圬工橋

圬工橋基本介紹

圬工橋梁即鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)橋梁由于具有剛度大，維修工作量少等許多鋼結(jié)構(gòu)所不具備的優(yōu)勢，在鐵路橋梁中應(yīng)用比例超過90% 。但是，鋼筋混凝土橋梁的附屬設(shè)施采用大量鋼構(gòu)件，尤其是一些普通線路的 T 形梁式橋，人行道、避車臺、檢查梯、道床下梁端的橫向蓋板、以及安裝于橋梁墩臺的吊圍欄等幾乎全部采用鋼質(zhì)構(gòu)件，采用油漆防腐，增加了圬工橋梁養(yǎng)修工作量。

圬工橋防腐方式分析

在《鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則》第三章第二節(jié)中規(guī)定鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)件的保護涂裝采用油漆和電弧噴鋁兩種防腐方式。電弧噴鋁防腐一般用于栓焊梁的節(jié)點板和鋼梁的縱梁上蓋板處，其他結(jié)構(gòu)部位均采用油漆防腐。所采用的基面清理、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(guī)定 。圬工橋上的一些附屬鋼構(gòu)件采用第1涂裝體系。該涂裝體系相對鋼梁主體結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)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。鐵路橋梁主體鋼結(jié)構(gòu)由于涂裝標(biāo)準(zhǔn)要求高，采用機械化和工廠化的作業(yè)方式，涂裝質(zhì)量總體能保持穩(wěn)定，日常的油漆養(yǎng)修投入與所占的設(shè)備數(shù)量也能基本保持一致。但是，對一些圬工橋上的附屬鋼結(jié)構(gòu)件，由于為小型構(gòu)件，多數(shù)只能以人工方式進行現(xiàn)場涂裝，且涂裝標(biāo)準(zhǔn)偏低，質(zhì)量不易控制，普遍存在狀態(tài)不良，銹蝕嚴(yán)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(shè)備，問題更為嚴(yán)重。梁式圬工橋存在有大量的養(yǎng)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(gòu)件，由于防腐能力薄弱，需要經(jīng)常維護，除銹、油漆、作業(yè)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(gòu)件，甚至室外護欄、鋼質(zhì)梯道等小型鋼構(gòu)件，采用的防腐標(biāo)準(zhǔn)較高，很少采用油漆防腐方式，多采用可免除日常防腐作業(yè)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(tǒng)的養(yǎng)修作業(yè)方式，已越來越難以適應(yīng)作業(yè)環(huán)境的需要，尤其是油漆防腐方式已不適合“天窗修”的要求。

圬工橋效果差原因

1)所選防腐體系標(biāo)準(zhǔn)偏低

在鐵路橋梁鋼構(gòu)件的涂裝標(biāo)準(zhǔn)中 由于是以構(gòu)件功能決定采用的涂裝標(biāo)準(zhǔn)，圬工橋附屬鋼構(gòu)件的基面清理采用了“St”級手工除銹方式，相比“Sa”級機械除銹方式，標(biāo)準(zhǔn)要低，且除銹質(zhì)量難以有效控制; 油漆選配了防腐能力相對效弱的第 涂裝體系，即“特制紅丹酚醛(醇酸)底漆 灰鋁粉石墨或灰云鐵醇酸面漆”，且涂裝道數(shù)和干膜總厚度在7 個涂裝體系中為最低。

2)構(gòu)件形式不利防腐質(zhì)量控制

鐵路橋梁中的附屬鋼構(gòu)件，多采用小型角鋼、圓鋼或槽鋼形式，這些鋼構(gòu)件雖便于制作和安裝，但由于構(gòu)件體積較小，使得基面清理和油漆涂裝效率低下，費料費工，不利于采用機械除銹和涂裝作業(yè)。尤其是安裝于橋上之后的維修作業(yè)，問題更為嚴(yán)重。因此，一般對這些橋梁附屬鋼構(gòu)件，只能采用涂裝質(zhì)量不易保證的手工作業(yè)方式。

