(完整版)高速铁路桥梁养护与维修

铁路桥梁养护与维修技术铁路桥梁养护与维修技术王柏松 内容1 1 铁路桥梁病害问题铁路桥梁病害问题2 铁路桥梁维护铁路桥梁维护3 钢桥明桥面加固维修钢桥明桥面加固维修4 4 桥梁保养与维修要点桥梁保养与维修要点1 1 铁路桥梁病害问题铁路桥梁病害问题 法国国营铁路公司法国国营铁路公司(SNCF)(SNCF)一直致力于努力优化一直致力于努力优化桥梁构件的使用和建设桥梁构件的使用和建设,使桥梁与高速度之间的安全使桥梁与高速度之间的安全性得到有机的结合。他们认为，只有从设计阶段时性得到有机的结合。他们认为，只有从设计阶段时就加以考虑，同时在施工及维护阶段予以重视，桥就加以考虑，同时在施工及维护阶段予以重视，桥梁百年使用寿命的问题才能得以保障。梁百年使用寿命的问题才能得以保障。1.1 1.1 概述概述 空气、水、矿物质及微生物等多种外界因素均空气、水、矿物质及微生物等多种外界因素均会对桥梁各部分构件产生不同程度的腐蚀；列车动会对桥梁各部分构件产生不同程度的腐蚀；列车动载对桥梁构件又将产生疲劳破坏、联结件松动甚至载对桥梁构件又将产生疲劳破坏、联结件松动甚至产生脆性破坏。这些问题的产生往往都互为关联，产生脆性破坏。这些问题的产生往往都互为关联，彼此影响，从而加速了桥梁的破坏。彼此影响，从而加速了桥梁的破坏。1.2 1.2 影响桥梁百年使用寿命的常见问题与对策影响桥梁百年使用寿命的常见问题与对策1.2.11.2.1混凝土构件混凝土构件 在海洋环境地区，海水的硫化、氯化等作用将使混在海洋环境地区，海水的硫化、氯化等作用将使混凝土产生龟裂，凝土产生龟裂，使混凝土外部带腐蚀性的气体、水份等使混凝土外部带腐蚀性的气体、水份等侵蚀内部钢筋，进而引起钢筋锈蚀、失效（如图）。选侵蚀内部钢筋，进而引起钢筋锈蚀、失效（如图）。选择建桥所采用的混凝土时，首先应考虑采用抗腐蚀性好、择建桥所采用的混凝土时，首先应考虑采用抗腐蚀性好、抗渗等级高的水泥。如含硅灰、粉煤灰、或矿渣的混合抗渗等级高的水泥。如含硅灰、粉煤灰、或矿渣的混合水泥及抗硫酸盐水泥。水泥及抗硫酸盐水泥。对混凝土早期由于水化热或其他原因产生的裂对混凝土早期由于水化热或其他原因产生的裂纹，应考虑采用低水化热（主要针对大体积纹，应考虑采用低水化热（主要针对大体积混凝土而混凝土而 言）的水泥，以消除混凝土早期裂言）的水泥，以消除混凝土早期裂纹造成钢筋易锈蚀等的不良因素（如下图）。纹造成钢筋易锈蚀等的不良因素（如下图）。控制混凝土早期裂纹是避免钢筋锈蚀的重要控制混凝土早期裂纹是避免钢筋锈蚀的重要手段之一。手段之一。在粗骨料选择上，碎石的化学在粗骨料选择上，碎石的化学成份应引起重视。由于某些碎石中成份应引起重视。由于某些碎石中所含的碱活性物质将与混凝土中碱所含的碱活性物质将与混凝土中碱离子产生碱骨料反应也将使混凝土离子产生碱骨料反应也将使混凝土产生龟裂（如右图）；在这种情况产生龟裂（如右图）；在这种情况下，应选择低碱水泥或含硅灰、粉下，应选择低碱水泥或含硅灰、粉煤灰、或矿渣的混合水泥；同时，煤灰、或矿渣的混合水泥；同时，在搅拌混凝土用水方面，也应注意在搅拌混凝土用水方面，也应注意其化学成份，以避免产生碱式反应。其化学成份，以避免产生碱式反应。1.2.2钢筋钢筋 空气和水是对钢筋产生腐蚀作用空气和水是对钢筋产生腐蚀作用 的必要条件。为此，要求钢筋的必要条件。为此，要求钢筋 必须留有足够的净保护层。当空必须留有足够的净保护层。当空 气、水气、水 份通过混凝土的孔隙侵蚀钢份通过混凝土的孔隙侵蚀钢 筋，钢筋将逐渐被氧化，产筋，钢筋将逐渐被氧化，产 生锈蚀。生锈蚀。而钢筋被完全锈蚀而钢筋被完全锈蚀 后的体积将是原体积的后的体积将是原体积的1000 倍，这就使混凝土因受挤压倍，这就使混凝土因受挤压 而开裂、剥落（如左图）。而开裂、剥落（如左图）。