懸索橋定期檢測與養(yǎng)護實例研究

肖 輝，吳 剛

(1．重慶交通大學 土木建筑學院，重慶 400074；2．安徽省交通規(guī)劃設計研究院,安徽 合肥 230088)

懸索橋因其強大的跨越能力和杰出的景觀效果得到了眾多的青睞，早在20世紀70年代，國內陸續(xù)修建了一批跨徑在100 m左右的懸索橋，主要用于旅游風景區(qū)、交通不便的山區(qū)以及一些特殊工程中，但限于當時主纜材料的品質和荷載標準，這類懸索橋存在著變形較大、鋼構件容易銹蝕、承載潛力低等問題.懸索橋上的纜索，由于長年使用和所處環(huán)境的影響，經常發(fā)生腐蝕和鋼絲破斷等損傷.輕度損傷雖不會影響橋梁的使用性能，但損傷若進一步擴大，發(fā)展至最壞的情況，可能會導致橋梁坍塌[1].基于安全運營、超載或提高荷載等級等方面的考慮，這類懸索橋的檢測和評估便成為一個十分突出、亟待研究解決的課題.

本文通過對四川省攀枝花市錦屏電站印把子溝跨線橋的定期檢測，從橋梁外觀、橋面線形、吊桿長度、主塔偏位、主纜及吊桿的自振頻率等方面對該橋做了較為全面的檢測和性能評估，并對其運營管理及養(yǎng)護提出了建議.

1 印把子溝跨線橋簡介

圖1 印把子溝跨線橋橋面圖Fig.1 Yibazi bridge deck figure

四川省攀枝花市錦屏電站印把子溝跨線橋為主跨120 m的單跨懸索橋，是為滿足錦屏二級引水隧洞和進水口施工而設置的施工臨時橋.橋面凈寬為4.5 m+0.75 m×2，使用年限為9 ɑ，主纜跨中設計高程為(基準溫度20 ℃)1 659.1 m，左右岸塔柱頂部主纜高程為1 671.1 m，左岸散索點高程為1 657.7 m;右岸散索點高程為1 668.9 m，左右兩岸后錨砼面到散索點距離為8 m，橋面跨中高程為1 657.4 m.工程于2005年4月29日開工,2006年1月10日完工.

設計荷載：汽-54級、掛-80級，僅通行一輛重車，不疊加人群荷載.

圖2 印把子溝跨線橋立面圖Fig.2 Yibazi bridge elevation

2 橋梁的定期檢測

2.1 檢測目的

為保證橋梁處于完好的技術狀態(tài)，提高其服務水平并延長使用年限，需對橋梁進行定期的檢查和評定，即通過對橋梁結構各部件所存在的缺損狀況進行全面、細致、深入的現場檢查，查明其缺陷或潛在病害的性質、所在部位、嚴重程度及發(fā)展趨勢，弄清缺損產生的原因，尤其對病害較嚴重的部件的技術狀態(tài)和安全狀態(tài)作出特別說明，并結合結構材料的缺損狀況、結構的整體性能和功能狀況進行評估，還要建立養(yǎng)護檔案，提出后續(xù)的養(yǎng)護和維修建議[2].

2.2 檢測內容

橋梁外觀檢測：以橋檢車作為輔助平臺并利用多種先進檢測設備，根據JTJH 11—2004《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》[3]及其他現行的有關規(guī)范、標準，對橋梁工程進行全面細致的外觀質量檢查，對各類外觀缺陷與病害作相關標注、測量并詳細記錄.

主要檢查內容包括橋面構造的檢查(人行道欄桿是否松動、開裂、銹蝕、破損，橋面鋼板是否變形、斷裂，排水系統(tǒng)是否堵塞，臺背填土有無沉降或擠壓隆起，臺背路面有無下沉，伸縮縫有無破損)；檢查索塔高程、塔柱傾斜度、橋面高程及梁體縱向位移時是否有異常變位；檢測索體的振動頻率、索力有無異常變化；檢查主梁或加勁梁；檢查錨碇及錨桿有無異常的拔動；檢查錨頭、散索鞍有無銹蝕破損，錨室有無開裂、變形、積水；檢查主纜、吊桿的表面防護是否完好；檢查索鞍是否有異常的錯位、卡死、輥軸歪斜，構件是否有銹蝕、破損，主纜索跨過索鞍部分是否有擠扁現象；檢查吊桿上端與主纜索的索夾是否有松動、移位和破損，下端與梁連接的螺栓有無松動；檢查索塔的爬梯是否完好.