3)特定使用環(huán)境易使涂裝失效

鐵路橋梁中的附屬鋼構(gòu)件，多數(shù)使用環(huán)境較差。人行道及墩臺支架置于混凝土步行板之下，環(huán)境潮濕且易積圬，欄桿易被橋上作業(yè)人員和機具碰擦，影響涂層質(zhì)量，置于梁端道砟下的橫向蓋板，環(huán)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(yè)條件變化難以保證質(zhì)量

油漆涂裝作業(yè)有較嚴(yán)格的限制條件，不允許在相對濕度80% 以上、雨天、霧天或風(fēng)沙環(huán)境作業(yè)，且要求在鋼表面清理后的4 h 內(nèi)涂裝底漆，各涂層間須底層實干后才能涂裝下道漆膜，底漆和中間漆的間隔時間又不能超過7 d 等作業(yè)要求。而在高密度和高速度行車條件下，嚴(yán)格的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與惡劣的作業(yè)環(huán)境相矛盾，導(dǎo)致無法保證現(xiàn)場的涂裝作業(yè)質(zhì)量，尤其是在“天窗修”作業(yè)模式下矛盾更為突出。

圬工橋可行性分析

熱浸鋅技術(shù)是一種較為成熟的金屬防腐方式防腐性能優(yōu)良、加工工藝成熟、成本適中，已被廣泛應(yīng)用于公路、電力、電信等行業(yè)的道路防護柵欄、輸電鋼構(gòu)架、電信電視發(fā)射塔架上。鐵路也在一些供電立柱、電務(wù)轉(zhuǎn)轍器、道口防護柵欄等方面大量應(yīng)用。因此，這些橋梁的附屬鋼構(gòu)件采用熱浸鋅技術(shù)進行熱浸鋅防腐處理較為適宜。

熱浸鋅技術(shù)是將經(jīng)清理后的鋼構(gòu)件，浸入高溫鋅槽，將鋅層熱鍍于鋼構(gòu)件表面的一種金屬防腐工藝。在鋼構(gòu)件的清理和熱鍍進程中，對構(gòu)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 范圍內(nèi)，且適合于薄壁鋼構(gòu)件。因此，相對鐵路鋼梁主體構(gòu)件，這些附屬鋼構(gòu)件由于體小壁薄，非常適合采用熱浸鋅技術(shù)進行防腐處理。

由于鐵路行車密度的不斷加大，工務(wù)養(yǎng)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(shè)備基礎(chǔ)，加快免維修和少維修發(fā)展進度。因此，選擇能大幅降低養(yǎng)修工作量，又不會增加太大投入的鋼構(gòu)件熱浸鋅防腐方式是可行的。

圬工橋預(yù)期效果分析

降低全壽命費用。

熱浸鋅防腐方式適當(dāng)增加初次投入后，可大幅降低建成后的日常養(yǎng)修費用。經(jīng)測算分析(見表3)，對這些附屬鋼構(gòu)件初次用油漆防腐成本Q_U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Q_Z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= Q_Z－Q_U= 177 －103 = 74 元/m。從全壽命成本費用考慮，采用熱浸鋅防腐方式，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(yǎng)修工作量，由表3 可知，按15 年內(nèi)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(yǎng)修成本Q₂為344 元/m，改用熱浸鋅防腐技術(shù)，按15 年全壽命成本分析，折合每米梁長節(jié)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(jié)約費用所占比例最大，節(jié)約成本占到初次投入費用的16 倍左右;鋼結(jié)構(gòu)人行道節(jié)約費用最多，約占節(jié)約總費用的84% 。

圬工橋結(jié)語

根據(jù)以上分析，將新建圬工橋梁的附屬鋼構(gòu)件由油漆涂裝防腐改為熱浸鋅防腐。提高既有圬工橋梁附屬鋼構(gòu)件的涂裝標(biāo)準(zhǔn)，雖然增加了橋梁附屬鋼構(gòu)件的初次投入成本，但是新方法能大幅提升圬工橋梁的整體使用性能，而且為“天窗修”作業(yè)創(chuàng)造了條件。 2100433B

