鋼管混凝土系桿拱橋的養(yǎng)護

1、鋼管混凝土系桿拱橋的養(yǎng)護摘 要：近年來，我國陸續(xù)修建了數(shù)十座鋼管混凝土拱橋、系桿拱橋。這些橋梁 建成后如何進行規(guī)范化管理、 及時進行檢查與養(yǎng)護維修工作， 最大限度地延長橋 梁的使用壽命已成為我們必須面臨的新課題。 針對鋼管混凝土系桿拱橋的自身結 構特點，探討了鋼管混凝土系桿拱橋各關鍵部位的檢查與養(yǎng)護方法， 提出了易損 件的更換辦法，可為該類橋梁的日常管理與養(yǎng)護工作提供參考。關鍵詞：鋼管混凝土拱橋；系桿拱橋；橋梁養(yǎng)護 1 引言 系桿拱橋為一種梁拱組合體系橋，以其造型美觀、造價低廉備受人們喜愛，繼 1990 年我國建成第一座鋼管混凝土系桿拱橋 - 四川旺蒼東河橋以來， 國內已陸 續(xù)建成了數(shù)十座這類

2、橋梁。如：主跨 360 m的丫髻沙大橋、主跨288 m的奉節(jié)梅 溪河橋、主跨280 m的武漢晴川橋、主跨240 m的武漢江漢五橋等。據(jù)不完全統(tǒng) 計，我國目前已建或在建的主跨 200 m以上的大型鋼管混凝土系桿拱橋已將近 20 座。但這種體系橋最致命的弱點是其橫梁直接吊掛在吊桿上。 而吊桿多又采用預應力 鋼絞線，依靠鋼絞線的預應力來抵抗荷載作用。 一座橋中哪怕只有少數(shù)幾根鋼絞 線斷裂，甚至一根鋼絞線斷裂都會造成災難性的后果。 這類不少， 重慶小南門橋 即為典型事例。 1990年建成的重慶小南門橋（已倒塌），主跨 240米，建成時 為當時亞洲最大跨度的混凝土拱橋， 在中承式拱橋中居世界第一位。 其

3、吊桿采用 21根15mn鋼絞線，每根鋼絞線由75高強鋼絲組成，外套鋼套管。為考慮 換索方便，梁地面至人行道頂面灌硫磺粘結材料，中間灌水泥沙漿。兩端采用 XM錨具。由于當?shù)貫樗嵊甑貐^(qū)，大氣 PH值約在4.6-5.6之間，環(huán)境腐蝕使外套 管銹穿， 進而銹蝕到內部鋼絲。 腐蝕加劇了鋼絲的應力集中， 應力集中使鋼絲應 力超過設計值，導致鋼絲斷裂、橋梁倒塌。大型橋梁工程投資大， 社會經(jīng)濟影響大， 確保它們的安全運營是關系到國計民 生的大事。 橋梁建成后必須加強日常管理， 經(jīng)常進行檢查及養(yǎng)護維修方能實現(xiàn)其 設計壽命。如不注意檢查、養(yǎng)護或養(yǎng)護方法不當將會大大縮短橋梁的使用壽命， 甚至造成橋毀人亡的嚴重后果。

4、 在國外， 特別是英美等西方發(fā)達國家， 橋梁的養(yǎng) 護、健康檢測和修補加固在橋梁領域占主導地位， 他們投入了大量的人力物力對 橋梁的養(yǎng)護和健康檢測進行研究， 業(yè)已形成較完善的橋梁養(yǎng)護制度。 特別是大型 橋梁，由于其重要地位和復雜的結構受力形式， 根據(jù)環(huán)境條件和結構特點， 對每 座橋梁都建立了專門的技術檔案， 養(yǎng)護制度和健康檢測體系， 以科學的方法準確 把握橋梁的工作狀態(tài)， 對可能出現(xiàn)的隱患及時的預報和評估， 及早采取適當?shù)拇?施避免橋梁的嚴重損害，延長橋梁的使用壽命，以確保橋梁的安全運營。目前， 國內橋梁的養(yǎng)護十分薄弱， 大部分中、 小型橋梁基本上沒有進行養(yǎng)護， 即使對大 型橋梁，其養(yǎng)護也存在著

