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桥梁工程的发展也日新月异,然而随着时间的推移,桥梁工程常见病害也随之而出文章简要分析了桥梁工程常见病害,基于技术手段,探讨了桥梁工程病害检测措施
关键词:桥梁工程,病害,检测 随着我国城建交通事业的迅猛发展,公路及城市道路等级不断提高,其中的桥涵构造物也越来越多,但从目前运行使用的情况来看,存在一些不尽人意之处,最近频繁出现的如桥梁垮塌、基础倒毁、桥墩沉陷质量事故严重影响了人们的人身安全,因此,在桥梁工程中其质量问题已经纳入人们关注的焦点中
针对桥梁建设工程,多来来时间的检验告诉我们,桥梁工程质量通病不断危害极大,而且十分顽固,稍不注意,会带来致命后果
同时,中国的桥梁普遍大量存在些旧桥和危桥,加强分析桥梁工程常见病害以及加大研发病害检测技术的力度,势在必行
1桥梁工程常见通病 所谓桥梁工程常见病害,具体来讲可表现为高填土下沉、软土地基超限沉陷、沥青路面早期破损、水泥路面断板开裂、路面不平、桥梁伸缩缝和桥头跳车、隧道衬砌渗水、防护工程和小型结构物表面粗糙、预应力结构管道压浆不实等相关质量控制不利的现象
以下简要针对跳车、高填土下沉以及预应力结构孔道压浆不实三方面来分析桥梁工程常见病害: 1.1跳车现象 所谓桥头跳车,指的是桥梁构建与桥梁台背的路基之间发生一定的高差沉降,从而引起一定的桥梁表面不平,随着沉降数值的增大,汽车高速奔行时,引起车辆频繁震动,更有甚者造成腾空
造成跳车的原因大体可表述为地基地面条件、填料、施工材料以及施工技术问题等多因素
究其原因,还是因为沉降高差的形成造成跳车现象
包括地基地面条件、填料、施工材料以及设计、施工方面的诸多因素
其主要表现为桥(涵)台与相邻路堤之间产生沉降差,造成错台或纵坡不顺以及构造物的附加变形(指伸缩缝),导致跳车
对于填土沉降而言,桥台沉降不均匀,伸缩缝和搭板两者结合不当,造成桥台台阶的形成,严重影响驾车人员舒适效果和行车安全,桥梁的冲击力也相对较大
针对跳车现象一般在施工过程可以采取以下措施:首先,选取夯实效果良好的回填材料,并在压实过程中严格按照规范,满足压实效果,减少路桥沉降高差
其次,在伸缩缝施工时应注重选取伸缩性能优异的伸缩缝,并加以平整
最后,在适当情况下可采取填方——填方沉降——建桩的工艺流程,从而达到降低填土与结构的沉降高差
1.2沉降问题 路基沉降全部是地基沉降,路基填方本身基本不发生压缩沉降,地基沉降与地质条件和填土高度(即地基单位面积受力)有关,地质条件越好,填筑高度越低,沉降越小,反之路基沉降越大
通常在填土施工中通常会遇到深填、高填、半填半挖等不同方式的填土施工,但是不论什么方式的填土施工,通常都会遇到通车不久,便产生下沉现象,发生此现象的原因主要还是由于施工不当所造成的
比如施工压实程度不够、采用过后分层方式、在低温施工时没采取相应技术措施冬等等
在材料的选取上,必须采用精确的最大干容重以及最佳含水量的混凝土,否则,极大程度上会出现高填土下沉现象
堆载预压法是工程上广泛应用,行之有效的方法
其目的就是消除路基可能产生的沉降和提高软土地基的强度,满足路基的承载力稳定性
根据预压荷载的大小,预压法分为两种:等效预压和超载预压
因等效预压沉降的大小与预压时间有关,不能达到最终沉降量,所以采用超载预压
1.3预应力结构孔道压浆不实 灌浆强度的好坏,直接关系到孔道填充程度,若相对不饱满,很大程度上会发生预应力钢筋的锈蚀,这样会造成混凝土预应力作用削减,严重者,会导致孔道内淤积大量空洞,导致施工停滞,造成巨大的损失