圬工橋工程概況

S306 線K210 267 小湖六橋建于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(jié)構(gòu)改建為鋼筋混凝土T 梁，跨徑2 ×16 m，橋長50．65 m，橋?qū)捊M合9 m 2 × 1．5 m，斜交35°，設(shè)計荷載汽—20 級，掛—100。橋臺結(jié)構(gòu)為漿砌片石U 形橋臺，橋面鋪裝為水泥混凝土。

圬工橋機理分析

2．1 主要病害

1)大田橋臺上、下游側(cè)墻各有2 條豎向裂縫，前墻有1 條豎向裂縫，三明橋臺上游側(cè)墻有2 條豎向裂縫，并延伸到前墻，下游有1 條豎向裂縫，大田臺上游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，大田臺前墻5 號裂縫長4．2 m，最大縫寬20 mm，三明臺上游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，三明臺、大田臺橋頭已嚴(yán)重下沉; 這些病害嚴(yán)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征的觀察分析，其主要病害原因為:

1)大量超重、超載車輛通過施加的超負(fù)荷荷載，致使橋面鋪裝損壞及橋頭路面下沉;

2)施工期間臺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，對原橋臺進行加高，由于施工工藝等原因，致使臺腔填料難于碾壓密實，新舊橋臺聯(lián)結(jié)處處理不當(dāng)，經(jīng)過近10 年的使用，病害逐漸顯現(xiàn)出來。

2．3 預(yù)應(yīng)力錨索加固橋臺機理

對于橋臺加固處理方案有體外支護、預(yù)應(yīng)力對錨、預(yù)應(yīng)力地預(yù)應(yīng)力錨索在圬工橋臺加固中的應(yīng)用錨等。采取預(yù)應(yīng)力對錨加固橋臺，其加固機理就是通過對橋臺本身實施自平衡，而且通過錨索對拉可有效地減小側(cè)墻的傾覆力矩，從而限制了橋臺的變形; 預(yù)應(yīng)力地錨加固機理就是通過鉆孔及注漿體將鋼絞線固定于深部地層中，在被加固的橋臺前墻表面對鋼絞線張拉力產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，從而達到施加固體穩(wěn)定或限制其變形的目的，另外通過在側(cè)墻、前墻上澆筑混凝土框架構(gòu)件，充分采用框架所提供給錨索的反力來加強側(cè)墻、前墻的整體性，從而達到加固橋臺目的。這種橋臺加固技術(shù)，最大優(yōu)勢在于占用體外空間小，對地層沒有過多要求，是同等條件下較優(yōu)的橋臺加固技術(shù)。

2．4 橋臺加固技術(shù)

針對本橋臺出現(xiàn)的病害情況，結(jié)合實踐經(jīng)驗對其采取以下加固技術(shù):

1)對兩橋臺的兩側(cè)墻采用預(yù)應(yīng)力對錨進行加固在三明臺兩側(cè)墻水平方向上各設(shè)2 根橫梁，1 根頂梁，在大田臺兩側(cè)墻水平方向上各設(shè)3 根橫梁，1 根頂梁，橫梁寬度為40 cm，厚度為30 cm，頂梁寬度為25 cm，厚度為20 cm。豎直方向上兩橋臺的兩側(cè)墻各設(shè)置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 混凝土澆筑，框架節(jié)點鋼筋應(yīng)特殊處理。在兩橋臺的側(cè)墻各設(shè)2 排共8 個預(yù)應(yīng)力對錨錨索孔，錨孔間距為3．5 m，分布在框架各個節(jié)點上。錨索采用4 15．24 mm 標(biāo)準(zhǔn)強度為1 860 MPa 的高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作，單孔對錨設(shè)計拉力為500 kN。

2)對兩橋臺前墻用預(yù)應(yīng)力地錨進行加固 。在兩橋臺前墻水平方向上各設(shè)2 根橫梁，橫梁寬度為40 cm，厚度為30 cm，設(shè)置4 根豎肋，豎肋的寬度為40 cm，厚度為30 cm，框架梁均為C30 混凝土澆筑，其鋼筋材料與側(cè)墻框架梁相同，框架節(jié)點鋼筋應(yīng)特殊處理。兩橋臺的前墻各設(shè)2 排共8 個預(yù)應(yīng)力地錨錨索孔，錨孔間距3．5 m，分布在框架各個節(jié)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(shè)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臺處行車道并重新澆筑。