橋梁實體檢測采用鋼尺、全站儀等設備，對橋面線形、主纜線形、吊桿長度、主塔偏位進行全面檢測，量測橋長、橋寬；采用美國動態(tài)信號分析系統(tǒng)DP240測試主纜及吊桿的自振頻率，并對測試結果作出記錄；測量伸縮縫.

2.3 橋梁外觀檢測

2.3.1 橋面及附屬工程

本橋橋面鋼板焊縫局部開裂；橋面欄桿基本完好、無明顯銹蝕現象.

2.3.2 主纜及吊桿

檢查吊索系統(tǒng)是否遭受腐蝕，特別容易引起腐蝕的部位有索夾錐體鑄塊內、大螺桿與加勁梁間的間隙內(不便涂漆且會沿縫滲水)、十字撐與吊索連接部位等，對這些部位應特別仔細檢查.此外，還應檢查吊索有無傾斜、各緊固件是否松動.

經檢查，本橋吊桿完好、無明顯變形；吊桿與主纜連接的索夾無松動；主纜防護套老化破損部位較多，主纜鋼絲繩開始銹蝕.

2.3.3 主梁

本橋橋面下鋼板連接處的加筋螺栓有松動的情況；鋼梁系防腐涂裝完好，無明顯銹蝕現象.

2.3.4 鞍座

本橋鞍座無明顯變位，鞍座上部分螺帽缺失；鞍座部分螺栓松動、脫落，開始銹蝕；鞍座上面主纜錨固件開始銹蝕；鞍座緊索塊件開始銹蝕.

2.3.5 錨碇

本橋主纜與錨碇連接件工作正常，有輕微銹蝕現象；主纜錨碇完好，無變位現象；拉索與橋臺錨碇處有建筑垃圾；索塔檢查爬梯有變形.

2.3.6 下部結構

本橋2號橋臺處支座橡膠板缺失；重車過橋時主梁縱向移動較明顯；右岸橋臺護壁局部有垮塌；左岸主墩有沖刷現象；橋上兩重車同時過橋現象時有發(fā)生.

2.4 工程實體檢測

2.4.1 主要結構尺寸(見表1)

表1 主要結構尺寸匯總表Tab.1 The main structure size summary form m

2.4.2 全站儀線性測量

(1)吊桿長度測量

采用高精度全站儀免棱鏡測量各吊桿上下端鋼銷中心坐標，上端銷坐標可推算主纜線形.吊桿上下端銷中心長度見表2.

表2 吊桿長度實測值Tab.2 The measured length of hanger m

(2)塔偏位測量

塔頂在四角立棱鏡，采用全站儀測量其坐標點，塔下端采用免棱鏡測量角點坐標，塔偏位列于表3中.左岸上游塔柱有明顯縱向偏位(偏跨中傾斜)，下游塔柱無明顯偏位，塔頂平面有縱向錯動約7cm；右岸上游塔柱、下游塔柱均無明顯偏位，見表3.

表3 塔偏位測量值Tab.3 Tower partial level measurement value m

(3)橋面線形

采用全站儀測量橋中線線形，分別測量左岸塔處、跨中、右塔處3個點的坐標(見表4)，左塔處橋面與跨中高差值為0.128 m，右塔處橋面與跨中高差值為0.084 m，表明跨中橋面比理論標高下沉約0.1 m.

表4 橋面中線線形測量Tab.4 Bridge deck midline linear measurement m

(4)主纜線形測量

采用全站儀免棱鏡測量各吊桿上端鋼銷中心坐標，加上索夾高度，即為主纜中心高程，塔頂索鞍處直接測量中跨、邊跨主纜中線交匯點坐標(見表5).上游實測矢高為12.081 m，下游實測矢高為12.114 m，設計矢高為12 m，上游主纜下垂8.1 cm，下游主纜下垂11.4 cm.

表5 主纜線形Tab.5 The cable form m

2.4.3 橋梁自振頻率測試

通過現場測量主纜的固有頻率，使用振動弦理論計算索力.

(1)主纜自振頻率測試

左岸邊跨上游主纜的自振頻率為3.112 5 Hz，左岸邊跨下游主纜的自振頻率為3.05 Hz；右岸邊跨上游主纜的自振頻率為3.416 Hz，右岸邊跨下游主纜的自振頻率為3.35 Hz.

由于吊桿的約束影響，主纜中跨的自振倍頻關系不明顯.

(2)橋面振動測試

橋面的自振頻率為1.465 Hz.