解决预应力结构孔道压浆不实,必须加强灌浆强度,避免造成空洞,同时必须检测孔道填充程度,确保填充饱满
2桥梁工程常见病害检测技术 随着时间的作用,桥梁老化越来越严重,在桥梁使用年限基础上,必须针对各项指标重新鉴定,有活着桥梁遭遇自然环境(飓风、暴雨、地震等)的破坏,需要对桥梁进行指标检测
针对科技的日新月异,笔者主要探讨当前桥梁基础检测以及动静载试验检测技术手段
2.1静载检测技术 静载试验检测桥梁的项目通常包括挠度(结构)、沉降(支座以及桥台)、拉压程度(结构)、裂缝(桥面)等各项指标
测试中应获取的主要数据与测试方法:1)根据测试目的确定要获得数据
明确目的有利于我们在工作中把握重点,也决定了我们需要取得哪些试验数据,同时保证关键测试部位数据的可靠度
试验中使用频率较高的仪器有应变仪、挠度计、水准仪、全站仪、百分表等
; 静载检测时,一般检测位移、应变和裂缝检测三大类
位移测量可用机械仪器测量或电测法进行检测
应变测量通常采用应变片、电阻应变仪、振弦式应变计、钢筋应力计等进行检测
裂缝测量通常依靠目力辅以刻度放大镜,对于较大裂缝在要求不高的情况下也可用塞尺测量
在静载作用下,桥梁会产生或大或小的变形
通常桥梁的变形分为整体变形和局部变形
所谓整体变形,指的是桥梁整体工况的形变;所谓局部变形,即梁的结构荷载处发生的形变
按照静载检测规范,必须按照先整体后局部的方式,即优先考虑桥梁的整体变形
在静载试验检测时,主体检测的是桥梁上面结构的承载能力,在一定面积作用下测量其截面应力以及变形情况
在经过常年使用的老式桥梁检测时,静载试验主要检测的指标是裂缝、弯度、应变程度以及抗压拉程度
2.2动载检测技术 桥梁动载检测技术是为了满足桥梁工程使用性能的需要,应用计算机模拟探析和实际检测相互融合的科学方法,动载试验是动力测定评价方法的基本测试项日,是应用理论分析与试验测试相结合的科学方法解决桥梁振动问题的必要手段
桥梁工程动载检测的内容包括:桥梁结构动载性能以及结构动载响应两个方面,其检测的对象表征的是结构动载效果最优构建应力和变形的控制面
测试传感器、信号放大器、光线示波器、磁带记录仪和数字信号处理机是动载试验的测试的常见仪器
根据仪器的性能和使用传感器的特性,可以选配不同的测试系统
具体上而言,动载检测技术检测流程基本为:桥梁振动频率、振形、阻尼比的测试——桥梁动挠度、动应力、加速度、冲击系数的测试
前者为动力特性参数,后者为动力响应测试
实践证明,对桥梁进行动载检测,是基于桥梁结构动力特性来研究的
因为,桥梁结构的动力特性是结构的固有性质,它不随荷载的强度以及其它压力的大小改变而改变
动载检测检测的是桥梁的模态参数,作为桥梁的基本理论参数,其反映的不仅仅是整个桥梁的可承受能力,更反映了桥梁承载状况优良与否
无砟轨道越来越多的被用于新建铁路中
高速铁路的建设实践表明,无砟轨道与有砟轨道两种轨道结构形式均可保证高速列车的安全运营,但由于两类轨道结构在技术经济等方面的差异,具有其各自的优缺点,因此对于我国的轨道结构选型需根据自己的国情、铁路的特点合理选用,以取得最佳的技术经济效益
关键词:高速铁路无砟轨道有砟轨道 中图分类号:U238 文献标识码:A 文章编号: 1前言 近年来,随着我国铁路建设的日益发展,高速铁路成为未来铁路发展的必然趋势
传统的有砟轨道具有铺设方便、造价低、容易维修等优点,但随着列车速度的提高,石砟道床的变形,道砟飞溅,轨道的各种不平顺,影响高速列车的舒适性和安全性,也给轨道的维修造成困难