5、很大的盲目性， 缺少采用定期檢查和養(yǎng)護的制度， 更沒 有對橋梁的工作狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)控，一般僅當外觀發(fā)現(xiàn)嚴重的問題時才修修補補。 對于大型橋梁， 缺乏系統(tǒng)科學的保養(yǎng)制度將會顯著縮短橋梁的使用壽命， 甚至導 致重大安全事故的發(fā)生。隨著時間的推移，由于養(yǎng)護不當，又加上氣候的原因， 目前我國一些正在使用的橋梁已經(jīng)出現(xiàn)病害，給橋梁的安全運營帶來隱患。鋼管混凝土系桿拱橋， 作為一種新型橋梁， 國內目前尚未出臺關于該類橋梁完 整的設計規(guī)范， 更無成熟的使用和養(yǎng)護經(jīng)驗可供借鑒。 如何對這些已建橋梁進行 規(guī)范化管理、 及時進行檢查與養(yǎng)護維修工作， 最大限度地延長橋梁的使用壽命已 成為我們必須面臨的新課題。 因此，

6、有必要對鋼管混凝土系桿拱橋養(yǎng)護技術進行 研究，以便有計劃地改善此類橋梁結構的技術狀態(tài)， 確保橋梁的安全運營， 最大 限度地延長橋梁的使用壽命。受武漢市晴川橋建設指揮部委托， 我院曾編著了 武漢市晴川橋養(yǎng)護維修管理手 冊。該手冊針對系桿拱橋自身的結構特點介紹了系桿拱橋的日常管理與養(yǎng)護方 法，規(guī)定了橋梁行車日常管理要求； 規(guī)定了橋梁各構件的日常檢查方法、 養(yǎng)護維 修技術要求及檢修周期； 規(guī)定了橋梁定期檢測項目、 周期及有關要求； 規(guī)定了特 殊檢查的范圍與檢查方法； 推薦了橋梁技術狀況的評定標準， 提出了橋梁防腐周 期及易損件的更換要求。 下面以武漢晴川橋為例， 介紹鋼管混凝土系桿拱橋各關 鍵部件的

7、檢查和養(yǎng)護方法。2 鋼管混凝土系桿拱橋的構造特點 鋼管混凝土系桿拱橋的拱肋為鋼管混凝土結構， 管內灌注混凝土。 為避免拱腳部 位受到汽車意外撞擊， 在拱腳段多采用實心混凝土拱肋。 拱橋吊桿采用高強鍍鋅 平行鋼絲，冷鑄鐓頭錨具，熱擠 PE防護。吊桿上端固定于拱肋，下端固定于梁 底。為避免人為因素對吊桿的損壞， 吊桿下端應安裝有鋼護管， 管下安裝有減振 圈。系桿為此類橋的關鍵部件，采用鋼絞線體外索，由防銹油脂與熱擠PE雙層防護。兩端采用專用體外索錨具，有夾片放松裝置，外加防護罩，錨下有一段長1 200 mm180 mm的鋼管。系桿束是主橋的“生命”之索，除防撞護墻可防止 汽車翻入外，還沿系桿全長設

8、有 2層保護。第一層是鋼筋混凝土 n形保護板， 第二層是鋼箱。主橋縱、橫梁采用預應力混凝土結構。3鋼管混凝土系桿拱橋的經(jīng)常性檢查3.1 鋼管混凝土拱肋的檢查對鋼管混凝土拱肋 （含橫向聯(lián)結系） 應檢查涂層有無損壞或剝落， 拱肋及聯(lián)結系 的所有焊縫有無裂縫， 尤其應注意檢查拱座與拱肋交界的轉折區(qū)及系桿錨固區(qū)混 凝土有無裂縫、積水。如發(fā)現(xiàn)結構有裂縫，應對有損傷裂縫的桿件和螺栓、焊縫 等標上顏色， 經(jīng)常觀察其發(fā)展情況， 并對裂縫起迄位置、 縫寬等情況進行詳細記 錄。3.2 吊桿及錨具的檢查由于橋梁長期處于微震狀態(tài)， 必須對吊桿進行經(jīng)常檢查。 第一、二年內一般可每2 個月檢查 1 次，以后每半年檢查 1

