宝哥哥艺涵
索结构在桥梁工程中的应用及基本防腐处理措施 摘要:研究目的:索结构在桥梁工程中得到了日益广泛的应用,其主要应用桥型范围是悬索桥、斜拉桥、拱桥、系杆拱桥等,索的构造也相应分为缆索、拉索及吊索等多种类型,根据桥梁索结构所处的环境条件,相应对其提出了很高的防腐性能要求。研究结论:索结构由于其优异的材料性能特点,在桥梁等多种工程中得到广泛应用,为保证长期安全使用,对索结构的防腐应采取综合工程措施。目前对构成索结构的材料采取的基本防腐处理措施主要为热浸镀锌和环氧喷涂处理。关键词:桥梁工程;索结构应用;腐蚀特点;防腐措施;热浸镀锌;环氧喷涂随着我国桥梁建造水平的提高,在对桥梁与运输服务的综合效益、与周边环境相协调的景观要求、与结构使用寿命相一致的耐久性设计等方面都提出了更高的要求,悬索、斜拉等桥型结构的应用日趋普遍,对索结构的防腐处理提出了新的要求与课题。1索结构在桥梁等工程中的应用特点索结构在桥梁工程中得到了日益广泛的应用,根据索的应用部位、结构受力及变形特点,主要包括缆索、拉索及吊索等多种类型,索的材料主要由钢丝束、钢绞线、钢丝绳等柔性构件构成,同时部分有类似功能要求的构件也可采用圆钢等(如小跨度吊桥的吊杆等),索结构在桥梁工程中的主要应用桥型结构范围是悬索桥、斜拉桥、拱桥、系杆拱桥等,其中包括悬索桥的主缆索和吊索、斜拉桥的斜拉索、拱桥及系杆拱桥的吊索、水平拉索(明索)等,对于一些桥梁结构的特殊处理(包括施工过程中的临时受力需要)及旧桥加固等有时需采用体外索的处理形式,也属索结构在桥梁工程中的应用范围。另外,也有一些诸如预应力锚索等也在包括桥梁等很多工程中得到日益广泛的应用,特别在水电、高挡墙路基、桥梁以及其它各种加固工程等应用十分广泛,对保证工程安全、有效控制工程投资发挥了重要作用,尽管有些严格从结构特点上判断不属于索结构,但从防腐处理考虑则很多具有类似的技术要求。对不稳定的岩(土)体采用预应力锚索体系进行整体加固已成为目前基本选择和常规做法,工艺上也具备愈加成熟的特点,在道路工程设计施工中也常常面临高路基工程,从满足受力要求、节省工程量、节约占地需求、降低工程投资、改善外观效果等方面考虑,自立互锚(或半自立锚固)混凝土挡土墙也应用较多,山区地形条件更是如此,桥梁工程中也有较多应用工程实例,以切实保证结构安全及设计合理,如在万州长江二桥的锚碇结构设计中,根据工程地质条件,为保证结构安全及有效控制工程量,锚碇前端采用了预应力岩锚体系。目前,从桥梁跨度、桥型构造特点、结构美观、施工条件等各种因素综合考虑,索结构在桥梁工程中的应用前景十分广泛,包括永久工程及临时工程等,尤其是钢索的柔性结构特点对施工可以带来很大便利,而随着材料科学的不断发展,用于索结构的主要材料钢丝、钢绞线、钢丝绳等材料强度不断发展、规格系列越发齐全、防护水平显著提高,同时设计计算分析水平及施工操作水平也迅猛提高,以上各种条件变化为索结构在桥梁工程中日益广泛的应用创造了良好条件。根据腐蚀条件及长期使用经验,对包括桥梁用各类索结构的防腐处理引起工程界愈加高度的重视,成为衡量桥梁工程设计施工质量、保证结构耐久性关键控制因素之一,结合有关防腐处理研究部门及相关生产厂家的共同努力,其防腐处理的工艺及技术水平也有了很大提高,除对索结构的基本材料钢丝、钢绞线等本身外表面必须进行必要的防腐处理,通常采用热镀锌或环氧涂层防护等处理措施,还需对成型后的缆索或索股等采用其它防护处理措施,为切实保证其有效防护使用年限要求、提高整个工程的使用性能条件提供良好保证。对由平行钢丝或钢绞线构成的各种拉索、吊索等构造,其成型规格尺寸通常不是很大,一般外表面采用热挤PE进行防护,应在工厂进行专业化施工,同时PE材料也具备较好的现场修补条件,热挤PE有单层或双层构造,外层有多种色彩选择,可以满足防护及景观效果等多方面要求;悬索桥主缆在成桥后需对其采取综合防护处理,有较高技术要求;对于由钢丝绳构成的索结构通常可采用涂装或油脂防护;此外,对索结构的锚固与其它构造的衔接处理也高度重视,采取了一系列工艺改进措施。2桥梁索结构应用中存在的主要问题由于索结构基本为体外构造,暴露于大气环境之中,处于十分不利的腐蚀环境条件,因此,用于桥梁工程时必须充分考虑其很高的防腐性能要求,不仅包括索的自身防腐处理,对其与相关构造的衔接处理也需予以高度重视,且在很多情况下成防腐薄弱环节及影响结构安全的控制因素,必须采取有效措施切实保证其耐蚀性要求,为确保结构整体安全创造有利条件。在以往国内外桥梁工程设计施工中,尽管针对索的防护重要性有一定认识,通常也都采取了相应的防护处理措施,但由于受当时防护处理技术水平、认识水平及重视程度不够的制约影响,因而由于对索的防护处理不力、影响工程正常使用及需要进行返工处理的工程实例很多,而进行相应事故的处理投资费用很高,且费工费时,对正常交通一般也会造成很大影响,个别严重的还会造成工程报废,所造成的影响及损失更大,从结构特点及以往工程实例特点分析,其中斜拉桥出现的问题更多一些,由此造成了很大的直接及间接损失,拱桥的吊索也很容易发生类似问题。