普速铁路桥梁常见病害及整治措施

王如翰

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

0 引言

普速铁路具有较高的运输速度、安全性，运输能力突出。更为重要的是普速铁路运输较少受自然条件的制约。但由于铁路运输受轨道限制，需要建设桥梁、隧道提升运输效率。事实证明，我国铁路运输量获得了极大提升，但与此同时，铁路桥梁病害的发生率也越来越高。结合我国经济发展及具体国情，需要对普速铁路桥梁引起重视。基于此，有必要对桥梁病害处理与整治工作进行科学管理，防止桥梁功能受到负面影响导致结构退化，也降低桥梁安全事故出现的可能性。

1 当前普速铁路桥梁常见的病害分析

1.1 桥梁结构裂纹

桥梁结构裂纹是普速铁路桥梁常见的病害之一。依据桥梁结构损伤程度与原因的不同，可将其分为原生裂纹、锈蚀裂纹等。其中，原生裂纹是指在桥梁投入运营前出现的裂纹，由于桥梁建设受客观因素影响较多，原生裂纹通常无法避免。通常，许多梁体结构裂纹是由于气候环境变化引起的。关于强度破坏引起的结构裂纹，发生频率较低，只有受弯构件、拉杆等局部位置的截面拉应力高于屈服强度，才会引发这一现象[1]。

此外，部件连接损伤也会引发裂纹的产生。随着铁路桥梁运输时间的不断增加，桥梁的破坏程度也越发严重。桥梁设计过程中使用到的部件较多，不同种类部件之间难以实现完全耦合，机械磨损就会导致部件连接损伤。具体来说，桥梁连接构件受力过程中，列车运行密度、连接处应力状态、荷载动力作用等与沿其接触面的相对总位移相关，且呈线性关系。部件连接的构造属性、制造环境是影响磨损速度的重要因素，部件连接损伤会在一定程度上增加桥梁疲劳裂纹的出现概率[2]。锈蚀裂纹会直接对桥梁的安全性及使用寿命产生影响。在桥梁与空气接触较多、容易积水、积尘的地方容易发生锈蚀。铁路运输也会导致桥梁出现锈蚀损伤，一旦锈蚀损伤出现，桥梁的载重等级就会逐渐下降，桥梁裂纹也会越来越多。

除上述原因引发的裂纹以外，疲劳损伤也是造成桥梁结构裂纹的重要因素，但此类裂纹的复杂性较高。在桥梁承受动态荷载的情况下，脉动应力会促使部件在桥梁构件缺陷处产生裂纹。当循环次数达到一定程度时，该部件的承载能力会受到影响并逐渐下降，从而对桥梁本身造成难以逆转的伤害。从宏观与微观的角度来看，由疲劳损伤引起的裂纹受到多种因素的影响，材料和构件静力强度看起来对构件本身的影响并不大，但其所造成的疲劳损伤却是难以预测的[3]。

桥梁上部纵向裂缝示意图如图1所示。

图1 桥梁上部纵向裂缝示意图

1.2 材料强度较低

材料强度较低也是较为常见的结构病害。以混凝土桥梁为例，材料强度较低可能导致混凝土结构疏松、空洞。在钢桥中，材料强度不足会导致锈蚀病害的发生。基于材料强度、施工技术等产生的混凝土缺陷，对混凝土结构产生影响是必然的。这一结构性损伤往往从结构薄弱的部位开始，之后逐渐过渡、延伸到其他部位，对混凝土结构的耐用性、适用性产生影响。尽管这一缺陷无法完全避免，但只要严格按照国家制定的相关规范施工，对材料进行合理使用与养护，也能够促进桥梁自身结构性能的提升[4]。

钢桥梁建设过程中，若桥梁用钢没有满足国家规范要求，出现强度较低、韧性不足等情况，则会导致钢材缺陷的产生，如夹层、裂纹等。一旦桥梁材料强度较低，材料就会发生屈服，桥梁结构间接受损。特别是对铁路桥梁来说，列车垃圾、废水的堆积与排放会大大增加桥梁发生锈蚀病害的概率。此后，随着锈蚀程度的不断提升，桥梁容易发生脆断等情况，从而造成桥梁局部破坏甚至整体受损[5]。