9、 次。主要檢查內容如下： 檢查吊桿兩端的錨固部位， 包括吊桿端部及冷鑄錨頭、 橫梁錨固構造、 吊桿套管 等是否有浸水、銹蝕和開裂、松動等。防護套管油漆是否完好，冷鑄錨頭有無松 動、裂縫或破損。對吊桿的振動進行觀察。觀察吊桿振動是否明顯（特別是在大風時），減振措施 是否損壞失效， 防護套是否破壞； 當橋上發(fā)生 6 級以上大風后， 應檢查吊桿有無 異常。為了分析吊桿的振動，應記錄橋上風力、風速、風向和溫度、濕度資料， 并進行分析。檢查吊桿的防護層有無裂紋、 破損、老化和積水， 重點檢查吊桿端部出口處鋼管 護套以及鋼管護套與PE護套連接處的外觀情況。檢查吊桿的鋼管護套有無松動、 油漆脫落、銹蝕，套管

10、頂是否密封，連接處有無滲水、漏水等。若套管破裂，吊 桿可能會因雨水的滲入而受到腐蝕。根據(jù)外觀檢查情況，適時抽檢吊桿端部及減振器的防水情況和橡膠老化變質情況。3.3 系桿及防護板的檢查系桿及防護板應注意檢查系桿錨頭、 防護罩有無銹蝕， 外部油漆有無損壞， 連接 是否松動，防銹油脂有否向外滲漏，鋼箱有無銹蝕。3.4 混凝土結構的檢查 對混凝土結構（含主橋縱、橫梁，拱座處外包混凝土等）主要檢查混凝土 有無裂縫、滲水、表面風化、剝落、露筋和鋼筋銹蝕等。在日常檢查中尤以混凝 土結構物的滲水、 滲漏為最主要項目， 并判斷損壞情況。 應重點檢查吊桿錨頭附 近及橫梁預應力束錨頭附近有無裂縫，縱橫梁固結部分是否

11、開裂。4 定期檢查方法在橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng)中， 定期檢查是采集結構技術狀況動態(tài)數(shù)據(jù)的工作， 為評定 橋梁使用功能， 制定養(yǎng)護計劃提供基本數(shù)據(jù)。 定期檢查除目視觀察外， 需要采用 專用的測量儀器以及望遠鏡、 照相機、 探查工具等設備， 接近或進入各部件對鋼 管混凝土拱橋的主要部位和關鍵數(shù)據(jù)進行詳細檢查，檢查其功能及其缺損狀況。一般每隔12年進行1次。定期檢查可以由養(yǎng)橋單位自檢，也可委托具有一定 資質和豐富經(jīng)驗的專業(yè)單位進行。 在檢查后要形成報告， 對受檢部位和關鍵數(shù)據(jù) 要進行鑒定或作出評價。4.1 鋼管混凝土拱肋的檢查構件是否扭曲變形、局部損傷、腐蝕生銹； 鋼管混凝土拱肋及橫向聯(lián)結系的全部焊縫邊緣

12、（熱影響區(qū)）有無裂紋或脫開； 涂層有無裂紋、起皮、脫落，構件是否腐蝕生銹。在接養(yǎng)大橋以后要對裸露的鋼管混凝土作一次全面的探測。 以手錘敲擊四周， 依 次延及全拱， 以此方法來初測、 判斷管內混凝土是否填充密實或粘附良好。 如出 現(xiàn)異聲，就可能有空洞存在，或有其他病變。應報請?zhí)綔y處治。4.2 吊桿部分的檢查：吊桿檢查的重點是：吊桿與主拱肋及橫梁的錨固部位，即上下錨頭處、 吊桿出口密封處、 減振器等部位。 應注意檢查橫梁錨墊板下混凝土周圍是否有微 裂縫，吊桿的減振裝置是否良好，防護套是否破壞，鋼絲是否疲勞斷絲，吊桿下 錨端的防水滲透裝置是否良好，吊桿不銹鋼護套和纏包帶是否損壞。4.3 系桿的檢查系