针对悬索桥结构而言,对其主缆的防护历来十分重视,通常除对材料本身进行必要的防护处理外,对成型后的缆索外表面通常还会采取一系列其它防护处理措施(结构封闭及涂装处理),使之缆索处于相对封闭状态,同时主缆的受力特点也决定了其受力条件较为均匀,应力幅度变化相对不大,两端连接锚头基本采用工艺成熟的热铸锚工艺,材料性能匹配较好,通常不会出现腐蚀局部薄弱环节,基于以上特点,悬索桥由于主缆防护处理不利出现重大工程事故的不多,因而就主缆防护存在一定的重视不够或认识不足之处,在较长一段时间就此方面的技术发展进步相对不大,但并不表明其缆索的的防护处理就不存在技术问题。由于大跨度悬索桥对主缆索进行了封闭处理,进行相应检查较为困难,有些问题不能及时发现和暴露出来,但近年来美国、日本等国家对以往修建的大跨度悬索桥主缆索进行的相关检查(拆除外表面涂装及缠丝后)中发现,其主缆钢丝的锈蚀现象较为严重和普遍,主要原因是虽然对钢丝自身及缆索外表面进行了相关的防护处理,但外表面防护处理仍难以完全避免外部水汽浸入,防护涂层的龟裂及索鞍、索夹等防水薄弱环节的存在是主要原因,而水汽一旦浸入则很难顺利排出,由此形成主缆内部湿度很大,严重恶化了其腐蚀环境,造成钢丝锈蚀,因而近年来除该改进缠丝材料构造及工艺、采取进一步的封闭措施外,还考虑采用必要的除湿设备,当然工程投资会有所增加,但考虑长期使用目的仍是必要的。我国进行现代意义的大跨度悬索桥建设时间不长,各桥梁工程对主缆也尚未进行相关检查,有些可能出现的问题也尚未暴露出来,但借鉴国外经验,对主缆防护采取各种加强措施仍是十分必要的。国内外桥梁工程由于对索的防护处理不利造成较大影响及损失的主要工程实例有:德国汉堡的Kohl-brand Estruary桥,由于斜拉索腐蚀严重,建成的第三年就更换了全部的斜拉索,耗资达6 000万美元,是原来斜拉索造价的4倍;委内瑞拉的Maracibo桥,建于1958~1960年间,受当时技术水平制约,其斜拉索没有进行镀锌处理,采用一般的涂漆防护,经过不断的风雨侵蚀,斜拉索锚头处的锚箱罩盖率先损坏,进而使得斜拉索与上锚箱的接口处发生锈蚀,且相当一部分锈蚀十分严重, 1979年发生个别斜拉索断裂,因此决定对全桥斜拉索进行更换,全部进行镀锌处理,并采用了含有铅质的酚醛树脂糊膏进行表面防护,且换索后拉索根数增加一倍;我国广州海印大桥于1988年年底建成, 1995年起陆续发生索股断裂及松断事故,调查表明产生的主要原因是管道压浆工艺未能保证拉索顶部灌注饱满,造成拉索直接与空气接触进而发生锈断,为防止事故的进一步发生,被迫进行全桥换索工程,耗资大量资金及时间; 2001年11月7日,宜宾南门大桥(拱桥)倒塌,事故调查发现拉索已经发生严重生锈;此外,国内外还有许多斜拉桥建成后陆续进行了局部换索或其它处理。美国在1903年建世界上第一座现代化长跨度悬索桥W illiamsburg桥,受当时技术水平和造价制约,没有对钢丝进行镀锌处理而采用一般防护,建成后仅7年就发现钢丝锈蚀断裂, 1922年对缆索补缠镀锌钢丝,但1934年又发现主缆内有水从锚碇处流出,虽陆续采取了多种处理方案,但都没有能够阻止锈蚀发展, 1992年开始被迫进行为期3年的主缆维护工作,耗资7 300万美元。3索结构的腐蚀特点索结构在桥梁工程的应用环境特点基本处于高空之中,主要的腐蚀环境是大气环境腐蚀,在高纬度地区,对悬索桥主缆索通常还要考虑到积雪对缆索的影响。目前构成桥梁索结构的材料基本为高强度钢丝或钢绞线组成,另外钢丝绳在悬索桥吊索中也有较多应用,而钢绞线或钢丝绳也是由不同直径的钢丝在工厂再加工而成,因此高强度钢丝是桥梁工程中索结构的最基本材料,属冷拨碳素钢,包括强度等各项技术指标不断取得提高,目前在不进行镀锌处理等条件下其标准强度多为1 860MPa,而2 000MPa及以上标准是今后的发展方向,且多采用低松弛系列,能够更好地适应工程实际需要,同时,在对钢丝进行镀锌处理过程中,钢丝表面会有一定损伤,因此镀锌钢丝(或钢丝绳)的抗拉强度等有所降低,目前相关标准中通常采用1 600~1 700MPa。由于钢丝的含碳量较高,通常在0. 75% ~0. 