1.3 桥墩偏移倾斜

桥墩的稳定性与承载力是制约桥梁实用性的关键。桥墩偏移、倾斜会直接对桥梁上部的结构受力产生影响，特别是对于位于地形复杂的山区异型桥梁来说，任何一点微小的偏移或倾斜，都会导致桥梁上部结构破坏。造成这一病害出现的原因主要有以下三个：首先，施工过程中基础埋置深度较浅，如位于软土地基上，或基底持力层厚度不均。其次，设计过程中跨径较小，桥孔通水不畅，局部位置受到的冲刷力较大，基础冲刷加剧。最后，由于河床变化和水流的长期作用，弯道桥梁迎水面锥坡基础被逐渐冲空，从而引发桥墩下沉、开裂等问题，对主体受力结构产生影响。

对于普速铁路桥梁来说，桥墩偏移、倾斜会降低桥面轨道的平滑性，列车运行过程中产生的冲击力较大，容易导致桥梁断裂或列车脱轨运行[6]。

1.4 桥梁支座损坏

桥梁支座是连接桥梁上下部结构的重要环节。在桥梁支座的支持下，上部结构的反作用力和变形可以顺利传递到下部，从而使其真实地受力符合设计理论。

桥梁支座病害通常是剪切变形、局部脱空等。这一病害的发生与下述因素有关：首先，支座的选取不符合相关规定，承载力较低。其次，设计过程中，未结合实际情况对支座的选择形式、布置方式等进行综合考量，支座边缘预留宽度较少。再次，在支座的安装中，支座垫石、梁底面平整度不符合相关要求，或砂浆不够紧密、金属支座防腐、防锈处理不到位等。最后，前文提到的桥墩的倾斜、偏移也是影响桥梁支座正常使用的原因之一。

1.5 桥梁梁体剥落

导致桥梁梁体出现剥落的原因是多方面的，桥梁自身的结构、气候变化、施工材料的选择等均会使桥梁出现震颤等情况，从而加速梁体剥落。桥梁梁体剥落、掉块大多与混凝土结构、施工材料息息相关。例如，梁体腹板交界处应力较为集中，荷载较重，就会出现混凝土开裂的情况，进而发生梁体剥落。混凝土浇筑硬化后，内部水分的不断蒸发会加速凝胶体干缩，若水泥性能较差、水灰比例不合理就会降低梁体表面的附着性。此时，温度、湿度发生变化也会导致梁体剥落。

2 普速铁路桥梁常见病害的整治措施

2.1 桥梁裂缝病害整治

前文提到，导致桥梁裂缝病害出现的原因多种多样。对于混凝土空洞、疏松导致的裂缝，应先对松散部分进行处理。清理完毕后，再用高强度混凝土和一定比例的水泥灰浆进行修复。在梁体发生剥落或钢筋外露时，应先除去已经松动的保护层，待钢筋锈蚀一起除去后，才可进行二次修复。梁体横向纵向联结构件出现开裂、断裂等情况，可以视情况进行更换、补焊。当梁体裂缝宽度不超过容许时，可采用封闭措施，即使用环氧树脂胶修补。在梁体裂缝宽度超出限制的情况下，考虑采取压力灌浆法，使用液柱环氧树脂胶或其他材料进行整治。当桥梁裂纹发展到一定阶段时，应加强对其的动态监控，及时发现成因，并基于上述原因采取横向纵向加固措施。

受地基沉降、灰缝沉降或温差过大的影响，桥梁砖石砌体往往会产生裂缝。此类裂缝病害的整治需要首先修补暴露的表面，将已经暴露的集料清除掉后，再使用细集料混凝土进行填补。

2.2 桥梁材料病害整治

桥梁材料病害大多是基于化学反应发生的，其对桥梁本身造成的损伤大多不可逆，整治难度较高，且目前可借鉴的成熟经验较少。因此，关于桥梁材料病害的整治，大多要以防治为主。首先，优化混凝土成分，以此提升混凝土的密实性，降低材料渗透性，促进桥梁材料抗腐蚀能力的提升。例如，可将水泥与硅灰拌和，以增强材料对氯离子的抗性，或添加气混凝土，确保气温较低的环境下依然有充足的水分，缓解冻融对桥梁性能带来的破坏。其次，可使用电化学处理法，利用电力场的影响，将临时的阳极源中的碱性物质引入碳化区，提高硬化混凝土的pH 值，改善桥梁自身结构，避免混凝土材料病害的发生。

2.3 桥墩偏移病害整治

在桥墩发生局部破坏且未彻底整治的情况下，可通过拉杆、钢轨箍等进行临时加固。一旦桥墩出现偏移、倾斜、沉降等问题，就要立即检查桥墩附近、支座及梁体的整体情况，据此判断是否会引发联动反应。同时，启动分析决策，对桥墩发生沉降、偏移等的原因进行监测，确定后续不会发生持续变化后再进行加固，从而使线路变位问题得到及时纠正。

