鋼管混凝土拱橋技術(shù)狀況評(píng)定及其養(yǎng)護(hù)措施

1、鋼管混凝土拱橋技術(shù)狀況評(píng)定及其養(yǎng)護(hù)措施來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng)   發(fā)布時(shí)間：2009-12-11      鋼管混凝土拱橋技術(shù)狀況評(píng)定及其養(yǎng)護(hù)措施吳明峰（福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所，福建 福州 350004） 摘 要：二十世紀(jì)九十年代以來(lái)，我省陸續(xù)修建了十余座鋼管混凝土拱橋，今后在許多地方還將陸續(xù)興建。這些橋梁經(jīng)過(guò)十余年的運(yùn)營(yíng)后，出現(xiàn)了較多的維修和養(yǎng)護(hù)問(wèn)題。本文針對(duì)鋼管混凝土拱橋的自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，鋼管混凝土拱橋各關(guān)鍵部位的常見(jiàn)的病害檢查和養(yǎng)護(hù)方法進(jìn)行初步的探討，提出一些檢查和養(yǎng)護(hù)的思路和方法供橋梁養(yǎng)護(hù)部門(mén)參考。關(guān)鍵詞：鋼管混凝土拱橋 日常

2、檢查 養(yǎng)護(hù) 1 引言九十年代初，在國(guó)外應(yīng)用較廣的鋼管混凝土拱橋開(kāi)始引入我國(guó)。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)具有安裝施工方便，用料經(jīng)濟(jì)合理，承載能力大的優(yōu)點(diǎn)，是大跨度拱橋的一種比較理想的型式。1990年在四川旺蒼建成了第一座主跨115米的鋼管混凝土拱橋后，迅速在全國(guó)推廣，在十年間建成了數(shù)十座這類拱橋，如主跨200米的廣東三山西大橋和主跨270米的廣西三岸大橋。1998年建成的主跨360米的廣州丫髻沙大橋是一個(gè)代表作，標(biāo)志著鋼管混凝土拱橋在中國(guó)已走向成熟。但在這十余年里，由于對(duì)鋼管混凝土拱橋的建造質(zhì)量檢測(cè)手段和養(yǎng)護(hù)方法的不足，造成該體系橋梁出現(xiàn)重大問(wèn)題的報(bào)道屢屢發(fā)生，直接影響到人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，在社會(huì)上造成不良

3、的影響。重慶綦江橋和重慶南門(mén)大橋就是顯著的例子。為此，針對(duì)鋼管混凝土拱橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及常見(jiàn)的病害，提出檢查和養(yǎng)護(hù)的思路和方法。2 鋼管混凝土拱橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鋼管混凝土拱橋由鋼管混凝土拱肋、立柱或吊桿、橫撐、行車(chē)道系、下部構(gòu)造等組成。鋼管混凝土拱肋是主要的承重結(jié)構(gòu)，承受橋上的全部荷載，并將荷載傳遞給墩臺(tái)和基礎(chǔ)。鋼管混凝土拱橋的拱肋為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，鋼管內(nèi)灌注混凝土。拱橋吊桿采用高強(qiáng)鍍鋅平行鋼絲束，冷鑄鐓頭錨具，熱擠高密聚乙烯（俗稱PE）套管防護(hù)。吊桿上端固定于拱肋，下端固定于梁底。為避免人為因素對(duì)吊桿的損壞，吊桿下端一般安裝有鋼護(hù)管，管下安裝有減振圈。系桿為此類橋的關(guān)鍵部件，采用鋼絞線體外索，由防

4、銹油脂與熱擠PE雙層防護(hù)。兩端采用專用體外索錨具，有夾片放松裝置，外加防護(hù)罩。3鋼管混凝土拱橋的常見(jiàn)病害和檢查方法3.1鋼管混凝土拱肋常見(jiàn)病害和檢查方法3.1.1鋼管混凝土拱肋常見(jiàn)病害鋼管構(gòu)件存在扭曲變形、局部損傷、腐蝕生銹。鋼管涂層有裂紋、起皮、脫落，構(gòu)件腐蝕生銹。鋼管混凝土拱肋及橫向聯(lián)結(jié)系的焊縫出現(xiàn)裂紋或開(kāi)裂。管內(nèi)混凝土填充不密實(shí)，出現(xiàn)空洞。3.1.2相應(yīng)的檢查方法針對(duì)鋼管構(gòu)件腐蝕生銹和鋼管涂層起皮、脫落等部位，做好標(biāo)記，并進(jìn)行詳細(xì)記錄，日常養(yǎng)護(hù)中觀察其發(fā)展情況。鋼管混凝土拱肋及橫向聯(lián)結(jié)系的焊縫出現(xiàn)裂紋或開(kāi)裂現(xiàn)象，可采用金屬探傷儀進(jìn)行裂縫探傷檢查，確定焊縫損傷情況。管內(nèi)混凝土填充不密實(shí)，出