对海洋环境的地区，海水对钢筋的腐蚀更具危险性，因对海洋环境的地区，海水对钢筋的腐蚀更具危险性，因此，对建于海水中的桥墩，法铁考虑不小于此，对建于海水中的桥墩，法铁考虑不小于7厘米的净保护层；厘米的净保护层；对浅水区域，净保护层也不小于对浅水区域，净保护层也不小于5厘米，并对钢筋涂防腐剂。厘米，并对钢筋涂防腐剂。而对钢管混凝土桩基来说，根据百年腐蚀速率的统计而对钢管混凝土桩基来说，根据百年腐蚀速率的统计,在具较在具较强腐蚀性的土壤中，设计桩基截面的外径应考虑强腐蚀性的土壤中，设计桩基截面的外径应考虑6毫米厚的无毫米厚的无效截面。效截面。在电气化铁路上，由于杂散电流产生的电解作在电气化铁路上，由于杂散电流产生的电解作用、用、混凝土中的细菌，都将导致钢筋的腐蚀。为此，混凝土中的细菌，都将导致钢筋的腐蚀。为此，也要对重要部位的钢筋涂防腐剂或采用阴极保护。也要对重要部位的钢筋涂防腐剂或采用阴极保护。为此，需区分不同的破坏等级（如冬季在公路为此，需区分不同的破坏等级（如冬季在公路面撒盐将对该处铁路桥墩、台产生腐蚀作用），对面撒盐将对该处铁路桥墩、台产生腐蚀作用），对桥梁的不同部位采用不同的净保护层。桥梁的不同部位采用不同的净保护层。1.2.3 钢构件钢构件 钢构件较常见的是构件与空气接触的表面发生锈钢构件较常见的是构件与空气接触的表面发生锈蚀现象。因此要尽量减少钢构的交叉部位，以避免保蚀现象。因此要尽量减少钢构的交叉部位，以避免保护漆无法或难以涉及。防锈漆寿命较短，应经常进行护漆无法或难以涉及。防锈漆寿命较短，应经常进行检查，以保持其完整性。对钢构的重要部件，可采用检查，以保持其完整性。对钢构的重要部件，可采用表面镀锌防护；对油漆防护，在涂漆前一定要做好预表面镀锌防护；对油漆防护，在涂漆前一定要做好预处理，选择的材料要注意其兼容性。处理，选择的材料要注意其兼容性。疲劳现象是钢构百年寿命疲劳现象是钢构百年寿命的重要指标之一。疲劳裂纹多的重要指标之一。疲劳裂纹多是由于周期性加载产生。列车是由于周期性加载产生。列车通过桥梁的速度越高，其伤害通过桥梁的速度越高，其伤害性就越大。性就越大。对钢构件的变截面、孔口、焊接等处，均为易产对钢构件的变截面、孔口、焊接等处，均为易产生应力集中的部位，一旦产生裂纹，就容易使其迅速生应力集中的部位，一旦产生裂纹，就容易使其迅速扩展。其作用机理是：微裂纹扩展。其作用机理是：微裂纹材质下降材质下降破坏。因破坏。因此应尽量避免钢构件截面产生突变。此应尽量避免钢构件截面产生突变。因此，在组装构件时，对钢构件联结处，可采用增因此，在组装构件时，对钢构件联结处，可采用增大接触面的方式，以减小应力集中，增大抗疲劳能力。大接触面的方式，以减小应力集中，增大抗疲劳能力。而对横向杆件采用圆弧型联结（如图），则可大大提高而对横向杆件采用圆弧型联结（如图），则可大大提高杆件的抗疲劳能力。杆件的抗疲劳能力。而脆性破坏则是由于所受荷载大于其强度引起。多而脆性破坏则是由于所受荷载大于其强度引起。多是由于钢材韧性差、受撞击等原因引起微裂纹扩展、温是由于钢材韧性差、受撞击等原因引起微裂纹扩展、温度过低等引起，这种破坏是突发的，并且是灾难性的。度过低等引起，这种破坏是突发的，并且是灾难性的。因此钢材的选择应考虑其抗冲击能力大于在选定温因此钢材的选择应考虑其抗冲击能力大于在选定温度范围内的抗冲击能力。度范围内的抗冲击能力。1.2.4 桥梁支座桥梁支座 支座应选用承载能力强，易更换的类型。橡胶支座支座应选用承载能力强，易更换的类型。橡胶支座虽然易老化龟裂，但由于更换方便，所以受到广泛的应虽然易老化龟裂，但由于更换方便，所以受到广泛的应用。用。1.3 设计必须遵守的原则设计必须遵守的原则（1）设计阶段就应该按百年使用寿命的验收标准进行）设计阶段就应该按百年使用寿命的验收标准进行设计（包括桥梁的类型与形状、桥梁的位置等）。设计（包括桥梁的类型与形状、桥梁的位置等）。（2）设计构件应尽量简洁，提倡采用整体结构，尽量）设计构件应尽量简洁，提倡采用整体结构，尽量避免接头。避免接头。