铁路桥梁角钢支架人行道常见病害及应对措施

铁路桥梁角钢支架人行道常见病害及应对 措施

陈玉兵

神华包神铁路有限责任公司

摘要：混凝土T型梁π型组合结构是既有普速铁路桥梁中最为常见的组合形式，梁体预制时在边梁挡砟墙上预埋U型螺栓，梁体架设完成后将角钢支架通过预埋螺栓固定于梁体翼缘上，再在钢支架上铺设人行道步行板构成桥梁检养修通道及作业平台。受梁体建造、人行道支架制作安装、列车荷载作用、环境因素、日常养护维修不及时不到位等多方面影响，人行道支架锈蚀，预埋螺栓根部磨耗，步行板混凝土劣损、表皮剥落、钢筋裸露等病害出现，并随着时间的推移日趋严重，造成人行道体系安全系数降低或失效，容易发生坠落等安全事件。

^关键词：铁路桥梁；人行道；支架病害；应对措施

铁路桥梁人行道主要为满足桥梁日常检查及养护维修需要并确保作业安全而设，因此其本身的安全性非常重要。我国2000年以前建造的铁路桥梁，上部多采用π型组合结构形式，人行道钢支架通过预埋在挡砟墙上的U型螺栓固定于梁体翼缘上。桥梁角钢支架锈蚀、预埋U型螺栓锈蚀磨耗、人行道步行板破损露筋等问题如若处理不及时不恰当，不仅会增加日后养护维修难度而且具有很大的安全隐患。

一、人行道体系病害的成因及影响

综合考虑既有桥梁人行道板设计、施工及维护管理等方面的原因，对连接件、钢构件及人行道板出现病害的原因及影响分析如下：

1、支架体系薄弱

一是支架体系设计相对薄弱，支架间距、人行道宽度过大（一般支架间距为1.5m，人行道宽度为1.05m~1.65m之间），随着铁路列车运营速度的不断提升，轴重的不大增大，列车对梁体的附加荷载也随之增大，桥梁人行道悬于梁体翼缘外侧，进而使人行道对梁体的横桥向扭转作用和振动幅度跟着增大，原有的支架与梁体连接就显得有些薄弱，每个支架承担的负荷过大。特别是一些曲线半径较小的桥梁，人行道宽度过大对支架的作用相当明显，在一些年限较长的桥梁上，人行道支架和螺栓疲劳变形使人行道支架出现外倾现象。二是桥台部位的人行道支架施工遗留问题较多。存在加工支架构件焊接质量差、安装间距过大、预埋螺栓直径偏小等问题；三是部分角钢支架弯折处随意切割、现场焊接质量较差、预埋螺栓外露长度过短、预埋螺栓不合格等。

2、钢构件锈蚀

钢构件的防腐处理是决定其使用寿命的关键，人行道支架体系钢材腐蚀问题主要体现在：①存在涂装除锈不彻底，涂装层数、涂层厚度不达标；②人行道板直接铺设在支架上，造成支架横梁顶面易积水、潮湿而导致涂装失效；③人行道板压覆的支架区域、横梁双支间的构件表面、竖向角钢与挡砟墙间的表面等位置难以正常涂装维护。钢构件锈蚀就会削弱支架体系强度、缩短其使用寿命，增加维护成本。

3、U型螺栓磨耗锈蚀

一是预埋螺栓与支架组成的人行道在列车等动荷载作用下往复振动，预埋螺栓承受弯矩、剪力作用等，长期以往发生疲劳变形，逐渐下弯形成人行道外坡；二是长期振动作用下也会造成螺栓与支架连接松动，从而产生相对滑动，相互间形成摩擦作用，使螺栓根部不断磨耗，导致螺栓断面变小，承载能力下降。三是处于竖向角钢和挡渣墙间的预埋螺栓根部为受力集中区，病害难以发现、日常难以维护，螺栓伤损后又无法更换。四是预埋螺栓及螺母防锈措施不到位，导致螺栓螺母锈蚀无法正常打开。

