某高速铁路桥梁问题及整治措施探讨

计 勇 （中国铁路上海局集团有限公司合肥工务段，安徽 合肥 230011）

1 引言

抓好提前介入工作，强化源头质量控制，是确保新建高铁顺利开通运营的有效途径，对降低设备接管后的养修成本，提高安全效益和经济效益具有重要意义。自2017年11月起，合肥工务段对商合杭铁路站前十三标至十五标桥梁设备开展了提前介入工作，截至2018年底，已检查桥梁35座，为后续施工提出了调整和改进建议，并督促施工单位整改达标，以期最大程度消除运营隐患。下面以商合杭铁路桥梁提前介入检查中发现的典型问题为例，对问题成因及整治措施进行探讨。

2 典型问题分析及影响预测

2.1 梁体典型问题

2.1.1 梁体裂缝

对于简支箱梁，梁体裂缝通常出现在梁内端部两侧上倒角位置；对于连续梁，常见的是梁内顶板底面纵向裂缝，梁内横隔板过人洞上部竖向裂缝。当裂缝宽度超过限值应加强观测，分析原因，实施修补。

连续梁内顶板底面纵向裂缝的成因主要是顺桥向预应力施加过大，横桥向预应力施加不足。给梁施加预压应力是一种主动加力体系，过大的预应力也是有害处的，并不是预应力越大就越安全。研究表明，通常情况下预压应力控制在2MPa就已足够，然而实际情况下预应力甚至达到10MPa以上，从而在正交向容易由于泊松比而产生横向拉应变，甚至会沿波纹管方向产生纵向裂缝，易造成波纹管内积水、钢束锈蚀。因此，连续梁顶板底面裂缝的危害较大，应及早处理。

2.1.2 梁体混凝土浇筑质量不达标

该类问题主要有：梁体混凝土蜂窝麻面、空洞露筋、保护层厚度不足35mm。在梁内两侧下倒角，梁底端部支座附近易出现混凝土蜂窝、空洞露筋的问题，如图1所示（跨合宁铁路特大桥第96孔）；在连续梁内部，易出现锯齿块露筋、预应力筋封锚端不密实的问题。

图1 梁底混凝土蜂窝、空洞露筋

混凝土配合比不当，造成砂浆少、石子多，混凝土搅拌时间不够，拌合不均匀，振捣不密实等均是造成梁体混凝土蜂窝麻面的原因。梁底端部易出现蜂窝、空洞露筋的原因是梁底支座附近钢筋密集，钢筋位置未进行有效固定，导致钢筋间距过小甚至紧贴，浇筑混凝土时，砂浆和骨料难以下落至梁底保护层位置。

保护层厚度不足的原因：一是施工时，保护层垫块设置数量不足或布设位置不当；二是在混凝土浇筑过程中，未按要求搭设操作平台，施工人员直接踩踏在钢筋上操作，导致钢筋下沉变形。保护层厚度不足将导致因混凝土碳化而引起的钢筋锈胀、表层开裂剥落，造成受力钢筋有效截面减小且握裹力下降，影响结构承载力和耐久性。

2.1.3 梁体防排水设施失效

该类问题主要有：梁内吊装孔封堵不实、雨季渗水；尿梁；梁端防水涂层破损、脱落，如图2所示（彭庄特大桥第17孔）；泄水管连接弯头处破损、堵塞，管节之间未密封、连接不牢固；跨交通道路上方的梁体泄水管未封闭或做集中排水处理。

图2 梁端防水涂层破损、脱落

尿梁的原因一是泄水管伸出翼缘板或梁底外露长度不足15cm，二是泄水管与梁体之间未密封。尿梁问题会对梁体、支座及墩台检查设施等造成污染和侵蚀。

梁端防水涂层破损、脱落的原因是过早地涂刷防水涂料，梁体浇筑时间较短，内部湿气较大，造成防水涂料与梁端结合不到位，防水涂层出现空鼓现象，进而破损、脱落。当梁端防水失效时，如果梁端预应力管道灌浆不实、封锚不严，则会造成预应力钢束锈蚀。国外报道了自1967年以来三座预应力混凝土桥梁在使用中由于预应力钢束锈蚀而突然破坏坍塌的实例，针对梁端防水涂层破损的问题，必须予以重视。