（3）设计阶段就应注重选材，材料的各项指标均应满）设计阶段就应注重选材，材料的各项指标均应满足百年使用寿命的要求，采用的施工工艺应能保证桥足百年使用寿命的要求，采用的施工工艺应能保证桥梁百年使用。梁百年使用。（4）尽量避免桥梁受到外力的冲击，如公路为下穿式时，）尽量避免桥梁受到外力的冲击，如公路为下穿式时，应对桥墩采取保护措施。应对桥墩采取保护措施。（5）考虑各种影响因素后，预留一定的安全系数。）考虑各种影响因素后，预留一定的安全系数。（6）应考虑方便今后的维修工作，同时保证排水良好。）应考虑方便今后的维修工作，同时保证排水良好。1.4 其它其它 当然，施工阶段也是十分重要的因素，一定要遵当然，施工阶段也是十分重要的因素，一定要遵照设计和施工规范的要求，对进场的所有工程材料进照设计和施工规范的要求，对进场的所有工程材料进行严格检验，施工工艺不得违反工序要求，才能保证行严格检验，施工工艺不得违反工序要求，才能保证产品能满足百年使用寿命的要求。产品能满足百年使用寿命的要求。维修方面，建立桥梁的电子台帐，关注其使用过维修方面，建立桥梁的电子台帐，关注其使用过程的动态情况，及时、有效地进行维护，也是桥梁百程的动态情况，及时、有效地进行维护，也是桥梁百年寿命的有效保证。年寿命的有效保证。2 2 铁路桥梁维护铁路桥梁维护2.1 法铁桥梁维护管理体制法铁桥梁维护管理体制 法国铁路有法国铁路有30000座桥梁，每年维护费用约为座桥梁，每年维护费用约为1.7亿亿欧元。法铁桥梁维护实行三级管理：法铁基础运营部基欧元。法铁桥梁维护实行三级管理：法铁基础运营部基础维修处主要负责桥梁专业维修规程制定，负责大型桥础维修处主要负责桥梁专业维修规程制定，负责大型桥梁改造工程项目维修计划制定，在法铁范围内为桥梁检梁改造工程项目维修计划制定，在法铁范围内为桥梁检测与维修提供指导和帮助；设在各个地区的测与维修提供指导和帮助；设在各个地区的23个铁路局个铁路局维修处（负责桥梁维护有维修处（负责桥梁维护有23人）负责监督和检查下属人）负责监督和检查下属综合维修段桥梁检测与维护工作；铁路局的综合维修段综合维修段桥梁检测与维护工作；铁路局的综合维修段设线路生产单位（桥梁维护人员：高速线设线路生产单位（桥梁维护人员：高速线2-3人，既有人，既有线线10人左右）负责对本段范围内的桥梁进行预防性维护、修人左右）负责对本段范围内的桥梁进行预防性维护、修复性维护和更新改造。复性维护和更新改造。2.2桥梁维护的总体原则桥梁维护的总体原则 法铁桥梁维护原则就是在桥梁设计使用寿期的基础法铁桥梁维护原则就是在桥梁设计使用寿期的基础上以最优化总成本保持设施的最佳工状态，保证设施的上以最优化总成本保持设施的最佳工状态，保证设施的通行安全和设施的运转稳定。桥梁维护目标就是采取检通行安全和设施的运转稳定。桥梁维护目标就是采取检查、保养、维修等手段保证桥梁在正常使用寿命期内不查、保养、维修等手段保证桥梁在正常使用寿命期内不发生超过其承受力的疲劳或荷载，保证桥梁的通行安全发生超过其承受力的疲劳或荷载，保证桥梁的通行安全和可维护性，避免出现桥梁过快衰减或出现无法修复的和可维护性，避免出现桥梁过快衰减或出现无法修复的损失。在保证安全的前提下通过制定维护质量及成本控损失。在保证安全的前提下通过制定维护质量及成本控制规范标准，改善维护人员的工作环境，改进资产的储制规范标准，改善维护人员的工作环境，改进资产的储备状态，追求总体效益的最大化。分为预防性维护、修备状态，追求总体效益的最大化。分为预防性维护、修复性维护和改造。复性维护和改造。2.3 桥梁结构维护内容桥梁结构维护内容2.3.1 桥梁结构的预防性维护桥梁结构的预防性维护 桥梁预防性维护的目的就是减少桥梁故障发生的概桥梁预防性维护的目的就是减少桥梁故障发生的概率或衰减度，保证桥梁的正常状态。维护措施分为检率或衰减度，保证桥梁的正常状态。维护措施分为检查、保养和维修。查、保养和维修。2.3.1.1 检查检查 检查是指通过目测或实地观测对桥梁的状态进行测检查是