摘要：铁路线路安全是铁路工程管理部门重要责任，如何将铁路运营期间发生的病害尽快处理也是铁路工程管理部门的重要任务，本文就根据包神铁路塔韩线桥墩墩顶托盘冻胀裂缝这一普遍存在的问题提出了处理方案和意见，为日后铁路类似病害处理提供了一定参考方案。
关键词：铁路；桥墩托盘；冻胀裂缝；病害处理
0 引言
铁路在我国经济发展中起到举足轻重的作用，由于重载铁路运输能力大，经济和社会效益显著，发展铁路重载运输已成为铁路运输发展的方向，同时也是我国铁路提高运输能力的主要途径，神华铁路网作为我国西煤东运第二大通道，在国民经济发展中起到十分重要的作用，包神铁路重载运输所受动载强度大，受载频率高，导致铁路病害多发，严重危机行车安全。本文对包神铁路塔韩线处理桥梁托盘冻胀裂缝施工中的经验进行了总结，对桥梁托盘冻胀裂缝处理技术进行综合的探索研究，为类似病害处理提供了参考。
1 工程概况
1.1 桥梁结构
塔韩铁路是包神铁路集团公司管辖内的一条运煤专线，位于内蒙古鄂尔多斯市杭锦旗境内，线路全长74公里，2015年包神铁路工务人员巡检时发现部分桥梁桥墩墩顶托盘出现冻胀裂缝、防震落梁支架处混凝土冻胀上浮、顶帽防震落梁支架冻胀上浮、防震落梁支架、检查梯等孔处混凝土损坏等病害问题。
塔韩铁路桥主要为跨径12m-32m的单线简支T梁桥。桥墩包括顶帽、托盘、墩身、防震落梁措施、围栏吊篮等，桥墩托盘为圆端形，墩身、托盘及顶帽均采用C35混凝土，顶帽顶面防震落梁措施构造示意图如图1所示。
1.2 主要病害
桥墩托盘开裂严重，很多托盘裂缝虽被处理过，但仍然出现再次开裂并导致渗水。某些裂缝宽度较大（最大3mm）。顶帽防震落梁支架冻胀上浮，防震落梁支架、检查梯等孔处混凝土损坏严重。
1.3 主要执行规范
①《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）；
②《铁路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）；
③《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2013）；
④《建筑结构加固工程施工质量验收规范》（GB50550-2010）；
⑤《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB10005-2010）；
⑥《铁路混凝土结构耐久性修补及防护》（TB/T3228-2010）；
⑦《聚合物水泥防水砂浆》（JC/T984-2010）；
⑧《聚氨酯防水涂料》（GB/T19250-2013）。
2 处理方案
2.1 方案概要
桥墩托盘因渗水冻胀开裂，虽属非结构受力因素引起，但会严重损坏结构的完整性，造成水份侵蚀钢筋，影响结构的使用耐久性。为保证桥墩台混凝土的耐久性，根据病害特征采用对应的处理措施，分以下三种情况进行处理：
①对出现托盘开裂、渗水且顶帽顶面防震落梁支架有冻起的桥墩台，按表1方案一处治；
②对出现托盘开裂、渗水但顶帽顶面防震落梁支架没有冻起的桥墩台，按表1方案二处治；
③对顶帽顶面防震落梁支架有冻起但没开裂的桥墩台托盘，按表1方案三处治。
2.2 方案内容
2.2.1 裂缝处理
①对宽度w＜0.15mm的裂缝采用表面封闭法进行处理。
②对宽度0.15mm≤w≤0.8mm的裂缝采用灌缝胶注射修补，即以一定的压力将低粘度、高强度的高分子聚合物裂缝灌缝胶注射入裂缝内的处理方法。