无砟轨道拥有高平顺性、高稳定性和少维修等特点,在铁路运营中逐渐取得了明显的优势
实践表明,两种轨道结构均可保证高速列车的安全运营
但由于两类轨道结构在技术经济性方面的差异,因此应根据自己的国情、铁路的特点合理选用,以取得最佳的技术经济效益
本文主要从无砟轨道和有砟轨道两种轨道结构的特点、存在的病害及各自的优缺点进行了对比分析
2两种轨道结构特点和发展情况 2.1有砟轨道结构特点 有砟轨道结构具有建设费用低、噪声传播范围小、建设周期短、破坏修复时间短、自动化及机械化维修效率高、轨道超高和几何状态调整简单等优点,但随着铁路运营速度的不断提高,对有砟轨道适应性问题,特别是有砟轨道临界速度、桥上道床稳定性、维修工作量、道砟飞散以及道砟资源等问题需作进一步技术经济分析、比较
2.2 有砟轨道结构发展 高速铁路有砟轨道出现的问题主要是不规则沉降、轨道几何状态恶化以及道砟破碎与粉化,特别是在钢轨伤损处、焊缝处、胶结绝缘接头处及桥隧过渡段处问题更为突出,从而大大增加了维修工作量,降低了轨道使用寿命
为此,对有砟轨道结构提出以下完善措施:增大枕底有效支撑面积;增大轨枕底部纵向支撑的连续性;增加轨道弹性
2.3无砟轨道结构特点 无砟轨道结构是用耐久性好、塑性变形小的材料代替道砟材料的一种轨道结构形式
由于取消了碎石道砟道床,轨道保持几何状态的能力提高,轨道稳定性相应增强,维修工作量减少,成为高速铁路轨道结构的发展方向
2.4 无砟轨道发展情况 我国无砟轨道的研究起于20世纪60年代,先后推广应用的有支承块式整体道床、沥青混凝土整体道床、无砟无枕结构等
进入90年代以来,无砟轨道的研制工作进入了一个新阶段,选择了板式、长枕埋入式和弹性支承块式无砟轨道等,先后在秦沈、赣龙线、渝怀线、西康线、兰新线进行了试铺,取得了一些成功的经验
此后,通过遂渝线无砟轨道试验段、武汉无砟轨道综合试验段试验研究以及京津、沪宁、沪杭、武广、郑西、京沪等高速铁路的建设,我国高速铁路无砟轨道进入了快速发展的时期
目前,我国高速铁路采用的无砟轨道结构型式主要有:板式无砟轨道、双块式无砟轨道和岔区轨枕埋入式无砟轨道
3两种轨道结构的病害 3.1 无砟轨道的主要病害 (1)整体道床结构病害 常见的病害有:混凝土下沉破损;混凝土道床上鼓破损;道床混凝土受地下水腐蚀而破坏;拉应力作用下的开裂失效和混凝土结构面处开裂失效
(2)板式轨道病害 主要伤损形式有轨道板裂纹、填充层破损和凸形挡台联接构件破损
(3)轨枕埋入式轨道病害 由于轨枕均为预先预制好的构件,在施工过程中通过现浇混凝土将轨枕埋入到道床中,这样就容易出现新老混凝土结合不良,新混凝土浇筑不实,粘结面凿毛处理引起原混凝土受到扰动,新老混凝土硬化收缩应力不同导致粘结层出现微裂缝,影响新老混凝土的粘结强度,造成粘结破坏等
3.2有砟轨道的主要病害 (1)轨道不平顺 碎石道床在列车的不稳定重复荷载下轨道会出现垂向、横向的动态弹性变形和残余积累变形
这些变形不仅影响列车的平稳运行而且这种变形累计到一定限度时威胁行车安全
轨道不平顺的种类有高低不平顺、水平不平顺、钢轨出现三角坑、方向不平顺等
(2)道床病害 轨道变形的主要原因是道床的变形,道床的不均匀沉降将引起一系列的病害,直接危及行车安全
道床病害的种类有道床脏污、道床沉陷、道床翻浆
(3)混凝土轨枕常见病害 混凝土轨枕伤损的主要形态有轨下截面出现过大的横向裂缝、轨下截面压溃、轨枕纵向裂缝、轨枕的龟裂、轨枕挡肩破损、轨枕底边掉块