2.4 桥梁支座病害整治

桥梁支座是桥梁结构的重要组成部分，起到了承上启下的重要作用。但是，桥梁支座在桥梁工程建造中所占比例较低，施工人员对其重视程度普遍较低，这增加了桥梁支座病害发生的可能性。结合前文所述，造成桥梁支座病害的原因不一，需要结合实际情况进行分析。

一般来说，桥梁支座的病害主要表现为横向位移超出规定范围及支座受损严重。在这种情况下，可以用板式橡胶支座代替原来的支座，也可以在梁端设置一个限位器。桥梁建设中通常选择先清除支座锚栓再重新埋设的方法进行处理，尽管能够起到一定的缓解作用，但不能根治，实际效果并不理想。基于此，可采取以下措施：在确保固定支座没有发生变形，且支座的倾角在可接受范围之内的情况下，进行温度测定，根据温度的变化幅度确定移动支架的正确位置。待所有的锚栓全部清理完毕后，再固定支座，同时向活动面中注射钙基脂，以提高支座的弹性。需要注意的是，支座的维护与更换需要在列车运行的天窗时间内完成。

2.5 重视桥梁日常养护

重视桥梁日常养护主要是为了确保桥梁及其构件的正常使用，令桥梁保持良好的使用状态。基于当前普速铁路桥梁存在的各种病害，可从以下几个方面对其进行养护：首先，定期清扫桥梁面，将其中的积水、杂物清除完毕。当桥梁使用过程中出现小病害时，要及时修补，保证铁路运输的安全性。其次，要加强对桥梁伸缩缝的日常保养，定期对伸缩缝中堆积的尘土、垃圾等进行处理；定期检查车边梁与桥面铺装件的连接，注意接头是否有损坏、渗漏或开裂等问题。另外，伸缩装置顶部的平整度也要定期检查，若发现有异常凹凸，则可以滑动承压支座或压紧支座来进一步判定。如果发现伸缩装置的缝隙间出现了不均匀位移，则必须及时检查位移控制系统的相关组件，若组件损伤，则要及时更换。最后，还要注重防锈工作的开展，以增强桥梁的耐用性。

2.6 横向纵向加固处理

就铁路混凝土桥梁20cm 以下的无横向连接断裂病害修补而言，可通过桥面补强、增设辅助构件实现。例如，优化桥梁结构体系，采用砂浆法进行横向加固。一方面，该方法使用工具简单；另一方面，技术施工封锁时间较短，对铁路行车不会产生较大影响。具体的使用方法为：填高范围在20cm 的基础上，先完成支座底部支撑面的凿毛，然后用清水冲洗，根据实际情况选用施工设备，在列车行驶的空隙暂时封闭线路进行修补。之后，按照1∶1.1～1.2 的比例调配砂浆，经过充分的研磨后进行振捣填筑。封土后，使用清水将泥浆冲洗干净。针对普速铁路桥梁存在的地基不均匀问题，可以考虑在桥墩周围进行混凝土换填。

纵向加固主要是为了增强路基纵向刚度，通过纵向加固，使预应力钢束达到合理的布置。同时，提高了强度。根据路面出现的病害情况，可以对局部位置开展修复。如路面破损严重，则需先将路面清扫干净，然后再厚铺混凝土进行养护。另外，纵向加固应坚持预防为主、养护并重的基本原则。因此，可增加双层钢梁，并加强对横梁上颚缺陷和裂纹的观测，以建立完善的预防措施。冷拉丝混凝土加固是一种新型的纵向加固技术，它利用碳纤维布、复合胶等柔性材料，可以促进制动和启动荷载向桥墩方向传递，能够有效减少温度对桥梁位移的影响。

3 结语

综上所述，普速铁路桥梁是推进我国现代化建设的重要基础设施。随着运输压力与运输规模的不断提升，普速铁路桥梁可能出现的病害种类也越来越多。不同程度的病害不仅影响桥梁的正常使用，还会导致桥梁使用性能降低，甚至对铁路运输安全产生威胁。目前，普速铁路桥梁使用过程中，常出现的病害有桥墩偏移病害、桥梁支座病害等多种类型。针对不同原因造成的病害，可采取不同的整治措施，如采用冷拔丝混凝土加固进行纵向加固处理，通过优化混凝土成分整治桥梁材料病害等。采取针对性处理措施后，普速铁路桥梁的整体性能能够得到较好的维护，有助于桥梁耐用性与实用性的提升，同时对于我国铁路事业可持续发展也能够起到促进作用。