圬工橋加固技術(shù)

3．1 加固施工流程

為了有效地確保錨索加固質(zhì)量，必須先檢驗材源的選取，同時對張拉設(shè)備采取標(biāo)定，然后按以下步驟施工: 錨索孔定位→搭腳手架→鉆孔→清孔→編錨→下錨→注漿→澆筑框架混凝土→預(yù)應(yīng)力張拉→自由段灌漿→封錨。

3．2 錨索孔定位

按照設(shè)計要求采用拉線尺量，結(jié)合水準(zhǔn)測量進行放線，并用油漆標(biāo)記準(zhǔn)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，作為施工操作平臺。

3．4 鉆孔

鉆孔前要選用合適的鉆機，本工程鉆孔選擇潛孔鉆，其優(yōu)點是鉆進速度快，形成的孔壁比其他旋轉(zhuǎn)鉆形成的孔壁粗糙，有利于錨固。鉆機在施工操作中要保證不移位，確保錨孔位置的精確度。鉆孔過程中，在穿過橋臺填料時，除采用套管跟進防止塌孔外，還要注意工作風(fēng)壓，調(diào)整鉆進速度，防止鉆孔偏斜、扭曲或變徑。

3．5 清孔

鉆孔結(jié)束后，采用高壓空壓機吹渣清孔，保證孔壁干凈。

3．6 編錨、下錨

錨索編制前對鉆孔實際長度進行測量，并按孔號截取錨索體材料，鋼絞線必須采用機械切割，嚴(yán)禁電弧切割，同時也不得采用焊接，錨索體下料應(yīng)整齊準(zhǔn)確，誤差不大于± 5 cm，預(yù)留張拉段鋼絞線長度1．5 m。材料截取后，在編索平臺上進行拉直編索，在自由段采取防腐處理，主要是在鋼絞線上涂油，然后外套PVC 波紋管，同時在波紋管末端安裝止?jié){環(huán)，并且采用膠布纏繞，以有效地避免漿液進入自由段，注漿管捆扎在錨索體的中間，隨錨索一起下入孔內(nèi)。錨索編制完成后，按對應(yīng)的孔號下入錨索孔內(nèi)，入孔時沿軸線方向每隔1 m ～2 m 設(shè)一個隔離架，隔離架采用50 無縫管自制，隔離架之間用緊箍環(huán)。下錨時應(yīng)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

下錨后及時進行注漿，注漿采用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 普通硅酸鹽水泥。錨孔注漿時，對錨孔采用“封一頭反壓法”，即將錨孔的一頭封堵，封堵壓力大于1．4 MPa，再將壓漿管的出口置于封堵的一頭，使?jié){液從封堵的一頭反壓向開口處; 地錨孔直接采用反壓法，以保證水泥砂漿在孔內(nèi)充分填補裂隙與鉆孔。

3．8 澆筑框架混凝土

澆筑框架混凝土?xí)r，應(yīng)從豎肋基礎(chǔ)開始從下往上逐漸澆至下排橫梁→豎肋→上排橫梁→豎肋→頂梁。澆筑框架混凝土?xí)r，必須控制好混凝土振搗施工，特別是對于錨孔周圍，其鋼筋較密，因此必須留意該處的振搗問題，以確?；炷撩軐崬槟繕?biāo)。

3．9 張拉施工

預(yù)應(yīng)力張拉施工必須在混凝土強度滿足設(shè)計要求后才能進行，本工程的錨索張拉主要采取穿心式千斤頂實施。鑒于張拉錨索對于本工程的加固是重點施工環(huán)節(jié)，為了有效地確保張拉施工質(zhì)量，本工程實行張拉雙控技術(shù)，即通過張拉力以及錨索伸長值來共同控制錨索張拉施工，采取張拉油表示數(shù)為主，伸長值輔助張拉。張拉錨索前，先清干凈錨墊板表面，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(yù)張拉0．2P 張拉力，每級張拉穩(wěn)荷應(yīng)大于5 min。