5、現(xiàn)空洞現(xiàn)象，主要的原因：（1）在泵送過(guò)程中排氣不暢將引起氣孔缺陷。（2）混凝土本身的質(zhì)量也是引起缺陷的主要原因。混凝土在澆筑時(shí)要求有一定的流動(dòng)性，用坍落度來(lái)表示，管內(nèi)混凝土必須要有一定的坍落度，但坍落度不能太大，否則混凝土在運(yùn)送、灌注過(guò)程中易分層離析，破壞混凝土的均勻性，影響灌注質(zhì)量。另外，為了補(bǔ)償鋼管內(nèi)部混凝土的收縮，減小混凝土收縮系數(shù)和孔隙率，需摻入膨脹劑，膨脹劑量必須適當(dāng)，若加入的量過(guò)大，會(huì)使混凝土膨脹過(guò)量，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的破壞，強(qiáng)度下降，若加入的量過(guò)小，由于混凝土收縮，會(huì)使混凝土干縮和水化熱冷縮，導(dǎo)致缺陷，使混凝土與鋼管壁的膠結(jié)脫離。（3）外界溫度以及鋼管混凝土材料間的溫差將對(duì)拱肋的質(zhì)量有

6、很大影響。鋼管與混凝土的吸熱、散熱速度相差很大，而拱肋又是直接暴露在大氣中直接承受陽(yáng)光作用，夏天鋼管表面溫度高達(dá)80，內(nèi)部核心混凝土50，受其影響白天鋼管吸熱迅速膨脹時(shí)，管內(nèi)的混凝土吸熱慢，且需要吸收的熱量大，管內(nèi)混凝土不可能跟鋼管一起膨脹；到了夜晚，鋼管遇冷收縮時(shí)，管內(nèi)的混凝土才慢慢吸熱膨脹而阻止鋼管的收縮，同時(shí)鋼管又對(duì)混凝土產(chǎn)生了一個(gè)緊箍力，加速混凝土的收縮和徐變，鋼管與混凝土產(chǎn)生一定的脫離是很難避免的。管內(nèi)混凝土填充密實(shí)性檢查方法有：人工敲擊法、直接鉆芯取樣法、超聲波檢測(cè)法。（1）人工敲擊法人工敲擊法是靠技術(shù)人員通過(guò)對(duì)鋼管混凝土拱肋的敲擊而后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷出缺陷位置以及種類的方法。但是敲擊

7、法完全憑技術(shù)人員的技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)，缺乏理論依據(jù)和可供存檔的資料，是一種比較粗略的檢測(cè)方法。無(wú)論是對(duì)于判斷缺陷的種類還是判斷的精度都是不能得到保證的，因此，人工敲擊法的應(yīng)用既不便于施工技術(shù)管理也不適合質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)管理，它只能作為一種輔助檢測(cè)手段。（2）直接鉆芯取樣法在眾多鋼管混凝土拱肋的檢測(cè)方法中，鉆芯法無(wú)疑是最為直觀最為可靠的方法。它不僅能直觀的反映出鋼管混凝土的完整性，而且能比較精確的驗(yàn)證混凝土強(qiáng)度是否滿足要求。但是鉆芯法仍然有其不足之處，該法取樣部位有局限性，只能反映鉆孔范圍內(nèi)的小部分混凝土質(zhì)量，存在較大的盲區(qū)，容易以點(diǎn)代面造成誤判或漏判。另外鉆芯法對(duì)檢查大面積的混凝土疏松、離析、夾泥、孔洞等

8、比較有效，而對(duì)局部缺陷和水平裂縫等判斷就不一定十分準(zhǔn)確。當(dāng)然鉆芯法還存在設(shè)備龐大、費(fèi)工費(fèi)時(shí)、價(jià)格昂貴的缺點(diǎn)。因此，鉆芯法不宜用于大批量檢測(cè)，而只能用于抽樣檢查，或作為對(duì)無(wú)損檢測(cè)結(jié)果的驗(yàn)證手段，實(shí)際工程檢測(cè)表明，采用鉆芯法與超聲波聯(lián)合檢測(cè)、綜合判定的辦法評(píng)定鋼管混凝土拱肋的質(zhì)量，是十分有效的。（3）超聲波檢測(cè)法鋼管內(nèi)部混凝土的密實(shí)程度和均勻性以及鋼管壁與混凝土之間的膠結(jié)脫離的檢測(cè)，可以運(yùn)用超聲波技術(shù)來(lái)檢測(cè)。超聲波檢測(cè)鋼管混凝土的基本原理是在鋼管外徑的一端利用發(fā)射換能器輻射高頻振動(dòng),經(jīng)鋼管圓心傳向鋼管外徑另一端的接收換能器。超聲波在傳播過(guò)程中遇到由各種缺陷形成的界面時(shí)就會(huì)改變傳播方向和路徑,其能量