③对宽度w＞0.8mm的裂缝采用压力注入改性环氧类注浆料修补，即在一定时间内以较高的压力将改性环氧类注浆料压入裂缝腔内，填实混凝土结构裂缝空间的处理方法。因裂缝宽度较宽，注浆料采用粘钢胶配石英砂，石英砂用量经现场试验确定。
图1 桥墩构造及防震落梁示意图
表1 桥墩托盘处理措施
2.2.2 粘贴碳纤维布
因裂缝宽度较大，对裂缝宽度w＞0.8mm的托盘表面进行粘贴碳纤维布处理，碳纤维布条幅宽度为30cm。
2.2.3 顶帽顶面处理
①对于托盘开裂、渗水、防震落梁支架有冻起的情况，按以下方案处理。
重新安装预埋件：即拆除防震落梁支架，将孔中及周围杂物清理干净后重新安装预埋件，灌入高强无收缩灌浆料并捣鼓密实，然后清理凿除顶帽顶面混凝土浮渣、松散层，混凝土基面进行凿毛处理，最后将杂物清理干净。废弃孔洞处理：清理干净后灌入高强无收缩灌浆料，同时灌浆后的基面与原基面要保障平齐。制作排水坡：对未设置排水坡、排水不畅及反坡积水的墩顶面按原设计要求采用聚合物水泥防水砂浆重新设置3%的排水坡。涂刷防水涂料：排水坡制作完成后在其上涂刷一层聚氨酯防水涂料。预埋件与顶帽顶面交界处处理：防震落梁支架、栏杆等预埋件与顶帽顶面交界处采用环氧胶泥进行封闭处理。
②对于现托盘开裂、渗水但顶帽顶面防震落梁支架没有冻起的桥墩台，或顶帽顶面防震落梁支架有冻起但没开裂的桥墩台顶帽顶面，按以下方案处理。
不需重新安装防震落梁支架及预埋件，其他处理措施与①方案相同。
2.2.4 涂装
对碳纤维布表面进行涂装，达到美观、提高结构耐久性的作用，涂装方案见表2所示。
表2 碳纤维布表面涂装防护
粘贴的碳纤维布表面涂装体系，面漆均使用亚光漆，颜色为浅灰色，具体参考《建筑涂装色卡GSB16-1629-2003Z》中的SM1-0015。
3 主要材料性能要求
高强无收缩灌浆料、聚合物防水砂浆、聚氨酯防水涂料、裂缝灌缝胶、改性环氧类注浆材料、碳纤维布、粘贴碳纤维布胶等材料性能指标参照相关技术规范及设计标准。
高强无收缩灌浆料主要用于预埋件拔出后孔洞及废弃孔洞清理后用高强无收缩灌浆料灌填。其主要材料特点是以高强度材料作为骨料（如：石英砂、金刚砂等），以水泥、灌浆母料等为介质，辅以高流态、微膨胀、防离析等外加剂（如：减水剂）配制而成。它在施工现场加入一定量的水，搅拌均匀后即可使用。具有高流态、不泌水、防锈蚀的特点。聚合物防水砂浆主要用于顶帽顶面制作排水坡。改性环氧类注浆料主要用于压力灌缝用，采用粘钢胶配石英砂的注浆料，石英砂的用量经现场试验确定。
4 施工工艺
4.1 拆除预埋件
拆除出现渗水、开裂的托盘的防震落梁支架、检查梯、栏杆，并凿除对应孔洞处的混凝土，将孔中及周围杂物清理干净。对于废弃的孔洞，同样凿除孔洞混凝土，并清理干净。
4.2 顶帽顶面清理
凿除出现渗水、开裂的桥墩托盘顶帽顶面混凝土表面的浮渣、松散层，并将顶面及废弃孔洞清理干净。
4.3托盘裂缝内灰尘及水气清理
对托盘裂缝修补前必须先将缝内灰尘及水气清理干净。首先对裂缝周边用磨光机或钢丝刷的工具进行处理，清理结构裂缝处混凝土表面的灰尘、白灰、浮渣及松散层等污物；然后再用毛刷蘸丙酮、酒精等有机溶液，把裂缝两侧各20～30mm范围擦洗干净并保持干燥。然后以专用粘接剂将注胶口与裂缝对齐粘贴。每一道裂缝至少须各有一个进气口和一个排气孔。注胶口应粘贴牢靠，且必须对中，以保证导流畅通。最后往注胶口内注气，清理缝内灰尘和水气，注气压力根据裂缝宽度控制在0.2～2MPa。待缝内灰尘和水气清理干净后方可进行裂缝封闭与灌封修补施工。