85%之间,因此塑性条件相对较差,在没有进行防护的条件下其抗腐蚀性很差,造成钢丝自身腐蚀的主要原因包括应力腐蚀及疲劳腐蚀:应力腐蚀是材料在一定环境中由于外加或本身残余的应力,加之腐蚀的作用,导致金属的早期破裂现象,金属的应力腐蚀破裂主要是对应力腐蚀较为敏感的合金上发生,纯金属很少产生,合金的化学成分、金相组织、热处理对合金的应力腐蚀破裂有很大影响,处于较高应力状态情况下,包括材料内部各种残余应力、组织应力、焊接应力或工作应力在内,且基本为拉应力影响,可以引起应力腐蚀破裂,防止应力腐蚀破裂的主要方法是消除或减少其应力状况,并且通过改变介质的腐蚀性(添加缓蚀剂),选用耐应力腐蚀破裂的金属材料,从而避免相关腐蚀的出现;疲劳腐蚀是钢铁在交变应力作用和腐蚀介质的共同作用下产生的一种腐蚀现象,同时也是在桥梁工程的索结构中发生较为普遍、概率较大的腐蚀现象,减少疲劳腐蚀的主要方法是选择适应相关腐蚀环境的抗腐蚀的材料,同时对材料表面进行镀锌、涂漆等方法减轻疲劳腐蚀的作用。桥梁工程设计施工过程中,针对索结构的应用,从保证其使用安全考虑通常都留有相对较大的安全系数,不同的索结构及材料类型对相应的安全系数有具体要求,尽管如此,各种索结构通常仍是在较高的应力状态下工作的,虽然对于工作疲劳应当没有影响,但是在高应力状态下,腐蚀介质和应力的相互发生作用,如果不进行合理有效的防护处理,其腐蚀是非常容易发生的,腐蚀发生将会大大影响钢丝的受力性能,同时从桥梁工程的构造特点考虑,索结构与其它构造的衔接部位通常也是最易受腐蚀的薄弱的地方,同时悬索桥的主缆索在锚碇范围是通过散索鞍后散开在锚室内进行锚固,而锚碇为地下结构,无论采用何种锚碇构造,锚室内的空气湿度通常都很大,对包括缆索及各种连接构件的防腐都十分不利,目前,在锚碇洞室内通常还需设置排水及除湿设备,以改善洞室内的腐蚀环境条件。1967年12月,美国西弗吉尼亚州和俄亥俄州之间的俄亥俄大桥突然倒塌,事故调查的结果就是因为应力腐蚀和腐蚀疲劳产生的裂缝所致。4钢丝的热浸镀锌处理热浸镀锌工艺在桥梁工程中得到了广泛应用,尤其是在各类索结构的防腐处理中应用更是极为普遍,是目前对钢丝防腐处理的常规工艺方法,对钢丝进行热浸镀锌可以有效防止或减小索结构在制造、运输、架设以及使用过程中的锈蚀,结合其它合理的防腐处理措施,切实保障其耐蚀要求,进而为整个工程的安全长期使用提供良好条件。热浸镀锌工艺已有较长的发展历程,用于钢丝防护主要是随着现代悬索桥的建设而得到发展并逐步扩大其应用范围,美国是世纪上建造现代悬索桥最早的国家,在20世纪30年代就开始在悬索桥上使用主缆及吊索系统用镀锌钢丝,比如世界闻名的金门大桥,而一些没有使用镀锌钢丝的桥梁多因应力腐蚀或腐蚀疲劳而不得不后期进行换索加固。热浸镀锌即是把钢铁浸入温度达440~465℃或者更高温度的熔化锌中进行处理的过程,铁基体与熔锌反应,形成铁-锌合金层覆盖在整个工件表面,镀锌表面有一定的韧性,可耐很大的摩擦及冲击,同时与基体有着良好的结合,钢丝热浸镀锌的基本工艺流程为:除油→水洗→酸洗→水冲洗→熔剂处理→烘干→热镀锌→后处理→收线→成品。热浸镀锌的镀层厚度通常在50~250μm,对于钢丝要求其锌层重量控制在300g/m2以上,同时对附着力按有关要求进行严格的检查控制,镀锌质量保证主要的控制因素包括表面基材处理效果、助熔方式、镀锌时间、引出方式、引出后的处理(锌层均匀性及表面效果)等。5环氧树脂涂层处理5. 1基本材料特点及应用条件环氧树脂是由环氧氯丙烷和双酚基丙烷在碱作用下缩聚而成的高聚物,含有极性高而不易水解的脂肪基和醚键,涂膜的耐化学性好,其结构是刚性的苯环和柔性的烃链交替排列,物理机械性能良好,同时其固化时体积收缩率低,可避免由于内应力的产生影响附着力,由于环氧树脂属热固性树脂,其固化后形成的三维交联的主体结构会导致其很少有分子键滑动,因而使用中需增加其韧性指标,通常可采用胺类固化剂,有机多元胺在常温条件下能与环氧树脂交联固化,所形成的涂膜具有良好的附着力及硬度指标,同时具有耐脂肪烃溶剂性、耐稀酸(碱)性和耐盐水性,防腐性能十分理想。当需要防护处理的金属结构等处于较为特殊的使用环境条件(如埋于地下土层当中等),根据其腐蚀特点及对防腐材料的性能特点要求,可针对配方作进一步改进以满足相关的使用要求。由于煤焦沥青含有环烃结构,如酚或塞酚之类具有很好的抗腐蚀细菌功能,同时具有很好的水下不渗透性,因此,在环氧树脂防腐体系里加入煤焦沥青可使其具有一般环氧树脂所不具有的特性,可以有效提高涂层在土壤中的抗水渗透性及抗细菌腐蚀性能等,其涂料配方由环氧树脂、溶剂、固化剂、填料等组成。根据实际使用环境条件的不同,钢铁等金属材料的腐蚀过程及腐蚀类型较为复杂多样,主要为化学腐蚀及电化学腐蚀等,为保证其使用耐久性及结构安全,必须进行防腐处理,对涂膜的基本质量要求包括涂膜厚度的合理选择、附着力、耐皂化性能、化学耐久性、耐冲击性等。采用环氧树脂涂层防护处理对工艺设备的要求很高,其应用于桥梁等工程的防护处理在美国、日本等国家发展起步较早,国内近年来也发展很快,由于需进行专业化生产的特点,已有部分生产厂家引进了必要的技术和设备,通过消化吸收具备了相应的生产能力。