铁路桥梁常见病害及其处理措施

孙孝纲

（陕西陕煤铜川矿业有限公司铁路运销分公司，陕西 铜川）

1 铁路钢桥的裂损及开焊病害

铁路钢桥主要病害在于其桥梁杆件出现裂损以及局部开焊，少数存在承载力不足的病害。研究表明，可通过减少出现交叉焊缝、采取措施来改进焊接条件来改良钢桥构件的生产工艺，从而减小铁路钢桥出现类似病害[1]。

1.1 病害原因分析及评定

分析出现裂损的原因，其主因一般为疲劳损伤。制造钢桥的钢材疲劳损伤的主要特征有：钢材由于疲劳产生的裂纹主要向垂直于主力方向扩展，其发展分为三个阶段，分别为出现裂纹、进一步发展和失稳[2]。影响钢桥的疲劳因素如图1 所示。

图1 影响钢材的疲劳因素

研究表明，疲劳产生的裂纹主要有两类，一是由应力造成的疲劳，有由主应力引发的疲劳，也有由次应力引发的疲劳；二是由于钢材锈蚀造成的疲劳。主应力引发的疲劳往往可以通过计算来减小或规避，但次应力引发的疲劳和锈蚀引发的疲劳无法规避[3]。

铁路钢桥性能的评定，可从以下6 个方面来进行。

（1）列车荷载。通过实测通过钢桥的产生的荷载，计算出钢桥的最大应力，再按照下式计算出应力比，当应力比不小于1 时，表明钢桥安全可靠。

式中，Sr代表应力比；[σm]代表钢桥的维修应力（MPa）；σmax代表实测最大应力（MPa）。

（2）钢桥主梁耐久以及承载能力。承载能力评定同应力比，耐久性可按下式计算：

式中，Dk代表未来受到疲劳损伤的程度；Dp代表桥梁通车以来累计的损伤程度。

（3）钢桥主梁挠度。可采用挠度来对主梁的稳定性进行评定，具体可按下式计算：

式中，feq代表钢桥主梁的换算挠度（mm）；fm代表钢桥主梁的实测挠度（mm）；η 代表换算系数，可按下式求得：

式中，MS代表由设计荷载导致的钢桥主梁弯矩（kN·m）；MI代表检测列车通过时导致的钢桥主梁弯矩（kN·m）。

（4）钢桥支座变位。通过检测列车通过钢桥时支座和钢桥主梁的变位、支座和钢桥墩台的变位来进行评定，其变形值应不超过下式的计算结果：

式中，δ 代表计算变位值（mm）；L 代表钢桥跨径（m）。

（5）钢桥主梁的变位和其振动情况。预先在钢桥主梁跨中位置的翼板下放安装加速度测定仪，检测列车通过钢桥的加速度，再计算其振动频率和振幅。可按下式进行评定。

式中，a 代表振幅（mm）；V 代表列车速度（m/s）；L 代表钢桥跨径（m）；nk代表振动频率（Hz）。

（6）钢桥主梁恒载。通过使用加速度检测仪检测钢桥主梁的振动频率，计算得出作用于主梁的恒载及其引发的挠度，恒载及其引发的挠度可分别按下式计算：

式中，G 代表单位长度钢梁重量（kg/m）；E、I 分别代表钢梁的弹性模量（MPa）及其惯性矩（cm4）；fn代表n 阶固有振动频率（Hz）；n 代表振动阶数；L 代表钢梁跨径（m）；g 代表重力加速度（m/s2）；d 代表恒载引发的主梁挠度（mm）。

1.2 病害处理措施

（1）钢桥涂装。若钢桥出现锈蚀现象，则必须考虑的锈蚀部分进行涂装。涂装时应充分考虑钢桥所处环境，钢桥的结构及杆件状况，涂装所用材料情况以及涂装索采用的工艺等因素。铁路钢桥最易发生病害的部位主要是梁板的翼板位置、杆件节点处、桥梁支座处、带棱角位置以及螺栓连接处，这些部位应重点照顾，若钢梁受到水害、磨损严重或者收到化学腐蚀，则应考虑热喷锌+玻璃鳞片漆的涂装方式。

（2）钢桥补强。可采用热修复对钢桥进行加固补强维修。其主要思路是将裂纹局部进行打磨或者切削后，再用相同材料的钢板焊接与裂缝位置，从而达到加固补强的目的。为保证重新焊接的质量，可采用二氧化碳气体保护焊进行焊接，对于深度小于5 mm的裂纹具有较好的补强作用。热修复法示意如图2 所示。