4.4 裂缝处理
4.4.1 宽度＜0.15mm裂缝修补措施
裂缝封闭就是将宽度＜0.15mm的裂缝采用环氧胶泥进行封闭以达到恢复并提高结构耐久性和抗渗性的目的。依据裂缝的检查报告中所标记的需修补部位的位置，现场核实其裂缝数量、长度及宽度，标注出需要进行封闭的裂缝。宽度w＜0.15mm的裂缝用蓝色标注；宽度0.15mm≤w≤0.8mm的裂缝用红色标注；宽度w＞0.8mm的裂缝用绿色标注。对裂缝醒目的标注以防施工疏漏和统计差错。
然后进行表面清理对用蓝色标注裂缝先用铲刀、凿子清除裂缝周边杂物、尘土。同时用云石机或角磨机沿裂缝切宽5mm，深5～10mm的V型槽，再用高压风枪吹去V型槽槽内及四周的粉尘，再用丙酮对槽内进行仔细清洗，并对缝两边共5～6cm内进行清洗。
4.7 聚氨酯防水涂料施工
4.4.2 宽度0.15mm≤w≤0.8mm及w＞0.8mm裂缝修补措施
采用化学灌浆修补裂缝，一方面是靠粘结剂的粘结力将结构内部组织尽可能地结合为整体，使其恢复应有的强度；另一方面，阻断空气和水分进入结构内部，避免腐蚀钢筋和混凝土，提高结构耐久性。对宽度0.15mm≤w≤0.8mm和宽度w＞0.8mm的裂缝均采用化学灌浆进行修补，两者的不同之处在于：首先是灌浆料的选择方面，需根据主要材料性能要求适应。其次注浆压力控制，对于宽度为0. 15mm≤w≤0.8mm的裂缝，根据裂缝宽度、现场进浆通畅度将注浆压力控制在0.2～0.4MPa；而对于宽度w＞0.8mm的裂缝，根据裂缝宽度、现场进浆通畅度将注浆压力控制在0.5～2MPa。具体施工工序为：检查裂缝并进行标注，核实需灌压环氧浆处理的裂缝数量、长度和宽度。将裂缝构成一个密闭空腔，有控制的预留进出口，借助专用灌压环氧浆泵（灌缝器）将浆液压入缝隙并使之填满。灌压环氧浆施工工艺流程为：设计布嘴图-裂缝处理-埋嘴、设灌浆盒-封缝-密封检查-配置浆液-封口结束-检查。灌压环氧浆前先对裂缝周边采用磨光机或钢丝刷进行处理，清理结构裂缝处混凝土表面的灰尘、白灰、浮渣及松散层等污物；然后再用毛刷蘸丙酮、酒精等有机溶液，将裂缝两侧20～30mm范围内擦洗干净并保持干燥。以专用粘接剂将注浆口与裂缝对齐粘贴。注浆口的间距根据裂缝长度及宽窄以30～40cm为宜，每一道裂缝至少须各有一个进浆口和一个排气孔。注浆口应粘贴牢靠，且必须对中，以保证导流畅通。为使混凝土裂缝缝隙内完全充满浆液，并保证压力，同时又保持浆液不大量外渗，必须对已处理过的裂缝（除孔眼及注浆口外）表面用环氧浆液沿裂缝走向均匀涂刷两遍封闭，形成宽度约6cm封闭带。环氧封闭带硬化后，需进行压气试验，以检查封闭带是否封严。将压缩气体通过灌压环氧浆嘴充入裂缝内，气压控制在0.2～0.4MPa，此时，在封闭带上及注浆口周围涂上肥皂水，如发现封闭带上有气泡出现，说明该部位漏气，对漏气部位需再次封闭，试气时沿裂缝由低端向高端进行。灌压环氧浆操作应由低端向高端进行，从一端开始压浆后，另一端的灌压环氧浆嘴在排出裂缝内的气体后喷出浆液，待喷出的浆液与压入的浆液浓度相同时，即可停止压浆，将灌压环氧浆嘴封堵。贯通缝须在一侧表面裂缝处进行封缝处理，从另一表面进行灌缝。对于已灌压环氧浆的裂缝，待浆液固化后将灌压环氧浆嘴拆除，并将灌压环氧浆嘴处用环氧胶泥抹平。灌压环氧浆结束后，应检查补强效果和质量，检查方法为当注入裂缝的修补胶达到7d固化期时，应采用取芯法对注浆效果进行检验，芯样检验应采用劈裂抗拉强度测定方法。当检验结果符合下列条件之一时为符合设计要求：沿裂缝方向施加的劈力，其破坏应发生在混凝土部分（即内聚破坏）；破坏虽有部分发生在界面上，但其破坏面积不大于破坏面总面积的15%。
