢筋应力。

方案2:增大盖板截面。凿除盖板下缘钢筋保护层，焊接新的钢筋网，并浇筑自流平混凝土。使新浇混凝土与原有结构紧密结合，增大盖板竖向刚度。

方案3:局部改建框构。拆除部分边墙及基底浆砌片石基础，绑扎钢筋网，盖板边缘植筋或小型型钢与新钢筋网进行焊接，浇筑混凝土，顶板附近设置倒角，增加与原盖板的连结面积，与原盖板形成框构。

方案4:减小盖板计算跨度。在边墙上加斜撑或浇筑混凝土垛等方法减小盖板的计算跨度。

方案5:内套框构。在原盖板、边墙内植筋，将原盖板涵与新加结构牢固连结。

方案6:框构置换。

3 加固效果理论计算结果

根据加固原理的不同，以净跨6 m盖板为例计算其中的粘贴钢板法、增大截面法和减小跨度法的加固效果。对于粘贴钢板法，选择6 mm和8 mm两种厚度钢板进行加固理论计算，钢板按面积折算成钢筋，未对钢板粘贴效果进行折减。对于增大截面法，选择在盖板底面新加25 cm厚钢筋混凝土，检算增大截面法加固效果时认为新加结构与原结构连结牢固共同受力。减小跨度法检算加固效果时将原计算跨度6.25 m通过新增斜撑减为6 m。计算结果见图4。

图4 净跨6 m盖板涵加固后在1.2ZH活载之特种活载下参数值

对比图3和图4可以看出，3种加固方法均能够有效降低盖板应力水平。其中，减小跨度法新加结构自重小，但加固效果对于填土厚度＜0.5 m的盖板涵还有不足。增大截面法可以明显降低盖板主筋拉应力和混凝土压应力，满足设计要求，但是施工将会损伤原本存在病害的盖板并且新加结构将会增加盖板结构自重。粘贴钢板法施工简单便利，较少损伤原有盖板结构，施工工艺成熟，但由于环氧树脂胶为主要传递剪切应力的加固材料，所以实际应用时对环氧树脂系列粘结剂的质量和粘贴施工质量要求严格。由于较薄的钢板更容易与原盖板粘贴密实，综合考虑粘贴钢板法加固效果与施工的可操作性，认为6 mm钢板比8 mm钢板更适应加固要求。

4 结语

由本文计算结果结合具体病害情况，并参考其他重载线路盖板涵实际加固效果，提出了重载铁路运输条件下盖板涵加固技术可选方案:

1)如盖板涵对于空间有严格要求、涵上线路运输繁忙、盖板底面有纵向裂缝、盖板之间缝隙渗漏水、但边墙状态较好，建议采用粘贴钢板方案加固盖板并对盖板之间缝隙做注胶防水处理。

2)如盖板涵盖板状态较好，边墙劣化严重，例如开裂甚至外鼓，可采用局部改建框构方案，重点改善边墙结构受力状态，提高边墙承载能力。

3)如盖板及边墙状态均较差，或盖板涵跨度较大，交通、净空允许，建议采用内套框构方案进行加固。内套框构法加固效果明显，结构整体性好，后续养护方便。

4)如盖板涵劣化较严重，不具备实施新框构预制、顶进等场地条件，可以考虑置换框构方案。例如顶进法置换盖板涵，即将原有钢筋混凝土盖板涵废弃，涵洞空间用片石混凝土或片石堆垒注浆填实，在邻近位置顶进新涵洞。

［1］中国铁道科学研究院.重载线路基础设施强化措施研究——朔黄铁路重载桥涵结构强化技术［D］.北京:中国铁道科学研究院，2014.

［2］铁道部第一勘测设计院，兰州铁道学院.涵洞与拱桥［M］.北京:中国铁道出版社，1999.

［3］中华人民共和国铁道部.TB 10002.3—2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［4］铁道部专业设计院.铁路工程设计技术手册:混凝土桥［M］.北京:中国铁道出版社，1998.

［5］王凯.粘贴钢板技术在留芳沟桥加固中的应用［J］.铁道建筑，2009(12):1－3.

［6］王旭荣.大秦铁路盖板涵病害分析和加固措施研究［J］.中国铁路，2011(8):56－59.

Reinforcing technology of concrete slab culvert under heavy haul railway

YANG Xinyi，LIU Jiyuan，SU Yonghua，ZHU Xitong
(Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Heavy haul railway with large axle loads is more appropriate for freight transportation trainloads，due to its larger transport capacity，higher efficiency and lower transportation costs.In this paper，reinforced concrete slab culvert in railway is studied through site investigation，calculation and analysis.Corresponding strengthening methods are presented including reinforcement with steel plate，increase of cross－section，local frame reconstruction，shortening of span，reinforcement with inner sleeve frame，and replacement of frame and so on.

Heavy haul railway;Slab culvert;Reinforcing technology

U449.82

A

10.3969/j.issn.1003－1995.2015.10.15

(责任审编 赵其文)

1003－1995(2015)10－0073－03

2015－04－21;

2015－07－03

国家科技支撑计划项目(2013BAG20B00)

杨心怡(1989—)，女，研实员。