9、就會(huì)在缺陷處被衰減,造成超聲波到達(dá)接收換能器時(shí)的聲時(shí)、聲幅、頻率的相對(duì)變化。超聲波檢測(cè)鋼管混凝土就是根據(jù)超聲波在傳播過(guò)程中聲時(shí)、聲幅、頻率的相對(duì)變化,對(duì)鋼管混凝土的質(zhì)量進(jìn)行分析判斷。超聲波檢測(cè)管內(nèi)混凝土缺陷主要有首波聲時(shí)法(波速)、波形識(shí)別法和首波頻率法，根據(jù)聲學(xué)參數(shù)聲時(shí)、波幅、相位、頻率等參數(shù)相應(yīng)的變化，來(lái)判斷其內(nèi)部間隙的位置和大小。判別的前提條件是：超聲波通過(guò)混凝土傳播的聲時(shí)值必須小于直接通過(guò)鋼管壁繞射的聲時(shí)值，否則，超聲波首波將不穿過(guò)混凝土而直接沿鋼管壁到達(dá)接收探頭，就無(wú)法判斷其內(nèi)部缺陷。實(shí)踐證明, 超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)鋼管混凝土拱橋的鋼管混凝土構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)是行之有效的。它可以根據(jù)合理布設(shè)的

10、檢測(cè)點(diǎn),對(duì)鋼管混凝土的密實(shí)程度和均勻性進(jìn)行全面而細(xì)致的檢測(cè),它可以檢測(cè)出鋼管混凝土是否存在缺陷,找出缺陷位置,圈出缺陷范圍,特別是對(duì)鋼管內(nèi)壁與內(nèi)部混凝土之間的膠結(jié)脫離或完全脫空可以定量地進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)鋼管內(nèi)混凝土缺陷采用首波聲時(shí)、波形、首波頻率的綜合判較為理想。3.2吊桿及錨具的檢查由于該體系橋梁剛度相對(duì)較小，行車(chē)狀態(tài)下橋面振幅較大，特別是吊桿直接將橋面荷載傳遞給拱肋，長(zhǎng)期持續(xù)振動(dòng)極易對(duì)吊桿產(chǎn)生疲勞破壞。吊桿主要檢查內(nèi)容有：（1）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(gòu)造、吊桿套管等是否有浸水、銹蝕和開(kāi)裂、松動(dòng)等。防護(hù)套管油漆是否完好，冷鑄錨頭有無(wú)松動(dòng)、裂縫或破損。（2）對(duì)吊桿

11、的振動(dòng)進(jìn)行觀察。觀察行車(chē)過(guò)程中吊桿振動(dòng)是否明顯，減振措施是否損壞失效，防護(hù)套是否破壞；（3）檢查吊桿的防護(hù)層有無(wú)裂紋、破損、老化和積水，重點(diǎn)檢查吊桿端部出口處鋼管護(hù)套以及鋼管護(hù)套與PE護(hù)套連接處的外觀情況。檢查吊桿的鋼管護(hù)套有無(wú)松動(dòng)、油漆脫落、銹蝕，套管頂是否密封，連接處有無(wú)滲水、漏水等。若套管破裂，吊桿可能會(huì)因雨水的滲入而受到腐蝕。根據(jù)外觀檢查情況，適時(shí)抽檢吊桿端部及減振器的防水情況和橡膠老化變質(zhì)情況。3.3系桿及防護(hù)板的檢查系桿及防護(hù)板應(yīng)注意檢查系桿錨頭、防護(hù)罩有無(wú)銹蝕，外部油漆有無(wú)損壞，連接是否松動(dòng)，防銹油脂有否向外滲漏，鋼箱有無(wú)銹蝕。3.4混凝土結(jié)構(gòu)的檢查 對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)（含主橋縱、橫梁