13、桿應注意檢查錨頭防護套外部涂層有無損壞， 連接是否松動， 防護油脂有否向 外滲漏，錨頭、防護套是否破壞，鋼絲是否疲勞斷絲。應定期檢查系桿預應力束 的應力，如發(fā)現(xiàn)應力損失超過設計容許值或各束松緊不均勻，應予補拉或調整。 5橋梁檢測5.1 檢測內容為了利于分析橋梁可能發(fā)生的病害原因， 須對結構進行永久性控制檢測。 針對鋼 管混凝土拱橋結構復雜的特點和養(yǎng)護要求， 應定期測定橋面線形、 縱向位移伸縮 量；定期測量拱肋在縱向，橫向及垂直方向的變位以及拱橋跨度與矢度的變化； 定期測量控制斷面應力、 系桿預應力束及吊桿索力； 定期測定其動力特性； 定期 檢測主拱肋、墩臺有無異常的沉降、位移。為此，成橋后應在

14、每墩（臺）處，主 拱各吊桿處（上、下游）、拱座處設置固定觀測點。橋梁的固定檢測點的設置要 牢固可靠，應按永久性測量標志設定。當觀測值出現(xiàn)異常時，應查明原因，委托 設計部門計算，采取措施進行處理。5.2 檢測基準為確保各檢測項目所獲得的信息正確可靠必須建立橋梁檢測基準，其中包括高程基準及平面位移檢測基準。這些高程基準點和平面基準點均應定期進行檢 測。在對不同周期觀測資料進行分析的基礎上， 判定它們的穩(wěn)定性，以便作為各 項檢測項目的依據(jù)。5.3觀測技術要求沉陷觀測：高程基準網(wǎng)聯(lián)測、橋墩沉陷與傾斜觀測、橋面線形測量等均應按國家 水準測量規(guī)范的二等精度要求實施?？紤]到橋面行車的活荷載對觀測精度的影響

15、和不中斷交通的條件下，每次觀測的時間應選擇在夜間至凌晨橋面車輛少的時間 段。橋墩沉陷、傾斜、橋面線形等觀測點的高程測定均應閉合在已知高程的基準 點上。拱肋變位觀測：拱肋在溫度及橋面行車動荷載的作用下，時刻處于變化狀態(tài)， 并且隨著荷載重量的不同其擺動幅度亦有差別。因此，每次觀測時，應進行連續(xù)跟蹤觀測，觀測的時間間隔視車流量的大小而定， 白天的時間間隔不宜超過2 h， 夜間車流量小，觀測的時間間隔可適當長一點，每間隔34 h觀測一次。連續(xù)觀測24 h。吊桿及系桿索力的測定：一般只進行恒載索力的測試，在第一、二次應選在冬季 和夏季各進行1次，以后每年進行1次，5年后視實際情況而定；索力測量應與 主梁

16、線形測量同步進行。索力測量建議采用頻率法。應力測量：定期對主拱肋控制斷面應力進行測量。因鋼管混凝土拱橋屬新型橋梁， 目前國內對此類橋的疲勞問題、環(huán)向應力問題尚無深入的研究，因此，在實際的 養(yǎng)護過程中尤其應注意對拱座處焊接鋼管的環(huán)向應力的測量。裂縫觀測：若橋上出現(xiàn)裂縫應注意跟蹤觀測，并分析原因。動力特性變化：由結構動力特性的變化可間接評判結構損傷程度。因此，應定期測量結構動力特性及振型變化。測量的主要內容有：主梁動力特性及振型；主拱肋動力特性及振型；吊桿動力特性及頻率。5.4觀測周期與觀測時間變形檢測的觀測周期除特殊要求外， 一般可在建成后的前5年每年觀測1次。若 無異常時，以后每3年觀測1次。