4.5 重新安装防震落梁支架、检查梯、栏杆等预埋件
施工前将既有混凝土表面清理干净，清理后的表面必须是坚硬、新鲜的混凝土面，不得留有松散的混凝土。结构新旧结合面需凿毛处理。灌入灌浆料前，对新旧结合界面用高压水枪进行清洗，并在浇筑前半小时不间断洒水，保证既有混凝土面湿润。
4.6 聚合物水泥防水砂浆施工
施工前应将既有基面清理干净，并进行凿毛处理。施工时环境温度应在5～35℃，施工时应避开雨、雪天气。
4.8 粘贴碳纤维布施工
施工前应将既有基面清理干净，表面不得有浮尘、污物等。施工时环境温度应在5～35℃。施工应避开雨、雪天气。
按照产品规格要求配置环氧树脂胶泥，但不得使用乙二胺作为改性环氧树脂的固化剂。在裂缝V型槽上（宽度30mm）均匀涂刷一层环氧树脂胶液；待环氧树脂胶液半干时，用配置好的环氧树脂胶泥填入V型槽内压实，然后将外表面抹平。胶泥厚度不得小于1mm，宽度不小于30mm；表面封缝材料固化后应均匀、平整、不出现裂缝、无脱落情况。如达不到要求，需铲除重新封闭。
4.8.1 工艺程序
构件表面处理→贴片前基层处理→涂底层涂料→环氧腻子对构件表面残缺修补→贴碳纤维片→养护→涂装。
4.8.2 工艺要求
整个工艺的关键在于碳纤维粘贴的紧密、牢固性，保证与原结构形成整体。施工过程为满足上述要求，需正确地掌握工艺流程，每道工序都要有利于保证碳纤维粘贴紧密。贴片前应对混凝土构件表面进行必要的处理，仔细清除破损劣化部分，修补裂缝、露筋除锈、削平凸出部分和棱角等，使碳纤维片粘贴后能与构件牢固紧密结合。对于结构表面出现的孔洞，必须先采用环氧砂浆进行填补，然后按照粘贴碳纤维布的施工工艺要求进行基层处理，不得采用腻子直接修补。在处理好的混凝土构件表面涂刷能渗透到混凝土内的底层涂料，然后填平表面凹陷部位，达到表面平整，使碳纤维粘贴后能够与构件粘贴紧密，并避免粘贴后起鼓，严格掌握贴片的位置与搭接长度，注意进行脱泡和浸渍操作，掌握好每道施工工序的时间间隔，防止碳纤维片起鼓、脱离和错位。
4.8.3 施工操作要点
①混凝土基底处理需将混凝土梁表面的残缺、破损清理干净达到结构密实层，清理干净后进行修补、复原。由于渗水等原因造成的结构表面污垢，应用清水冲洗干净，不宜用化学试剂清洗。对结构的剥落，疏松，蜂窝，腐蚀等劣化混凝土，应凿除表面直至露出混凝土结构层，并用高标号混凝土或环氧胶泥进行修补、复原。裂缝的修补同前述。
②涂刷底层树脂时要严格按产品生产厂提供的工艺规定配制底层树脂。一次调和用量应在规定时间内用完。应采用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面，在底层树脂表面指触干燥后，尽快进行下一工序的施工。
③找平处理时应按产品生产厂提供的工艺规定配制找平材料，同时对混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整，不应有棱角。转角处采用找平材料修理成为光滑的圆弧，半径不小于20mm。在找平材料表面指触干燥后，尽快进行下一工序的施工。