目前在桥梁等工程上应用最多的是环氧喷涂钢绞线(简称SC钢绞线),由于工艺处理复杂,技术要求高,因而其造价相对较高,但由于其优良的防腐性能条件和技术优势使之具备广阔的发展应用前景,主要应用于斜拉索、吊索、桥梁体外索加固、岩(土)体加固及一些地下工程等对防腐性能要求很高的工程,也可用于常规工程,用于桥梁等工程后防腐年限大幅度提高,结构安全更有保障,同时可以有效避免或减少后期损失,如斜拉桥曾较多地发生断索等工程事故需要进行更换处理,其换索施工不仅对正常交通造成很大影响,而且所需费用十分昂贵,各种损失巨大。5. 2SC钢绞线主要技术特点随着高强度预应力钢绞线在包括桥梁等许多工程中日趋广泛的应用,特别是根据各类索结构的构造形式、应用环境特征、腐蚀特点,同时考虑在保证工程整体寿命及结构安全方面的重要作用,对其防腐效果及耐久性提出了越来越高的要求,防腐处理技术的相应发展是其关键,为从根本上有效解决钢绞线的防腐耐久性问题,环氧树脂涂层预应力钢绞线(英文名称 Strand,故简称SC钢绞线)技术得到了很快的发展及应用,从涂装操作特点考虑属粉末涂装法,常用的粉末涂装主要有流动浸渍法和静电喷涂法, SC钢绞线系采用高压静电喷涂法将环氧树脂粉末喷射于钢绞线各根钢丝上,然后加热熔融、固化、冷却,从而在组成钢绞线的各根钢丝外表面形成一层致密的环氧涂膜,为实现这一目标,喷涂前需将钢绞线各根钢丝暂时打散,喷涂后再将其复扭成型。以前对钢绞线的防腐处理通常采用镀锌钢绞线、外表面整体进行树脂填充及涂装环氧层、普通钢绞线外侧设热挤PE防护层等处理方法,而SC钢绞线则是对组成钢绞线的各根钢丝外表面都进行环氧涂膜处理,要求环氧涂膜层有良好的致密性及厚度均匀,因此称之为全涂装钢绞线。SC钢绞线系与其它防腐处理类型的钢绞线的主要区别是由于所用的防腐材料与工艺上的不同,从而造成其防腐效果及钢绞线机械性能方面的较大差异,一般钢丝或钢绞线经镀锌处理后,由于镀锌过程对钢丝表面不可避免地产生一定损伤,因而机械性能均有所下降,体现在设计中的影响主要是强度指标需要降低,另外,镀锌钢绞线表面锌层被刮伤后,刮伤处会产生阴极电化学反应,从而加快腐蚀的发生,其它防腐处理方式也存在一定的薄弱之处,包括防腐效果、物理特性变化、锚具要求、与混凝土的附着效果、对施工操作的影响等方面, SC钢绞线主要技术特点如下:对构成钢绞线的各根钢丝都进行了充分的表面材质调整,各根钢丝一边旋转一边进行涂装处理,与其它涂装法比较,其膜层厚度较薄(平均120 ~180μm)且均匀,同时致密性好,耐磨性强,可靠性高,具有良好的耐离子渗透、耐化学品、耐电压、耐紫外线辐射、耐疲劳性能等基本特点,综合防腐效果十分理想,应用前景广阔。与涂装前的普通钢绞线相比, SC钢绞线的强度及柔软性没有降低,同时,由于涂装处理时的温度不高,不会出现镀锌处理造成的强度损失较大的特点,其强度指标与不涂装钢绞线基本没有区别,松弛率也可保证,十分有利于设计施工控制。普通钢绞线即使出厂不久,局部仍易产生锈蚀或浮锈,而在存放时间较长、保护措施不利条件下或由于施工养护等方面的原因,极易发生较为严重的腐蚀现象,甚至导致报废,而SC钢绞线在制造时需在打散情况下对各钢丝进行表面防腐处理,成型后不会出现防腐蚀薄弱部位,不会发生锈蚀现象,合理的操作可充分保证其涂膜质量。涂装处理后的SC钢绞线较原基材外径变化很小,目前所用的常规锚具、夹片仍可适用,无需另行采用专用锚具,有利于方便施工、合理控制投资。由于膜层厚度相对较薄, SC钢绞线的涂装材料用量较少,有条件作到价格更为合理,现场施工通常不会另行增加费用,目前主要在于出厂价格相对较高,其主要原因在于对设备、技术及操作工艺要求很高等方面因素,同时国内能够生产的厂家也有限,随着普及率的不断提高及各方面条件的不断改善,其价格也会相应降低。6结论(1)索结构由于其优异的材料性能特点,在桥梁等多种工程中得到广泛应用,同时,随着设计施工技术及材料工艺不断发展,其应用范围日益扩大,在工程建设中发挥着极为重要的作用,特别在大型工程建设中具有难以替代的作用。(2)为保证制造质量及精度要求,降低现场工作量及难度,进行工厂化生产制造是主要应用发展方向,应根据工程特点进行合理选择,包括合理的锚固连接构造。(3)根据材料自身及使用环境特点,为保证工程长期安全使用,避免或减少各种损失,对索结构的防腐必须高度重视,采取相应工程处理措施。(4)对索结构的防腐应采取综合工程措施,随着技术进步及认识程度的不断提高,在此方面已取得很大发展。除对索体材料自身进行必要的镀锌、环氧喷涂等措施外,对成型后的索体结构进行热挤PE及其它防护处理措施,可取得良好防腐效果。参考文献:[1]中华人民共和国交通部.公路悬索桥设计规范(报批稿)[S].[2]JTJ 027—96,公路斜拉桥设计规范(试行)[S].[3]GB/T 21073—2007,环氧涂层七丝预应力钢绞线[S].[4]唐清华,郑史雄.斜拉桥与悬索桥的防腐[ J].四川建筑, 2005(1): 125-126.