(4)道岔的病害 道岔病害有道岔与前后线路衔接不良,线路方向和高低超限、轨距超限、轨向不良、高低超限、尖轨和基本轨离缝、心轨和翼轨磨耗低塌等
4无砟轨道与有砟轨道优劣点比较 4.1无砟轨道结构相对于有砟轨道结构的优点 (1)轨道稳定性好,几何形位能持久保持,线路养护维修工作量显著减少; (2)长波不平顺性好,轨道弹性均衡稳定,可提高乘坐舒适度; (3)耐久性好,轨道使用寿命长; (4)横向阻力提高,可获得高运营安全性; (5)运营速度高; (6)结构高度低,自重轻,可降低隧道净空,减少桥梁二期恒载; (7)寿命周期成本低; (8)通过少维修,提高线路使用率,减少对运输的干扰,从而减少事故隐患; (9)道床整洁美观,无道砟飞散带来的一系列问题
4.2无砟轨道结构相对于有砟轨道结构存在的主要问题: (1)初期投资和综合效益问题 初期投资大一直是影响无砟轨道推广应用的重要问题
但是,投资分析本身就是一个比较复杂的问题
目前综合分析无砟轨道结构的经济效益还比较困难
(2)噪声问题 在高速铁路上,相对于有砟轨道来说,无砟轨道噪声水平要高5dB,传播范围比较大
(3)轨道弹性问题 无砟轨道的弹性主要由扣件提供,从而对扣件结构设计、材料选用和技术标准上提出了更高的要求
(4)与信号系统匹配问题 如果采用谐振式轨道电路,道床泄漏电阻以及无砟轨道钢筋网与轨道电路间的电磁作用对信号系统影响比较大,需要采取措施增大扣件绝缘电阻,减少钢筋网与轨道电路感应阻抗
(5)修理与修复问题 无砟轨道作为刚性结构,在后期运营阶段仅允许进行少量的改善,如调整轨道几何状态,一般只能靠扣件来实现,当发生较大的变化时,调整不仅十分困难,而且要付出高昂的代价
特别是采用混凝土承载层的无砟轨道,达到承载强度极限时将产生断裂,轨道几何尺寸将发生急剧和难以预见的恶化
另外,到目前为止,对基础沉降过大等原因造成的无砟轨道严重损坏还没有提出特别有效的修复措施,一些修复手段不仅还在概念阶段,代价也比较大
混凝土承载层无砟轨道由于混凝土的养生和硬化需要很长时间,修复时需要关闭线路时间比较长,对运输影响比较大
5结束语 通过高速铁路的建设实践,无砟轨道与有砟轨道两种轨道结构均可保证高速列车的安全运营,都有其各自的优缺点
但由于两类轨道结构在技术经济性方面的差异,对于我国的轨道结构选型需根据自己的国情、铁路的特点合理选用,以取得最佳的技术经济效益
总之,要做好不同轨道结构型式的经验总结,不断修正和完善轨道结构形式,加大对不同轨道结构型式的对比分析,从工程成本、工程进度、施工工艺和方法、运营效果等方面进行比较,研究最适合我国高速铁路建设的轨道结构型式
参考文献 【1】 钱立新,《世界高速铁路技术》,中国铁道出版社,2003年. 【2】 钱仲侯,《高速铁路概论(第三版)》,中国铁道出版社,2006年. 【3】 李成辉,《铁路轨道》,中国铁道出版社,2010年. 【4】 何华武,《无砟轨道技术》,中国铁道出版社,2005年. 【5】 赵国堂,《高速铁路无砟轨道结构》,中国铁道出版社,2006年. 【6】 西南交通大学,客运专线无砟轨道再创新理论研究报告. 成都,2008 【7】 卢祖文,《客运专线铁路轨道》,中国铁道出版社,2005年. 【8】 江成,林之珉. 高速铁路无砟轨道结构的试验研究. 中国铁路,2000年
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