④粘贴碳纤维片材时应按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，严禁弯折，片材的裁剪数量应以一个班次的用量为准。根据每一条碳纤维布的位置量出其长度，按实际长度裁剪碳纤维布，并编号按序放置。同时应按产品生产厂提供的工艺规定配制浸渍树脂，把浸渍树脂的主剂和固化剂按规定比例进行混合，并用搅拌器充分搅拌均匀，一次调和量以在规定的时间内用完为准，并均匀涂抹于粘贴部位。然后将碳纤维布用手轻压贴于需粘贴的位置，采用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布，直到碳纤维丝之间有浸渍树脂渗出时为止。最后进行空鼓检查，凡有空鼓的位置可采用注入浸渍树脂法、割刀切入填充树脂修补法或补丁修补法进行处理。部分需要贴双层的位置前贴片30min后，用滚筒将浸渍树脂均匀地涂刷于碳纤维片上，用量约100～200g/m2。重复以上步骤进行第二层碳纤维粘贴。
⑤粘碳纤维布后需自然养护12h以达到初期固化，并保证固化期间不受干扰。在每道工序之后和树脂固化之前，用塑料薄膜遮挡表面以防止风沙和雨水的影响。碳纤维布粘贴后达到设计强度所需要的自然养护时间大约为平均气温10℃以下为14天；平均气温10℃～20℃以下为7～14天；平均气温20℃以上约为7天。
⑥在最外一层碳纤维布外表面的浸渍树脂（上面撒硅砂）固化以后，在其外表面涂装。
4.8.4 施工注意事项
①碳纤维布粘贴除上述主要施工程序外，其他未尽施工问题执行中国工程建设标准化协会标准《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》（CECS146：2003）。
②所有材料必须有生产厂家的出厂合格证、质量保证书，必须满足国家有关规范要求；对进口材料还必须有进口许可证等国家强制要求的各种证书及资料。
③碳纤维布在运输、储存和施工过程中，不得受挤压、阳光直晒、雨淋和撞击等，胶结材料应密封保存于阴凉处。
4.9 结构检测
本工程混凝土强度测试方法采用的是《超声回弹综合法》，进行修补后的砼强度无损检测，检测过程应选择天气情况良好的良好，混凝土强度达到28d，混凝土表面干燥，无外界影响的情况，采集的数据应客观反应砼修补的真实情况，不得弄虚作假，详细数据及计算方法见表3。
工程名称：包神铁路集团塔韩线铁路部分桥墩托盘冻胀裂缝处理
施工单位：神华包神铁路工程有限责任公司
检测日期：2016.6
结构名称及设计强度：桥梁墩台、C35
表3 现场检测数据采集计算
根据现场测试区域划分，每区10个测试点取平均值，回弹值已经修订，测试表面干燥，结合以上现场实际检测结果，进行综合强度计算得出：n=10，fccu=37.9，Sfccu=1.60，fccu，min=35.3MPa。
结合以上检测数据及计算结果可以看出，原设计桥墩墩台混凝土强度为C35，修补后强度＞C35，满足设计要求。采用化学灌浆修补砼裂缝是实际可行的，能够达到预期所要求的结构强度值，并且与既有砼面粘结良好，达到了一个整体的目的，后期工务人员检查时也没有发现有新的开裂情况，总体技术指标达到了铁路工务管理部门的需求，是一种铁路养护维修过程中可以借鉴实行的一种工程方法。
5 结论
包神铁路集团塔韩线铁路部分桥墩托盘冻胀裂缝处理实践表明，本文处理措施适用于桥梁托盘开裂工程情况，技术先进、操作方便，托盘冻胀裂缝修补后，加固效果比较良好，采用化学灌浆修补裂缝的方式有效的将结构内部组织结合为整体，采用粘结剂的粘结力将结构内部组织尽可能地结合为整体，两种方式有效的提高结构耐久性，最后表面处理得当，未有新增加类似病害情况的发生，该修补方案有着普遍的使用范围和良好的处理结果，具有一定的工程参考价值。