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应对山体滑坡的山区公路施工措施论文
摘要: 滑坡对工程建设的危害很大,常使交通中断,影响公路的正常运输,本文结合实际,重点阐述了应对山体滑坡的山区公路施工措施。
关键词: 滑坡;公路;措施
1 滑坡概述
斜坡上的部分岩体和土体在自然或人为因素的影响下沿某个滑动面发生剪切破坏向下运动的现象称为滑坡。滑动面可以是受剪应力最大的贯通性剪切破坏面或带,也可以是岩体中已有的软弱结构面。规模大的滑坡一般是缓慢的、长期的往下滑动,有些滑坡滑动速度也很快,其过程分为蠕动变形和滑动破坏阶段,但也有一些滑坡表现为急剧的滑动,下滑速度从每秒几米到几十米不等。滑坡多发生在山地的山坡、丘陵地区的斜坡、岸边、路堤或基坑等地带。滑坡对工程建设的危害很大,轻则影响施工,重则破坏建筑;由于滑坡,常使交通中断,影响公路的正常运输;大规模的滑坡,可以堵塞河道,摧毁公路,破坏厂矿,掩埋村庄,对山区建设和交通设施危害很大。
滑坡分类的目的在于对发生滑坡作用的地质环境和形态特征以及形成滑坡的各种因素进行概括,以便反映出各类滑坡的工程地质特征及其发生发展的规律,从而有效地预测和预防滑坡的发生,或在滑坡发生之后有效的进行治理。根据不同的原则和指标,各国学者和工程部门对滑坡提出了各种分类方案。对于一个滑坡,从不同的角度可以有不同的分类,但实践中,我们应该抓住问题的主要矛盾,根据突出因素对滑坡进行分类,分类的原则就是看对我们认识、防治和处理此滑坡是否有帮助。
2 滑坡机理分析
在地质构造上,坡体表层为全、强风化岩层,岩性较软弱,岩石破碎,节理裂隙发育;
路堑边坡开挖后,造成坡体岩层层面临空,使坡体上的岩土体失去平衡;
路堑的开挖和削坡,破坏了坡体原有的平衡,同时坡体的卸荷,造成坡体节理裂隙张开,为坡体上水的入渗提供了通道,而灌溉水沟的存在又为坡体滑动提供了水源;
下渗的水软化强风化板岩和其中的泥质,为滑坡的最终形成提供了有利条件。
3 滑动面参数取值
根据对该滑坡勘察所取得的地质资料及目前滑坡的滑动状态,采用反演分析方法,选取典型的横断面反算滑面的力学参数,并将此反演值作为滑坡处理设计时的参数值。地下水是诱发滑坡的因素之一,在滑坡稳定性分析中,均考虑了地下水的场应力。
4 某山区公路应对滑坡的设计方案
按照“安全、环保、舒适、美观”的原则,在满足安全和规范要求的前提下,考虑施工技术的可行性和经济上的合理性,同时根据场地地形、工程地质条件及本合同段现场实际情况,对滑坡体进行处理。
在某山区公路施工中,由于滑坡推力较大,故在2#滑坡西块滑体的上级滑坡布设一排预应力锚索抗滑桩,以抵抗滑坡的下滑力作用,桩中心距左线线路中线约18m。由于锚索孔与桥墩存在交叉,部分抗滑桩因锚索与桥墩无法避开而改为普通抗滑桩。共设抗滑桩15根,其中锚索抗滑桩12根,普通抗滑桩3根。
主要施工流程
先施工抗滑桩,滑坡稳定后施工桥梁墩台。
锚索抗滑桩施工顺序为:测放桩位→清理并稳固桩孔附近坡面→施工抗滑桩锁口→开挖→节桩孔→绑扎护壁钢筋→支模→浇注护壁砼→开挖下一节桩孔→重复上面四道工序直到设计标高→封底→绑扎桩身钢筋→浇灌桩身砼至距桩头2m处,预留锚索孔位→浇注剩余砼。锚索孔钻孔→下钢绞线→注浆→张拉→锁定。
锚索与桩身工程可分别进行,先后顺序可根据实际情况确定,但应注意相互的配合与衔接。
抗滑桩施工
测量放桩
抗滑桩要按桩排方向及控制桩身的里程、坐标位置准确放线定位。
普通地质情况桩身开挖
a.抗滑桩施工前应先将桩位附近边坡或表层易滑塌部分清除,并做好桩位附近地表水的拦截工作。
b.抗滑桩跳桩分节开挖,做好锁口盘和每节护壁。每节开挖深度不超过1m,开挖一节,做好该节护壁,当护壁砼具有一定强度后方可开挖下一节,护壁各节纵向钢筋必须焊接,禁止简单绑扎。
c.浇筑护壁砼时,必须保证护壁不侵入桩截面净空以内。桩坑开挖过程中应随时校准其垂直度和净空尺寸。 特殊地质情况桩身开挖
2#滑坡西块滑体6#~15#地质为褐黄、褐灰、褐黑色亚黏土,顶部松散。滑坡地段地表水、地下水丰富,桩身开挖过程中渗水量大,土质流动性大,呈流塑状,桩身护壁四周坍塌严重,成孔困难。护壁后侧的部位空洞严重,已完成的护壁承受土压力极大,导致护壁变形、开裂,给工程施工安全带来极大隐患。
特殊地质抗滑桩护壁施工处治方案:
(1)已完成的护壁,由于变形、开裂严重,用φ108*6钢管做横撑做临时支撑,控制护壁变形。
(2)在已完成的护壁上开孔,由孔口处向护壁后空洞部分填充C25砼,直至护壁后空洞完全密实为止。护壁开孔由上往下,尺寸为30×30cm方孔,按2m间距梅花型布设,并在开孔处适当加设φ25Ⅱ级钢筋,使护壁、填充砼、桩周土体形成一体。
(3)护壁砼厚度由原设计的`20cm调整至40cm,护壁钢筋由原单层钢筋网调整为双层钢筋网。抗滑桩每节护壁长度控制60cm。
(4)为保证抗滑桩顺利施工,在滑动面地段布置超前小导管,超前小导采用L=2mφ42*4花管,间距为50×50cm梅花型布置,外插角30度,小导管超前有效长度为,可以分二个至三个循环进行开挖。小导管采用双液注浆机注双液浆,双液浆配合比为C:S=1:水灰比为,注浆压力为。小导管不仅固结已开挖段护壁四周背后松散体,还起到超前支护的作用。
(5)护壁开挖严重无法进行,下步开挖时,回填透水性材料碎石土至开裂处进行二次开挖。
抗滑桩锚索施工
a.锚索孔位测放应准确,偏差不得超过±3口,倾角允许误差小于锚索长度的3%;考虑沉碴的影响,为确保锚索深度,实际钻孔深度再大于设计深度。
b.锚索钻孔时禁止开水钻进,以确保锚索深度施工不致于恶化滑坡工程地质条件。2#滑坡锚索施工时,锚索孔眼时常发生塌孔,不能正常施工。处治方法为注双液浆固结松散体,钻机二次钻孔。
c.锚索张拉分五级进行,每级荷载分别设计拉力的、、、、倍,最后一级需要稳定10~20分钟外,其余每级需要稳定5分钟,分别记录每一级钢绞线的伸长量。在每一级稳定时间内必须测读锚头位移三次。锚索张拉除考虑预张拉外还要交替分级张拉,交替张拉可保证各孔锚索受力均匀,张拉后若有明显的预应力损失,及时进行补张拉。
d.张拉到最后一级荷载且变形稳定后,卸荷至锁定锚索。锚索锁定后,按要求切除多余钢绞线,锚头及锚孔在桩身的锚孔部位补浆完成后,用C25砼及时封闭锚头。
5 结论
以上对滑坡的形态特征、影响边坡稳定性因素及滑坡形成条件、滑坡的防治措施做了简单的介绍。天然的或人工开挖形成的边坡到处可见,由于各种原因导致边坡失稳,引起各种规模的滑坡时有发生,给人们的生产生活带了巨大的灾难。因此,作为土木工程技术人员,我们有责任和义务去研究和治理滑坡,从而减少滑坡的发生和降低因滑坡造成的损失。相信通过我们研究的不断深入,滑坡现象将在一定程度上得到控制,我们的公路建设也会更加安全。
参考文献
[1]隆威,郝宇.关于某高速公路滑坡原因及处治措施分析.