图2 热修复法加固

2 铁路桥梁支座病害

2.1 病害原因分析

研究表明，铁路桥梁最容易出现变化的支座类型有平板支座、弧形支座以及摇轴支座[4]。主要表现形式为锈蚀、支座连接螺栓断裂、转动困难、滑动困难等。病害出现的主要原因有：

(1) 由于铁路桥梁的养护存在问题，导致平板支座发生较大的锈蚀，在纵向上无法进行滑动，导致支座的螺栓出现剪断现象，且由于承受了较大的上部荷载，造成石棉瓦外溢，导致支座存在转动困难的现象。平板支座如图3 所示。

图3 平板支座结构

(2) 若上部荷载过大，弧形支座被压平，其转动较难，其下锚栓的抗剪强度有一定程度的降低，导致其无法正常滑动或者支座锈蚀严重，也可能导致无法正常进行转动以及滑动。

(3) 若列车速度过快，摇轴支座的弧形面受到过大的压力，从而导致其被压平，或者支座出现锈蚀情况，都可能导致支座转动困难，螺栓被剪断等病害。摇轴支座如图4所示。

图4 摇轴支座结构

2.2 病害处理措施

对于必须要更换支座的病害，只能通过更换支座处理；对于螺栓被剪断的病害，可进行锚固处理。具体做法如下：首先对支座的上座板进行锚固。由于支座安装位置净空不大，在梁底无法进行植筋施工，为了确保支座上座板能与梁进行有效锚固，可使用U 型钢板将梁板的腹板固定，然后再与桥梁支座和U 型钢板加以连接。连接好后，然后对支座的下座板进行锚固，锚固方式为选取支座相同长度的钢板，然后再使用该钢板与墩台顶部和下座板进行连接，连接示意如图5所示。

图5 支座连接方式示意

3 墩台裂缝病害

3.1 墩台裂缝形成原因

墩台出现裂缝的原因是由于墩台浇筑混凝土时，水化热过高导致的。水泥在强度形成过程中，温度会升高，从而形成温度应力及变形，若不加以控制，则可能形成裂缝。当水化热越高，其温度应力和变形就越大，形成裂缝的可能性也就越大。因此，在大体积混凝土施工时，往往应选择水化热较低的水泥品种，优化配合比设计，在满足强度要求的前提下尽量减小水泥的用量，同时采取防止温度变化过大的措施，减小水化热对墩台的影响[5]。

3.2 墩台裂缝处理措施

（1）裂缝宽度不超过0.15 mm。可采用封闭胶涂抹至裂缝处，具体做法如下：①首先采用有机溶剂对裂缝内部进行清洁，如酒精等，同时能确保裂缝内部干燥；②将封闭胶拌和均匀后涂抹于裂缝表面，对裂缝进行封闭，涂抹时，务必要涂抹均匀，且不留缝隙；③涂抹时，应对其厚度以及宽度进行控制，一般宽度可采用20～30 mm，厚度可采用2 mm。施工工艺流程如图6 所示。

图6 封闭胶修补施工工艺流程

（2）裂缝宽度超过0.15 mm。对于这种裂缝，可采用灌浆封闭进行处理。具体做法如下：①对裂缝进行清理，清理宽度以裂缝两侧各50 mm 为宜；②根据裂缝的宽和深，确定灌浆嘴的间距以及布置，若裂缝较宽时，灌浆嘴可适当加密，反之则可增加间距，同时预留排气孔；③灌浆嘴安装完成后，可采用封缝胶对裂缝进行封闭，然后进行漏气试验；④拌和注浆浆液，通过灌浆嘴对裂缝灌浆，直至浆液从排气孔流出为止；⑤对于个别裂缝较宽的部位，应自下而上在裂缝内灌注封闭胶，然后再进行灌浆；⑥灌浆完成后，一般应养护12 h 以上，如果当地气温较低，可适当增加养护的时间。灌浆封闭施工工艺流程如图7 所示。

4 结论

铁路桥梁在通车运营后可能出现多种病害，文中仅仅阐述了其中三种较为常见的病害。为确保铁路运营安全，避免发生安全事故，应经常对铁路桥梁进行巡检。对于检查出的病害应及时按照规范要求进行处理。对于钢桥裂损、支座病害及墩台裂缝，文中介绍了其产生的原因及处理措施，可对铁路桥梁施工和运营后的病害处理提供一定的借鉴意义。