2.1.4 梁缝宽度过小

检查中发现了梁缝宽度过小甚至顶死，或者混凝土垃圾等异物将梁缝顶死的问题。由于梁体制造和架设误差的影响，相邻梁间、梁端与桥台之间会出现间隙过小，甚至顶死的现象。桥面系施工时，由于梁缝止水带尚未安装，梁缝处未用板遮挡，桥面施工混凝土废料落入梁缝中，也会造成梁缝顶死，严重影响梁体自由伸缩。

2.2 支座部位典型问题

2.2.1 支座倾斜

图3 支座倾斜

检查中发现了球型支座上板及球体歪斜的现象，如图3所示（北端上行联络线特大桥11#墩）。支座倾斜大多是因为落梁时不够平稳，支座存在较大的初始剪切变形。支座倾斜将会限制活动支座的正常活动，影响梁体自由伸缩。

2.2.2 支座上下板吊空

支座上下板吊空是指支座上板与梁底预埋钢板之间、支座下板与砂浆垫层之间存在缝隙、安装不密贴的现象。检查中发现了支座上下板吊空大于0.5mm的问题。支座上板变形、梁底预埋钢板不平整、砂浆垫层不平整是造成支座吊空的主要原因。支座吊空将会严重影响梁体受力性能，长期下去，梁体会产生剪切破坏。支座原本承受正常静、动荷载作用，支座吊空后会变成承受大动能冲击式的作用，大大缩短了支座的使用寿命。支座吊空还会造成墩台原本均匀传递和承受的荷载集中到某一点上，产生应力集中，从而导致墩台偏压、墩帽开裂等问题。

2.2.3 支承垫石侧面竖向裂缝

检查中发现支承垫石侧面普遍存在竖向裂缝，有的支承垫石侧面裂缝数量甚至达到数十条之多，有的裂缝流白浆、流锈水。支承垫石裂缝与施工单位抢工程进度有关。支承垫石直接承受支座传递下来的荷载，局部应力大。当支承垫石混凝土强度较低时，就过早地架设了梁体，导致支承垫石受力过大而裂损。

2.2.4 支承垫石高度不足

检查中发现了支承垫石高度不足35cm的问题，甚至导致防落梁挡块无法安装。墩台施工时，标高控制失误，墩台顶面超过了设计标高，而梁底标高是固定的，从而导致支承垫石高度不足，防落梁挡块难以正常安装。通常情况下支座使用寿命较短，在运营期间进行支座调整和更换是完全有可能的。支承垫石高度不足，意味着梁底与墩顶之间的操作空间较小，给顶梁整修或更换支座带来不便。

2.2.5 防落梁挡块安装位置不正确

防落梁挡块与支承垫石侧面间隙允许范围是20～40mm。检查中发现了防落梁挡块与支承垫石侧面间隙过大或过小的问题，原因是防落梁挡块预埋钢板定位不准确。防落梁挡块的用途是在地震时防止横向落梁，与支承垫石侧面间隙过大则会影响其抗震效果，间隙过小甚至顶死则会影响梁体自由伸缩。

2.3 墩台典型问题

2.3.1 墩台裂缝

检查中发现墩身普遍存在裂缝问题。引起墩台裂缝的主要原因是大体积混凝土的温度应力。

2.3.2 墩台顶面未设置排水坡

检查中发现墩台顶面无排水坡，以致雨季墩顶积水的问题。若墩顶无排水坡，则易造成积水，水渗入墩顶裂缝中，在冬季结冰膨胀，导致裂缝扩展得更长更宽。

2.3.3 墩身混凝土浇筑质量不达标

该类问题主要有：墩身蜂窝麻面、墩身下部混凝土局部离析；墩身表面出现砂线、风化、剥落；墩身露筋、保护层厚度不足40mm。墩身下部混凝土局部离析是由于混凝土浇筑高度过高、振捣不实，粗骨料粒径过大、比例过高，胶凝材料和细骨料的含量偏低，各组料间的粘聚力不足以抵抗粗骨料下沉，粗骨料与砂浆相互分离，沉积到墩身下部。混凝土离析造成墩身表面出现砂线、骨料和钢筋外露等现象，导致混凝土强度下降，影响结构承载力。