12、，拱座處外包混凝土等）主要檢查混凝土有無(wú)裂縫、滲水、表面風(fēng)化、剝落、露筋和鋼筋銹蝕等。在日常檢查中尤以混凝土結(jié)構(gòu)物的滲水、滲漏為最主要項(xiàng)目，并判斷損壞情況。應(yīng)重點(diǎn)檢查吊桿錨頭附近及橫梁預(yù)應(yīng)力束錨頭附近有無(wú)裂縫，縱橫梁固結(jié)部分是否開(kāi)裂。4橋梁技術(shù)狀況的評(píng)定根據(jù)鋼管拱橋病害檢查結(jié)果，定期對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)各部分的技術(shù)狀況及承載能力進(jìn)行評(píng)定。橋梁承載能力鑒定，通常采用3種方法：分析計(jì)算法；隨機(jī)調(diào)查比較法，即由實(shí)際交通測(cè)定橋梁狀態(tài)的方法；荷載試驗(yàn)法，即對(duì)橋梁施加試驗(yàn)荷載，測(cè)定其主要部位主要參數(shù)的方法。荷載試驗(yàn)前，應(yīng)根據(jù)不同的試驗(yàn)?zāi)康暮鸵笾朴喼苊艿脑囼?yàn)方案。方案內(nèi)容應(yīng)包括試驗(yàn)?zāi)康?、測(cè)試主要內(nèi)容和要求、加載方法

13、、試驗(yàn)方法等。主要試驗(yàn)內(nèi)容有：鋼管混凝土拱肋控制斷面應(yīng)力；吊桿、系桿拉力；中跨跨中及四分點(diǎn)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(dòng)力特性和動(dòng)力響應(yīng)；鋼管混凝土拱肋的動(dòng)力特性和動(dòng)力響應(yīng)；吊桿和吊桿鋼絲銹蝕程度的綜合評(píng)定；縱橫梁控制斷面的應(yīng)力。橋梁承載能力分析與評(píng)定應(yīng)充分利用已掌握的調(diào)查檢驗(yàn)資料，根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)綜合分析評(píng)定橋梁的承載能力及其使用條件。主要包括以下幾個(gè)方面：(1) 結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與穩(wěn)定性；(2) 結(jié)構(gòu)剛度；(3) 裂縫限制；(4) 控制斷面應(yīng)力及吊桿、系桿拉力。5鋼管混凝土拱橋的養(yǎng)護(hù) 以鋼管混凝土系桿拱為例，簡(jiǎn)要介紹鋼管混凝土拱橋的主要養(yǎng)護(hù)內(nèi)容。5.1鋼管混凝土拱

14、肋的養(yǎng)護(hù)對(duì)鋼管混凝土拱肋（含腹桿及橫向聯(lián)結(jié)系）的養(yǎng)護(hù)工作主要包括下列內(nèi)容：保持焊接的正常狀態(tài)。當(dāng)焊縫承受與其方向垂直的交變荷載時(shí)，在焊接缺陷及局部應(yīng)力集中處均易誘發(fā)疲勞裂紋。該裂紋一旦形成，在應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)的共同作用下，裂紋迅速擴(kuò)展。如不及時(shí)修復(fù)，會(huì)引起嚴(yán)重后果。因此，對(duì)拱肋的焊接部位應(yīng)注意保持焊接的正常狀態(tài)。若發(fā)現(xiàn)橋梁在使用過(guò)程中焊接處有異常情況，應(yīng)注意分析裂縫發(fā)生原因，及時(shí)處理。當(dāng)拱肋發(fā)現(xiàn)裂縫后，應(yīng)由專業(yè)技術(shù)焊工及時(shí)用手電鉆在裂紋端鉆一直徑23 mm的圓孔，制止裂紋的擴(kuò)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(yù)熱后用CO2保護(hù)焊修復(fù)。修復(fù)完畢應(yīng)進(jìn)行無(wú)損檢查，確認(rèn)焊縫缺陷

15、不復(fù)存在，否則應(yīng)重新修補(bǔ)。焊縫修補(bǔ)次數(shù)一般不應(yīng)超過(guò)2次。修復(fù)工作進(jìn)行前，應(yīng)制定相應(yīng)修補(bǔ)方案及焊接修復(fù)工藝，焊接工藝應(yīng)進(jìn)行必要的測(cè)試與評(píng)定。對(duì)重要部位焊縫修復(fù)，應(yīng)征得有關(guān)專家認(rèn)可后方可實(shí)施。日常檢查過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)拱肋涂層有TB/T2486標(biāo)準(zhǔn)所列的涂膜劣化等級(jí)2級(jí)以上的漆膜損壞，應(yīng)及時(shí)處理。在確定鋼管混凝土的管內(nèi)有空洞或離析時(shí)可先鉆孔注入環(huán)氧樹(shù)脂、水泥砂漿后再封閉鉆孔。主梁的撓度值出現(xiàn)異常時(shí)要及時(shí)限制交通，并應(yīng)查明原因，委托設(shè)計(jì)部門(mén)計(jì)算，采取措施進(jìn)行處理。5.2拱座的養(yǎng)護(hù)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(zhì)量、氣溫、老化等原因外，宜再將包裹混凝土向