17、每次觀測的具體時間最好以年為周期 （即每年 觀測的季節(jié)或月份應基本相同）。鋼管混凝土拱橋段橋面的線形觀測應與索力測 量同步進行。6特殊檢查6.1檢查方法對橋梁結構有損害的意外情況發(fā)生時或發(fā)生后應進行特殊檢查。特殊檢查應根據(jù)橋梁破損狀況和性質，利用適當?shù)膬x器設備，采用現(xiàn)場勘探、試驗等特殊手段和 科學分析方法，來查明橋梁病害原因、破壞程度和承載力，并對橋梁的技術狀態(tài) 進行評定。以便采取相應的加固、改善措施。特殊檢查通常委托橋梁檢測中心或 具有這種能力的科研、設計單位和工程技術咨詢單位，簽定特殊檢查合同后實施。 檢測的項目主要有以下兩方面：結構材料缺損狀況診斷，包括材料損壞程度檢測、材料物理、化學性

18、能測試及缺 損原因的分析判斷；結構整體性能、功能狀況鑒定，包括結構承載能力（強度、剛度和穩(wěn)定性）鑒定， 橋梁抗洪能力的鑒定。6.2火災過后的檢查若因行駛在橋上的油車或其它運載易燃物品的車輛發(fā)生意外等原因引起火災。過 后，一定要做仔細檢查。查清火災原因，確定受火災影響的范圍和部位。檢查的 主要內容有：(1) 火災影響范圍內的橋面、伸縮縫及縱橫梁是否受損。(2) 火災影響范圍內的各根吊桿及其有關連接件是否受損，吊桿拉力有無變化。(3) 如果火災發(fā)生處距吊桿較近(如10 m以內),則須檢查吊桿防腐有無變 化。若吊桿的防腐系統(tǒng)損壞嚴重，還要進一步查看吊桿的鋼絲是否也受到損傷。檢查后，應對損傷部位須盡快

19、處理。吊桿及其有關連接件防腐燒脫者應做防腐 處理，如有斷絲和損壞的零部件應予更換。 同時需對火災影響范圍內的各吊桿索 力進行測定。將此次測定值與前次定期觀測的結果相比較，看是否有較大變化。 如索力變化較大，應首先分析變化的原因，再進一步考慮是否更換或調整索力。6.3船只等大漂浮物撞擊后的檢查若發(fā)生失控船只和大漂浮物撞擊主墩承臺之事，除按有關規(guī)定辦理外，還應立即做詳細檢查。調查肇事船只和大漂浮物的噸位、撞擊速度、方向和高度，估算撞 擊力的大小。根據(jù)估算的撞擊力對整體結構進行空間分析，判斷結構有無功能降 低的跡象。檢查方法如下：用肉眼觀察受撞部位的損傷狀況。觀察混凝土表層有無破碎和開裂，是否有構造

20、鋼筋或受力鋼筋暴露出來。如有破碎，應對破碎范圍大小、程度及所在位置作 出描述。如有開裂，應對裂紋的數(shù)量、分布情況及所在位置作出描述。用無損探傷儀器對被撞區(qū)域進行無損檢測，判斷混凝土內部是否產生損傷。用脈動方法測定主墩動力特性的變化，所測基頻的階次應盡可能高，并應結合相應振型來判斷主墩受撞后的損傷程度。此項檢查技術復雜，需要有較多經(jīng)驗，應由專門機構承擔并給出報告。6.4各種事故后的結構檢算在地震、超重車輛過橋、船只等漂浮物撞擊橋墩以及橋上行駛的車輛撞擊拱肋或 吊桿后，除進行前述有關條款的檢查外， 還應對結構進行檢算，確定結構的使用 功能是否仍能滿足要求。此外，還應對相應狀態(tài)下結構的動力特性及響應

21、進行計 算，以評判這些意外事故是否會引起故障發(fā)生。 若有，應對可能發(fā)生故障的部位 進行仔細測量，用動力特性的變化來進行故障診斷。7橋梁技術狀況的評定應根據(jù)經(jīng)常檢查、定期檢查或其它檢查結果定期對橋梁結構各部分的技術狀況及 承載能力進行評定。橋梁承載能力鑒定，通常采用 3種方法：分析計算法； 隨機調查比較法，即由實際交通測定橋梁狀態(tài)的方法； 荷載試驗法，即對橋梁 施加試驗荷載，測定其主要部位主要參數(shù)的方法。荷載試驗前，應根據(jù)不同的試驗目的和要求制訂周密的試驗方案。方案內容應包 括試驗目的、測試主要內容和要求、加載方法、試驗方法等。主要試驗內容有： 鋼管混凝土拱肋控制斷面應力； 吊桿、系桿拉力；中跨