3 问题整治措施探讨

3.1 裂缝问题整治探讨

3.1.1 梁体裂缝整治探讨

对于细而密的裂缝，可用喷浆或抹浆的方法处理，也可涂一层环氧树脂砂浆封闭。涂环氧树脂砂浆前，应先用钢丝刷去除裂缝附近混凝土表面的灰尘和污垢，并用丙酮擦洗。

对于一般的表面裂缝，可沿裂缝凿槽，用压缩空气吹除灰尘并刷干净后，先涂一层环氧树脂砂浆，再用环氧树脂砂浆或环氧腻子腻补平整。

对于数量较多且深度较深的裂缝，或混凝土内部有空隙时，可采用压注环氧树脂砂浆或水泥浆的方法进行处理：压注前，先在混凝土表面钻好孔眼，通过灌注孔，利用风压把环氧树脂砂浆或水泥浆压入混凝土内部填满裂缝，以增强结构整体性。

环氧树脂砂浆对混凝土有高度的黏合性能，不但强度高、黏结力强，而且具有防水和耐腐蚀等特性，故已被广泛用于修补混凝土裂缝及内部空隙，实践证明效果良好。

3.1.2 墩台裂缝整治探讨

对于墩台顶部易积水处的网状裂缝，一般采用封闭涂装。

对于宽度较小且趋于稳定的裂缝，可进行压灌修补整治。

当混凝土表面风化、剥落，裂缝细而密且面积较大时，可采取表面补强措施，常用的方法是采用挂网喷射水泥砂浆、钢纤维水泥砂浆和碳纤维等进行修补加固。

对于宽度较大且有发展趋势、上下贯通、左右前后对称的受力裂缝，应查明原因，采取相应的加固措施，如躯体包箍、局部翻修、压浆注胶等。

3.2 混凝土浇筑质量不达标问题整治探讨

3.2.1 混凝土蜂窝整治探讨

对于小蜂窝，洗刷干净后，可用1∶2或1∶2.5水泥砂浆抹平压实；对于大蜂窝，则需凿去蜂窝处薄弱松散颗粒，刷洗干净后，采用耐久性高强修补料进行仔细填塞捣实；对于较深蜂窝，如清理困难，可埋入压浆管、排气管，表面抹砂浆或灌筑混凝土封闭后，再进行水泥压浆处理。

3.2.2 混凝土保护层厚度不足整治探讨

当一般位置的混凝土保护层厚度不足，可采用抹水泥砂浆来处理。若抹灰层厚度较大，可先挂钢丝网，抹灰前刷一遍结构胶，再抹灰，以避免抹灰层空鼓、开裂。

当梁体顶板底面或底板底面混凝土保护层厚度不足，可采用环氧树脂砂浆进行修补加固处理，施工流程为：①凿除疏松的混凝土表层直至坚实面，用压缩空气清除松动颗粒和粉尘，使骨料外露→②用钢丝刷去除钢筋表面锈蚀层，涂刷钢筋防锈剂→③在处理好的混凝土基面上用毛刷均匀地涂刷底层基液→④待底层基液初凝（表面不流动，指触拉丝）时，用抹刀涂抹环氧树脂砂浆，涂抹时要边压实边抹光→⑤养护。

4 结语

商合杭铁路桥梁设备提前介入检查工作的开展，帮助工程单位发现施工中的质量问题，从而在后续施工中作出了相应调整。再次检查新设备时，同样或类似的问题得到了大幅减少，这证明提前介入工作已取得实效。同时，此项工作也为施工单位和设备管理单位交流学习技术标准提供了良机，可为高铁桥梁的施工和养修积累经验。