16、上延長(zhǎng)。若拱座的外包混凝土出現(xiàn)褶皺、龜裂、裂紋，當(dāng)無(wú)明顯變形時(shí)，可暫用水泥砂漿涂抹，加強(qiáng)觀察，分析原因。待穩(wěn)定后再根據(jù)情況進(jìn)行修復(fù)（如壓漿，封閉或鑿除裂損部分進(jìn)行修復(fù)）。對(duì)拱座處的積水要及時(shí)排除，保持清潔干燥。每年冬夏來(lái)臨之前，對(duì)裸管段與有外包混凝土的管段交界處要涂厚油脂。5.3吊桿及錨具的養(yǎng)護(hù)吊桿涉及橋梁的耐久性和承載能力。吊桿的養(yǎng)護(hù)是鋼管混凝土拱橋養(yǎng)護(hù)工作的重點(diǎn)。吊桿養(yǎng)護(hù)的重點(diǎn)部位是上、下錨頭處。冷鑄錨頭和螺栓是暴露在大氣中的，要注意防水防銹，絲扣部分應(yīng)經(jīng)常涂潤(rùn)滑油防腐。應(yīng)定期對(duì)吊索系統(tǒng)涂漆防銹，補(bǔ)刷防銹漆。吊桿兩端錨固處及錨頭、吊桿出口密封處、防護(hù)套等部位，發(fā)現(xiàn)有損壞時(shí)，應(yīng)及時(shí)處治。當(dāng)錨

17、頭發(fā)現(xiàn)裂縫或破損，應(yīng)更換該吊桿。吊桿與系桿系統(tǒng)的更換方法如下：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(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)考慮若干年后更換吊桿的可能性。個(gè)別吊桿或系桿出現(xiàn)疲勞斷絲，或意外損壞，或測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)異常時(shí)，可根據(jù)實(shí)際損傷、腐蝕狀況及斷絲情況適時(shí)調(diào)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(qiáng)大的鋼絲繩，將橫梁一端兜底臨時(shí)吊住，更換吊桿后拆除。調(diào)整或更換前需經(jīng)專題研究、專家論證后，制定方案，編寫(xiě)施工工藝，按有關(guān)規(guī)范和工藝施工。吊桿（或系桿）及有關(guān)連接件或附件更換完畢后，應(yīng)重新對(duì)它們作防腐處理，并應(yīng)對(duì)吊桿（或系桿）拉力進(jìn)行1次測(cè)量。 5.4系桿及防護(hù)板

18、的養(yǎng)護(hù)維修吊桿、系桿為鋼管混凝土系桿拱橋的關(guān)鍵部件，為養(yǎng)護(hù)至重點(diǎn)。特別是系桿，是鋼管混凝土系桿拱橋的“生命之索”，鋼筋銹蝕已成為影響結(jié)構(gòu)使用壽命和安全的主要因素之一。特別是目前設(shè)計(jì)中采用的高強(qiáng)度材料，橋梁設(shè)計(jì)時(shí)是在材料無(wú)缺陷前提下進(jìn)行的設(shè)計(jì)，這些材料如果有0.02mm的壓痕，即為材料缺口，局部缺口處應(yīng)力將大大增加，0.05mm壓痕為肉眼可見(jiàn)的腐蝕坑，就會(huì)大大影響結(jié)構(gòu)的承載力。因此，系桿要避免橫向沖擊，注意防水、防銹。在鋼管及防護(hù)罩內(nèi)均應(yīng)壓注防銹油脂作防護(hù)。發(fā)現(xiàn)系桿及防護(hù)板損壞應(yīng)及時(shí)處理。如發(fā)現(xiàn)油脂滲漏，應(yīng)補(bǔ)注防銹油脂，并找出滲漏部位，加以堵塞。對(duì)系桿錨頭、錨板防護(hù)罩、滾珠軸承等應(yīng)使其保持在完好狀態(tài)。混凝土防護(hù)板裂縫寬度超過(guò)0.2 mm者應(yīng)壓漿修補(bǔ)。5.5鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土梁的養(yǎng)護(hù) 在檢查中若發(fā)現(xiàn)混凝土有開(kāi)裂現(xiàn)象，應(yīng)注意觀察其發(fā)展情況。待穩(wěn)定后，再根據(jù)開(kāi)裂情況，進(jìn)行修復(fù)。如裂縫發(fā)展