4、步行板劣化

步行板劣化主要表现在混凝土碱化掉块、钢筋锈蚀等，其主要原因包括：一是步行板厚度较小，且多为双层钢筋布置，钢筋保护层厚度不足，钢筋易锈蚀，钢筋锈蚀膨胀使包裹混凝土加速开裂，形成恶性循环；二是混凝土强度低级较低、耐久性较差，受列车振动、冬季雪天冻融循环作用等影响，表面极易劣化脱落；三是步行板下方受拉易开裂，裂缝等早期病害难以发现，致使养护跟不上。

5、步行板尺寸过大

步行板尺寸过大主要是指宽度过大，主要有三方面影响。一是步行板尺寸大质量就大，搬运、更换、维修时比较费力；二是人员通过时如若步行板断裂极易造成人员高空坠落。三是从维修成本上大尺寸也更高，例如步行板开裂一般不会影响到相邻步行板，这样更换一块小板相比更换一块大板来说更省钱、省力、安全。

6、其他问题

铁路桥梁人行道体系除上述问题外，还存在挡砟板顶靠支架、桥梁伸缩缝处未有效断开、预埋螺栓外露长度不足、日常养护维修堆载过大等问题。挡砟板顶靠支架主要集中在建造较早的桥梁上，受桥梁宽度限制，道床两侧无法正常放坡，挡砟板处道床厚度较大，受道砟作用力也较大，在列车振动作业下挡砟板容易发生外移，顶靠在人行道支架上，给支架很大的水平推力，使人行道体系承受较大额外负荷；桥梁伸缩缝处未有效断开多属施工遗留问题，桥梁人行道体系在安装时没有随同桥梁伸缩缝设置断开，致使人行道体系不能与桥梁一致伸缩，伸缩缝处的支架体系受到较大的横向力作用，支架被挤压变形，预埋螺栓容易被剪断。预埋螺栓外露长度不足会影响到螺帽紧固长度；堆载过大主要是线路维修养护时集中堆放轨枕、钢轨等大物件，易造成人行道坍塌。

二、人行道体系病害缺陷治理措施

1、加强日常检查及养护维修

人行道体系的养护维修是确保支架体系状态的关键。首先要根据人行道支架工作环境、受力情况等知道日常的检查重点，一般桥梁两端桥台的人行道支架问题比较突出，检查时应作为重点。二是预埋螺栓外露根部病害不易检查发现，要根据设备使用年限和病害情况，不定期掀开步行板，松开螺栓和支架进行抽查，了解螺栓锈蚀、磨损情况；三是人行道步行板下方受拉，病害多从下方向上方发展，一些高大桥梁的步行板病害检查较困难，病害发展较快，可利用自带蓝牙的高清摄像头制作成便携式的检查仪，及早发现问题。四是日常维修养护要注重质量，支架防腐要严格按照《铁路桥隧建筑物修理规则》标准要求进行防腐涂装。目前普遍存在的问题是步行板覆盖区、竖向角钢背靠挡渣墙一侧锈蚀问题不易解决，螺栓根部涂油困难，这些事维修养护的关键点，但往往成了养护维修的薄弱点。各养护单位应根据实际情况，有针对性的进行处理，避免小问题演变成大隐患。五是步行板出现表面裂纹、碱化等问题时要及时对裂缝进行修补，采用喷涂法对碱化部位进行处理，延缓病害发展，延长步行板使用寿命。