[2]施凤彬.浅谈滑坡群抗滑桩施工技术.
[3]肖庆丰,孙连军,王火明.浅谈滑坡成因及防治措施[J].中国水运(学术版),2006,9.
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混凝土现浇楼板裂缝的成因与控制研究重力式悬臂式扶壁式挡土墙结构优化设计与选型温度变化对钢梁受力性能的影响现浇空心楼盖等代刚度和破坏形式的实验研究有限元法在连续组合梁桥负弯矩区处理中的应用钢绞线聚合物砂浆加固钢筋混凝土梁受弯性能研究侧向冲击作用下钢筋混凝土柱动力响应的有限元分析20层木质框架支撑核心筒结构模型的时程分析法新型建筑模板的开发与应用浅析“定性结构力学”在土木工程结构项目中应用
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浅谈铁路工程技术研究论文
铁路工程技术论文范文一:浅谈铁路工程技术与发展
摘要:铁路工程技术,主要表现为施工技术,施工技术管理包括技术基础工作、施工过程技术管理工作、技术开发与技术总结四大部分。本文以铁路的工程技术、材料及铁路的发展做出的探讨。
关键词:工程技术工程标准 高铁发展
中图分类号: 文献标识码:A文章编号:
1.铁路工程技术标准的确定
因为铁路科学技术在不断地发展,铁路工程技术标准也在逐步更新。铁路工程技术标准主要有以下几点:⑴轨距:铁路轨道两股钢轨头部内侧之间的最短距离。铁路工程技术标准规定:标准轨距为1435毫米。轨距大于或小于标准轨距的分别称为宽轨距和窄轨距。⑵坡度:铁路区段内在规定的行车速度下对机车牵引重量起限制作用的坡度,即一个一定类型的机车,牵引一定重量的列车在上坡道上能够以“计算速度”运行的最大坡度,称为该线的限制坡度。⑶曲线半径:铁路平面的中心线,由直线和曲线(圆曲线及缓和曲线)组成。曲线设置在两相邻直线间。列车以一定速度通过曲线时,为了列车的安全,曲线最大外轨超高和未被平衡的离心加速度应受限制。当列车以求得的“平衡速度”通过曲线时,能够保证列车安全、稳定的圆曲线半径的最低限值,称为铁路的最小曲线半径。⑷限界:为了保证机车车辆的安全运行和铁路建筑物不受损害,需要规定几种横断面的轮廓尺寸,以约束机车车辆的构造外型尺寸和建筑物设备的位置,这种规定称为铁路限界。⑸到发线有效长:到发线是站线的一种,是供列车到达或出发使用的线路。到发线供列车停留而又不妨碍邻线行车或调车的长度,称为到发线有效长。一条铁路线路的到发线有效长应根据这条铁路的等级、输送能力和所处的地形,并考虑与相邻区段到发线有效长的配合等因素决定。⑹洪水频率:根据数理统计原理,推算一定大小的洪水在任何一年会发生的概率,常以分数 1/T来表示。⑺标准活载:在铁路桥梁和线路建筑物设计中,要考虑各种可能产生的外力作用,其中主要外力之一就是列车的活载。但是铁路上使用的机车车辆类型繁杂,车列组合形式也不尽相同,因此需要制定一种有代表性的车列组合,作为设计的依据,这种特定车列组合所形成的活载,就称为标准活载。
2.桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计标准
为统一铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计标准,贯彻国家有关法规和铁路技术政策,使设计符合安全适用、技术先进、经济合理,以下的要求: 材 料:⑴混 凝 土――混凝土强度等级可采用C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、 C60。钢筋混凝土构件当采用HRB335级钢筋时,桥跨结构混凝土强度等级不宜低于C30。其它结构混凝土强度等级不宜低于C20。预应力混凝土主要承重结构的混凝土强度等级不宜低于C40。管道压浆用水泥浆强度等级不宜低于M35,并掺入阻锈剂。混凝土的骨料选择及碱含量应符合《铁路混凝土工程预防碱―骨料反应技术条件》(TB/T3054)的规定。混凝土中的氯离子含量不得大于,在有腐蚀性环境下的桥涵结构应采取耐腐蚀措施。 ⑵钢筋 ――铁路桥涵混凝土结构可采用下列类型的普通钢筋和预应力钢筋:①普通钢筋宜采用Q235和HRB335钢筋,其技术条件应符合现行国家标准《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》(GB13013)和《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》 (GB1499)的规定。承受疲劳荷载的桥涵结构(≤), HRB335钢筋的化学成分6MnC+应小于或等于。 ②预应力钢丝应符合现行国家标准《预应力混凝土用钢丝》 (GB5223) 的规定。③预应力钢绞线应符合现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》 (GB5224)的规定。④预应力粗钢筋可采用预应力混凝土用高强度精轧螺纹钢筋。 注:⑴普通钢筋系指用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋。⑵严禁使用经高压穿水处理过的HRB335级钢筋。
3.中国高速铁路关键技术
⑴接口设计:高速铁路技术是轨道,桥梁,路基,通信,信号,电力,牵引,供电,环保等专业技术高度集成的创新性工程体系。系统中各专业的技术创新, 都将对桥梁技术的发展起到促进作用。在高速铁路的大系统中统筹考虑桥梁技术发展,综合考虑专业之间的接口以及设计、 施工、 运营、 养护维修技术。