3．10 灌漿施工

錨索張拉后，采取對自由段灌漿，鑒于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(dāng)錨索張拉力達到設(shè)計張拉力的值后，自由段灌漿結(jié)束，用 OVM15 型錨具錨固。切去多余鋼絞線，封錨采用C40 混凝土，保證錨具凈保護層大于6 cm，作為錨索、錨具的永久防銹層。

圬工橋控制技術(shù)

1)鉆孔的孔位、孔深、傾斜度按照設(shè)計要求嚴(yán)格控制，且每鉆進5 m，用測斜儀校正一次，保證孔位達到設(shè)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(nèi)，地錨方向應(yīng)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(jié)，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(shè)計要求。錨固段和張拉端交接處的止?jié){環(huán)必須能承受0．6 MPa 的注漿壓力，止?jié){環(huán)處鋼絞線與止?jié){環(huán)之間必須密封好;

4)封孔灌漿的沉縮部分復(fù)灌后不得有空縮現(xiàn)象;

5)錨索入孔時索體的彎曲半徑必須大于5 m;

6)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn): 灌漿量大于理論吸漿量; 回漿比重不小于進漿比重，穩(wěn)壓15 min，孔內(nèi)不再吸漿，即進排量一致;

7)認(rèn)真做好施工記錄，各道工序施工人員必須經(jīng)過培訓(xùn)并考核合格后方可上崗操作，嚴(yán)禁違章操作;

8)嚴(yán)格執(zhí)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(jīng)過監(jiān)理工程師驗收，不得進入下道工序。

圬工橋5結(jié)語

該橋加固工程于2009 年7 月完工，加固工程完工后，在圬工橋臺病害處設(shè)點進行監(jiān)測，病害不再發(fā)展，使用，狀況良好。實踐證明，橋梁圬工病害采用預(yù)應(yīng)力錨索進行加固，不僅可節(jié)約工程造價，延長構(gòu)造物的使用期限，而且施工工藝簡單、施工設(shè)備小型化，占用體外空間小，是一種較好的橋梁圬工病害治理方法。

1 總則

2　術(shù)語和符號

2.1　術(shù)語

2.2　符號

3　材料

3.1　材料強度等級

3.2　材料基本要求

3.3　材料設(shè)計指標(biāo)

4　構(gòu)件設(shè)計與計算

5　拱橋

5.1　拱橋計算

5.2　拱橋構(gòu)造

5.3　拱橋施工階段驗算

6　墩臺

6.1　一般規(guī)定

6.2　梁、板式橋墩臺

6.3　拱橋墩臺

7　涵洞

附錄A　石材試件強度的換算系數(shù)及石砌體分類

附錄B　拱橋預(yù)拱度的計算與設(shè)置

本規(guī)范用詞說明

附件《公路圬工橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D61-2005）條文說明

在修訂過程中，規(guī)范修訂組吸取了國內(nèi)有關(guān)單位的研究成果和實際工程設(shè)計經(jīng)驗，借鑒了國際先進的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，與國內(nèi)相關(guān)規(guī)范作了比較和協(xié)調(diào)。在規(guī)范條文初稿編寫完成以后，通過多種方式廣泛地征求了有關(guān)單位和個人的意見，對規(guī)范的主要內(nèi)容進行了試算比較，經(jīng)反復(fù)討論、修改和充實，最后由交通部會同有關(guān)部門審查定稿。

修訂后的規(guī)范共有7章2個附錄，修訂的主要內(nèi)容包括：

1.按《公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50283－1999）的規(guī)定，采用了以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法。

2.按《工程結(jié)構(gòu)設(shè)計基本術(shù)語和通用符號》（GBJ 132－90）的規(guī)定，修改了符號并列出了基本名詞術(shù)語。

3.增加了有關(guān)加筋土橋臺方面的內(nèi)容。2100433B