(3)吊桿自振頻率測試

由于吊桿較短，剛度相對較大，弦振動的倍頻關系不太明顯，推算的拉力誤差較大，僅做分析參考.

3 橋梁的技術狀況評定

表6 橋梁技術狀況評定表Tab.6 Evaluation table of the bridge technical status

4 結論

橋梁綜合評定得分為60.1，橋梁綜合評定等級為二類，但綜合評分接近三類，需要進行中修，加強養(yǎng)護.

5 分析及建議

(1)依據橋面實測線形分析，中跨比理論標高下沉約10 cm；依據主纜實測線形分析，上游主纜下垂8.1 cm，下游主纜下垂11.4 cm，建議由設計單位驗算是否需要調緊索.

(2)在懸索橋主纜中出現的破壞鋼絲束和鋼絲束延性的喪失尤其受到關注，它們表明主纜的強度損失率遠遠大于僅由鋼絲束橫截面面積損失推出的破壞率，也表明了假設鋼絲束材料為完全延性，通過累加所有鋼絲束的強度來計算主纜強度的計算方法通常過高地估計了橋梁的安全度.盡管短期強度可以證明這種方法的正確性，但對于鋼絲束的長期耐久性來說是不夠的.

懸索橋主纜主要的劣化有電氣化學腐蝕導致的截面變小、鼓絲導致的磨損及表面裂紋，如這些劣化繼續(xù)，將導致鋼絲破斷.

①腐蝕

主纜腐蝕是由于接觸水和空氣后形成腐蝕電極所導致的.懸索橋易腐蝕的部位有主纜的錨固部位附近、主纜纜體下側、排水不通暢的部位(主纜的內部、索箍、壓力環(huán)等).腐蝕將導致纜索的截面變小，直接導致主纜的強度降低，放任腐蝕的話，最壞的情況就是橋梁坍塌.應該對橋梁定期進行檢測，準確評估其安全性，根據需要進行維修加固，可在制索階段進行適當的防腐處理，現場填充主纜間的空隙并對表面采取防腐蝕的涂裝.本懸索橋實施了更為合理的防腐蝕措施，采用了往主纜內送入干燥空氣的送氣干燥系統(tǒng).

②鼓絲

鼓絲就是振幅極小的絲股間的相對滑動，但由于反復進行，接觸的構件相互摩擦，導致磨損或表面產生裂紋，進而影響構件的耐久性.本懸索橋主纜單根索股內的鋼絲相對位移、鄰接的索股間接觸部位的相對位移及纜索和固定部位(纜索插口、散索鞍、索鞍、索箍等)間位移造成鼓絲，這些位移是由于活荷載、風荷載等引起的振動及應力的變化所導致的.

本橋主纜防護套已老化破損，主纜鋼絲繩開始銹蝕，建議立即更換主纜防護套，防止主纜繼續(xù)銹蝕，確保其耐久性.

(3)主梁端部原設計的板式橡膠支座已破損脫落，重車過橋時主梁縱橫飄動，應予更換或增設支座；安設支座時需進行超墊，避免橋端脫空.

(4)對主梁底部螺栓逐一檢查擰緊.

(5)對鞍座及錨碇處連接件的銹蝕部分應予以防護處理，及時除銹，涂刷防銹漆和防銹保護膏.

(6)右岸主塔為淺基礎，其外壁距支座基礎邊緣僅5 m左右，右岸橋臺護壁有局部垮塌現象，建議進行支護處理.

(7)左岸主塔樁基有沖刷現象，洪水期致使主塔橫向擺動，建議拋填塊石護樁，在樁頂上部主塔的上下游兩柱之間增設交叉式鋼支撐.

(8)橋上兩重車同時過橋現象時有發(fā)生，根據JTG/TJ 22—2008《公路橋梁加固設計規(guī)范》[4]建議懸索橋主纜不宜更換或加強，主纜或錨碇承載能力不足時可降低荷載等級使用.由于本橋的設計標準為僅通行一輛重車，為保證橋梁的正常使用，要控制同時只能有一輛重車通行.

參考文獻：

[1] 劉海燕，陳開利．懸索橋主纜的檢測與加固技術[J]．橋梁檢測與加固，2009(2)：38-39．

[2] 印把子溝跨線橋定期檢查檢測報告[R].安徽省交通規(guī)劃設計研究院工程測試中心，2010.

[3] JTGH 11—2004.公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范[S].2004.

[4] JTG/TJ 22—2008.公路橋梁加固設計規(guī)范[S]．2008.