⑵运营养护:随着高速铁路陆续建成, 在提高建设质量的前提下,特别急需系统完善运营及养护维修技术,进而形成我国高速铁路桥梁运营养护维修的技术与管理体系。
⑶高速铁路应用技术:随着材料和加工技术的进步, 目前我国桥梁支座已经形成了多种材料系列化定型产品,同时也形成了系列化设计、 加工、 安装、 养护维修方面的技术规程。为满足高速铁路桥梁更高的刚度需求、 适应某些区域沉降地区特点、 预留建成后沉降的调整条件,我国已研发了满足调高需求的可调高盆式橡胶支座。
⑷高性能混凝土材料应用技术:结合我国环境特点和材料、 工艺、 装备水平, 高速铁路工程多采用高性能混凝土材质。高性能混凝土是选用优质原材料, 掺加矿物细掺料和高效外加剂,采用现代技术制作的混凝土,具有低水胶比配制特点,能满足结构耐久性、 体积稳定性等要求。目前我国已初步掌握高性能混凝土工作机理、 材料控制标准、 工艺等主要技术,系统制定了设计、 施工、验收规范规程。
4.现代铁路发展动向综述
从一开始起铁路优于其他交通运输工具的地方是速度较快和每列列车装载较多。现代铁路又在高速及重载方面有新的发展。
⑴提高速度
法、意、联邦德国、英、苏、美等国铁路都用不同的方法致力于提高旅客列车速度。在技术上,采用传统轨道将旅客列车速度提高到250公里/时左右已成为可能。此外,德、日、法等国正在探索磁浮式铁路,试验时速已突破500公里。
⑵增加载重量
指的是:①增加货运车辆载重,在原有桥梁与轨道荷载潜力范围内提高车辆轴重与增加轴数,货车载重可达100吨。②增加列车中车辆数目,列车编组为100~150辆,最多达200辆,用机车5~8台分挂于列车各部,列车长为1800~4000米,列车货物载重1~2万吨。③发展循环专用列车或单元列车,即为一个特定用户专编车型一体化的直达列车,在两固定站(如矿区、港口等)之间循环运行。重载长大列车的运输成本在美国比普通货运列车约降低1/3~1/4,在货运量大的线路上有明显的经济效益。
⑶新的课题
现代铁路的发展给铁路工程提出了不少新问题,例如:客运和货运线路标准之间的巨大差别;加修第二线的最佳时间;站坪长度、坡度、曲线的优化设计;轨道结构的强度与稳定性等,都有待于深入研讨。
总结
新技术的发展是高速铁路发展的需要,如何处理技术参数标准和高速之间的统一和矛盾是今后铁路研究的重要课题。铁路建设工程管理是一项综合的管理过程,它涉及的专业知识面广,专业种类多,具体管理内容多,各方协调关系复杂,如何科学地把握好工程管理中各个环节,使之不出问题或出了问题后能妥善、尽快及时地解决,是铁路管理工作应着重考虑的地方。
参考文献:
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李萍.浅谈公路路基施工技术要点[J].青海交通科技,2007,5.
铁路工程技术论文范文二:铁路工程中轨道铺设施工技术
摘要:铁路工程在我国的交通业之中,具有十分重要的作用,直接推动着我国经济的发展,因此需要保证其质量,铁路工程之中,轨道铺设技术是其十分重要的组成部分,基于此,本文探讨了铁路工程之中轨道铺设相关技术。
关键词:铁路工程;轨道铺设
中图分类号:TU74文献标识码: A
引言
铁路轨道的施工对整个铁路建设工程来说具有重要意义,铁路轨道施工是一项非常系统的工程,需要事前严谨规划、合理设计。铁路轨道施工质量的好坏直接关系到铁路工程能不能正常投人运行。在文章中,笔者从正线铺设道床的施工工艺出发,系统探讨了铁路轨道施工的工艺。
1、道床预铺底碴
底碴是铁路道床的重要组成部分,位于道床道碴层和路基基床表层之间,起着传递、分散列车负荷的作用,并防止底碴和路基颗粒之间互相渗透,既防止了渗水过度,也起到了防冻保温的作用。使用的道碴应进行品种、外观的检验,质量必须符合现行《铁路碎石道床底碴》的规定。碴面平整度不得大于10 mm。道岔前后各30 m范围内应做好顺坡并碾压。
2、轨排拼装
轨排在铺架基地设单线往复式轨排生产线拼装,轻轨锚固及轨排拼装采用固定式锚固拼装作业线拼装,轻轨锚固采用反锚方法,利用熔锅熬制硫磺砂浆,拼装由散枕、翻一道枕、上锚固板、翻二道枕、灌浆锚固、翻三四道枕、匀枕、散扣件、布轨、预上扣件、扣件紧固、质量检查、吊轨排等工序组成。
3、机械架梁
施工前先做好施工调查,做好架梁准备,对填土质量、桥头地形、地貌情况、墩台施工质量等进行调查复核。了解梁片的技术标准、生产日期、直曲线梁标识、几何尺寸的验收,避免不合格桥梁的出现。架梁的主要工序包括:复测桥跨及墩台支撑垫石几个尺寸、桥梁准备、桥头路基加固、架桥机定位、桥梁换装、喂梁、吊梁、落梁、安装支座、焊接连接板、铺桥面轨、梁肋及支座锚栓孔灌注混凝土、桥梁接缝处理、封锚、桥面板等。
4、底碴摊铺作业的道碴摊铺设备
在底碴摊铺过程中,为了确保因路基基层床表层轨道作业不当而影响道碴的平顺性和均匀性,选用国内合资的Titan423型摊铺机铺设底层道碴,该道碴摊铺设备具有经济实用的特点,另外,在底碴摊铺工序中,也可以采用平地机和压力机等机械设备,通过人工配合作业的方式来设底碴摊铺,但是,这种人工配合作业的方式在施工过程中难以控制,难以保证摊铺质量。针对某铁路客运专线轨道工程施工,其主要采用Titan423型摊铺机改造后的设备来进行底碴摊铺施工,其主要通过改造摊铺机系统中的刮板输送带,即改变刮板输送带的节距,并加上一层橡胶垫板,提高刮板输送带的结构强度。