22、跨中及四分點處的 撓度，鋼管混凝土拱肋位移(含順橋向和橫橋向等)；主梁的動力特性和動力響 應；鋼管混凝土拱肋的動力特性和動力響應； 吊桿和吊桿鋼絲銹蝕程度的綜 合評定；縱橫梁控制斷面的應力。橋梁承載能力分析與評定應充分利用已掌握的調查檢驗資料，根據(jù)橋梁的結構特點綜合分析評定橋梁的承載能力及其使用條件。主要包括以下幾個方面：(1)結構的強度與穩(wěn)定性；結構剛度；裂縫限制；（4）控制斷面應力及吊桿、系桿拉力。8吊桿與系桿系統(tǒng)的更換吊桿與系桿系統(tǒng)包括吊桿、系桿、錨板及連接件等。吊桿、系桿設計時都應考慮 若干年后更換吊桿的可能性。個別吊桿或系桿出現(xiàn)疲勞斷絲，或意外損壞，或測 試結果出現(xiàn)異常時，可根據(jù)實際

23、損傷、腐蝕狀況及斷絲情況適時調整和更換。 系 桿可用前卡式千斤頂逐股松索后抽換；吊桿可從拱肋上垂下較強大的鋼絲繩，將 橫梁一端兜底臨時吊住，更換吊桿后拆除。調整或更換前需經(jīng)專題研究、專家論 證后，制定方案，編寫施工工藝，按有關規(guī)范和工藝施工。吊桿（或系桿）及有 關連接件或附件更換完畢后，應重新對它們作防腐處理，并應對吊桿（或系桿） 拉力進行1次測量。9鋼管混凝土系桿拱橋的養(yǎng)護9.1鋼管混凝土拱肋的養(yǎng)護對鋼管混凝土拱肋（含腹桿及橫向聯(lián)結系）的養(yǎng)護工作主要包括下列內容：保持焊接的正常狀態(tài)。當焊縫承受與其方向垂直的交變荷載時， 在焊接缺陷及局 部應力集中處均易誘發(fā)疲勞裂紋。該裂紋一旦形成，在應力與腐

24、蝕介質的共同作 用下，裂紋迅速擴展。如不及時修復，會引起嚴重后果。因此，對拱肋的焊接部 位應注意保持焊接的正常狀態(tài)。若發(fā)現(xiàn)橋梁在使用過程中焊接處有異常情況， 應 注意分析裂縫發(fā)生原因，及時處理。當拱肋發(fā)現(xiàn)裂縫后，應由專業(yè)技術焊工及時用手電鉆在裂紋端鉆一直徑23 mm的園孔，制止裂紋的擴展，然后用碳弧氣刨清除裂紋部位。裂紋清除后，用砂輪 打磨干凈，預熱后用C02保護焊修復。修復完畢應進行無損檢查，確認焊縫缺陷 不復存在，否則應重新修補。焊縫修補次數(shù)一般不應超過2次。修復工作進行前， 應制定相應修補方案及焊接修復工藝，焊接工藝應進行必要的測試與評定。對重 要部位焊縫修復，應征得有關專家認可后方可實施。日常檢查過程中，若發(fā)現(xiàn)拱肋涂層有 TB/T2486標準所列的涂膜劣化等級2級以 上的漆膜損壞，應及時處理。在確定鋼管混凝土的管內有空洞或離析時可先鉆孔注入環(huán)氧樹脂、水泥砂漿后再封閉鉆孔。主梁的撓度值出現(xiàn)異常時要及時限制交通，并應查明原因，委托設計部門計算， 采取措施進行處理。9.2拱座的養(yǎng)護在拱座與裸露的鋼管混凝土交界段以上露出的鋼管表面，若涂層出現(xiàn)褶皺、龜裂，在排除涂層質量、氣溫、老化等原因外，宜再將包裹混凝土向上延長。若拱座的外包混凝土出現(xiàn)褶皺、龜裂、裂紋，當無明顯變形時，可暫用水泥砂漿 涂抹，加強觀察，分析原因。待穩(wěn)定后再根