2、补强支撑体系

既有人行道支架纵向间距一般为 1.5m，为分摊人行道荷载、减小既有螺栓承受的冲击作用，可在两人行道支架中间再增设一个支架，使支架纵向间距变为0.75m。也可在原有支架就近植入预埋件，增设钢支架，与原有支架焊接在一起共同受力（如图1）。这样均衡了列车通过时各种应力叠加的不利影响，使原有螺栓承担的列车冲击作用减半，延长了锚固螺栓的使用寿命。但需注意：①新植入的螺栓、锚固剂等质量性能必须满足设计标准，植入锚栓时翼缘板内侧采用不低于C50环氧砂浆灌实，外部采用LEAC-21丙烯酸聚合物水泥（柔性）防水防腐材料塞缝防水；螺栓外露部分采用红单油一度+灰铅油两度防腐，减缓螺栓锈蚀②新增支架的横向角钢面应与原有支架的横向角钢面在同一面内，确保新旧支架共同受力；③梁体钻孔前必须先探明梁体钢筋位置，若遇钢筋干扰可适当挪动钻孔位置，不得打断原梁体钢筋。④植筋时钻孔孔径、锚固质量等必须满足要求。

图1 支架加固示意图

3、更换轻质耐用小尺寸步行板

（1）更换为轻质橡胶人行道板

橡胶步行板经过多年现场试用，由于其良好的使用效果，目前已在全国很多铁路桥梁上推广使用。橡胶步行板内部由方钢包裹螺纹钢形成受力骨架，天然橡胶替代混凝土包裹受力骨架而成的新型轻质步行板。一是由于橡胶本身密度小，同等尺寸的橡胶人行板约为混凝土板重量的一半不到，这样就大大减轻了人行道支架承受的永久荷载，降低了列车荷载对人行道体系的振动影响；步行板轻型化更便于搬运、安装，拆卸，大大减轻了劳动强度，降低了维修养护的工作量；橡胶步行板还有弹性好，耐磨损，抗腐蚀，不易变形等优点，使其使用寿命更长（一般约10~15年）。二是在橡胶步行板中埋置小方钢+螺纹钢组合形式（小方钢内穿螺纹钢），增强了步行板刚度和强度，减小了荷载作用下的挠度变形。三是安装时采用自锁螺丝与人行道支架角钢支撑连接，增强了步行板与支架的整体性，使步行板更加稳定牢靠，不易滑落，使人行道体系抗振动影响能力更强。四是橡胶步行板表面有多种凹凸花纹设置可供选择，铺装美观，防滑效果良好。

（2）更换小尺寸步行板

大尺寸步行板重量大，维养更换时起、落较困难，人员通行时断裂易造成人员坠落。因此建议在步行板后续养护维修过程中逐步更换为小尺寸步行板，根据人体结构，建议宽度设置在20cm~30cm为宜，一是方便后续维修养护，二是可有效避免因断裂造成的人员坠落事件发生。

三、结束语

随着我国铁路高速发展时代的到来，建设标准的不断提高，原有的设计标准和养修模式不在符合铁路发展需要，高速度、大运量使既有铁路混凝土桥梁上的人行道病害增多，安全隐患日趋凸显，维修工作量不断增加，通过本文分析，建议铁路管养单位注意以下几点：

（1）老旧桥梁人行道U型螺栓受到列车往复振动的影响易出现疲劳，螺栓与支架结合部磨耗严重，尤其是开行重载列车的铁路桥梁这种影响会加剧，铁路管养部门应对人行道安全及养修问题高度重视，日常加强检查。

（2）人行道支架出现锈蚀应及时进行涂装修复，承载能力不足的可采用增设支架的方式予以加强；支架锚固螺栓应定期进行维护，不易维修的可采用植入带弯钩钢筋的方式进行补强；破损不严重的人行道板可进行快速喷浆修复，破损严重的要及时更换，条件允许建议更换橡胶等轻质步行板。

（3）曲线桥梁上的挡砟板顶靠人行道支架问题也应引起重视，应利用更换步行板、桥梁清筛等时机解决顶靠问题，减轻支架附加荷载。

（4）桥台上的人行道支架病害问题往往更多，桥台相比工厂化预制的桥梁，防水层、坡度、预埋螺栓等施做质量较差，易出现桥台积水碱化，导致预埋螺栓锈蚀严重，有效埋深降低。养护单位应加强对桥台人行道体系的日常检查及维修。

参考文献：

[1]铁路桥隧建筑物修理规则（铁总工电[2018]125号）[S].中国铁道出版社，2018.