5、轨道铺设机组配置
由于国内外出现了各种各样、不同种类的铺轨机组,目前,轨道铺设施工主要有群枕法、单枕法等铺设方法,这就要求不同的铺设方法应采用不同的轨道铺设机组配置,而轨道铺设中使用最多的是单枕法,针对单枕法的机组配置,主要包括瑞士马蒂萨公司生产的TCM60行铺轨机组、美国HTT公司制造的NTC性铺轨机组和国内生产的PC500型铺轨机组,第一,对于TCM60型机组铺轨机组,其最高布整速度可以达到15根/min,(12h),由于履带走行器宽度与轨枕长度相同,并且钢轨与轨枕同车装运,不仅能保持道碴平整度,也能提高车辆利用率,缩短钢轨铺设时间,但是,由于布设的`轨枕容易倾斜,则容易造成轨枕倾翻;第二,对于PC500型铺设机组,其最高布整速度也可以达到15根/min,(12h),由于垂直布设轨枕,布枕准确,钢轨与轨枕同车装运,车辆利用率高,钢轨铺设时间段,能够是实现一次铺设长500m钢轨,该铺设机组性能好,价格低廉实惠。该铁路客运专线轨道工程施工主要采用TCM60型铺设机组设备进行轨道铺设。
6、补碴、MDZ机组作业中的机组配置
针对MDZ作业机组,其主要进行线路维护作业,采用MDZ作业机组配置进行线路维护作业,不仅可以提高轨道铺设质量,也可以提高轨道铺设的平顺性和密实度,针对某铁路客运专线轨道工程,其主要采用SPZ-200型双向道床配碴整形车、WD-320型动力车、08-32型自抄平起拨道捣固车等MDZ作业机组,其都是基于集机、电、液、气于一体化的大型线路机械,第一,SPZ-200型双向道床配碴整形车是一体化的自行式大型线路机械,主要对道床进行抛碴、清扫轨枕;第二,WD-320型动力车可以将道碴重新排列,其工作原理是通过激振装置产生的垂直静止压力,使道碴发生相应的变化,从而提高道碴的密实度和精度,进而提高线路作业效率;第三,08-32型自抄平起拨道捣固车,目前,已被升级为09-32型自抄平起拨道捣固车,其具有作业效率高、操作方便的特点,在补碴、MDZ作业中,该配套技术不仅可以进行起道、抄平等作业,也可以进行枕端道喳夯实作业,通过ALC自动导向技术来实现现场作业的实时监控,即控制主车的作业速度和降低车体冲击次数,从而提高作业的准确度。
7、钢轨的焊接
施工中使用u75v的热轨性能更好,并且价格合理,适合在地铁施工中推广。我国的钢轨焊接工艺分为气压焊、接触焊和铝热焊三种。气压焊运用电流通过电阻时产生的大量热量进行钢轨焊接,并经过一定的顶锻加工达到焊接所需的效果。接触焊的焊接效率相对更高,焊接的质量也更好,是目前世界范围内广泛使用的焊接方式。铝热焊的施工环境比较差,焊接后钢轨接头的质量没有保障,焊接后接缝处的极限强度只能达到母材的70%,所以一般地铁轨道施工焊接中不采用这种方式。但针对轨道交通中既有线钢管和续建部分钢管的焊接,使用铝热焊具有明显的优势。铝热焊的焊接工艺相对简单,比较适合流水性较强的作业。在进行铝热焊施工作业时,首先要对氧气瓶、加热的工作压力等进行严格控制,以此保障焊接的顺利实施和焊接的质量。
8、站线人工铺轨的施工工艺分析
、站线人工铺轨施工前的准备
站线人工施工前的准备主要包括三方面的内容,具体如下:第一,根据工程施工组织的计划以及工期的安排,精心组织轨料和轨枕的进场;施工所需要的施工设备应当由卡车运抵施工现场。第二,在铺轨之前,应当根据信号专业设计的标准进行信号的测定,从而合理确定绝缘接头所处的位置。第三,在铺轨之前,应当准备好施工的材料和施工的用具,检查施工机械和施工机具的性能是不是完好等
、施工工艺分析
人工铺设。从站线的一段岔尾部开始铺设,根据铁路信号绝缘接头的位置来确定非标轨的具体长度;使用单轨车把钢轨沿着正线均匀散布到位,然后用合乎工艺标准的抬轨钳用人工的方式抬人承轨槽,并与之进行连接
轨枕位置用白漆标杆在一侧钢轨内侧,而在曲线地段标于外股钢轨轨的内侧,而另外一侧则用方尺进行定位如果一侧钢轨扣件上的太紧,则需要进行相应的调整,然后再进行温度的计算轨道线路达到施工标准之后,应用机车进行压道处理,然后再进行沉落和整修道床,以便使道床的断面符合相关的设计要求;轨道的配件必须齐全,做到钢轨、坡脚线和渣肩线三线平行。
此外,在上渣整道过程当中,应该对轨道线路的方向、水平以及标高、接头错才、超高等进行仔细检查,发现问题应立即整改。
9、轨道床裂缝的修补
一般对影响轨道床整体强度、危及列车行车安全的裂缝需要提前停止地铁运营,封闭修补区域,掺入早强剂并用混凝土浇筑来修补裂缝,保证尽快恢复地铁运行。但这种方法对轨道运行的影响比较大,目前多运用“封口注胶”的方法来修补裂缝。首先对裂缝表面进行处理,去除混凝土表面的灰尘和杂物,然后将封口胶粘在裂缝的中心部位,注入胶体前先检查裂缝的状态,保持注入器和孔的间距为20一25厘米。之后将裂缝密封并让封口胶自然固化,为后续工作做准备。封口胶固化后注入灌注胶,等灌注胶固化后清理混凝土表面。
10、结语
铁路助推中国经济快速发展,同时随着中国经济社会的快速发展,铁路工程的建设规模和投资规模将会大幅度增加在铁路工程建设中,轨道的铺设是重中之重,在文章中,结合自身的实际经验,系统分析了铁路轨道施工的工艺,主要有铁路正线道床的铺设工艺、站线人工铺轨的施工工艺等。希望文章有助于提高铁路轨道施工工艺水平。
参考文献
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