淺談下承式鋼管混凝土拱橋常見病害原因分析及處理

■王學(xué)敏

（泉州臺(tái)商投資區(qū)市政管理有限責(zé)任公司，泉州 362124）

0 前言

鋼管系桿拱橋是一種特殊形式的拱橋，具有拱橋的一般特征，又有自身的獨(dú)有特點(diǎn)。它是一種集拱與梁的優(yōu)點(diǎn)于一身的橋型，它將拱與梁兩種基本結(jié)構(gòu)形式組合在一起，共同承受荷載，充分發(fā)揮梁受彎、拱受壓的結(jié)構(gòu)性能和組合作用。其在兩拱腳間設(shè)置水平系桿，用以平衡拱腳水平分力，而使基礎(chǔ)不受水平推力或受推力較小。與通常的拱橋和梁橋相比，有地基適應(yīng)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)受力合理、用料省、建筑高度低、施工方法多、造型美觀等方面的優(yōu)勢(shì)，是生命力較強(qiáng)的一種結(jié)構(gòu)形式。

1 工程項(xiàng)目概況

百崎湖大橋系由主橋和引橋組成的兩幅橋，總長488m。主橋上部構(gòu)造采用下承式鋼管混凝土系桿拱，拱墩固結(jié)，橋跨布設(shè)成（51+80+51）m。引橋上部構(gòu)造采用預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁，通過現(xiàn)澆連續(xù)接頭及張拉負(fù)彎矩鋼束形成連續(xù)體系，橋跨布設(shè)成一聯(lián)5×30m。主橋與引橋之間設(shè)有伸縮量D-160型伸縮縫，兩橋臺(tái)處設(shè)有K-80型伸縮縫，主墩處拱內(nèi)側(cè)設(shè)有伸縮量K-40型伸縮縫。該橋于2005年11月開工，2007年11月底竣工通車。

引橋橋墩采用Φ140cm鋼筋砼三柱式墩身，Φ150cm鋼筋砼鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；兩岸橋臺(tái)為肋式臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。主橋橋墩采用薄壁門式框架墩，Φ200cm鋼筋砼鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

設(shè)計(jì)荷載：汽車-超20，驗(yàn)算荷載：掛車-120；設(shè)計(jì)洪水頻率：大橋1/100；地震基本烈度：Ⅶ度，按Ⅶ度設(shè)防；通航標(biāo)準(zhǔn)：考慮通航小型游艇。大橋現(xiàn)場實(shí)拍見圖1和圖2所示，結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

圖1 百崎湖大橋立面圖

圖2 百崎湖大橋正面圖

2 病害現(xiàn)狀

經(jīng)檢測，百崎湖大橋上部結(jié)構(gòu)目前存在的主要病害如下：

（1）采用敲擊法對(duì)鋼管混凝土拱肋密實(shí)性進(jìn)行檢查，主要病害有：南、北幅橋拱肋上下弦管的頂部及側(cè)壁混凝土均存在脫空現(xiàn)象；拱肋弦管、腹板多處出現(xiàn)銹蝕、漆皮剝落。

（2）全橋多根拱肋橫撐多處出現(xiàn)局部銹蝕。

圖3 百崎湖大橋主橋結(jié)構(gòu)示意圖（單位：cm）

（3）多道加勁縱梁出現(xiàn)露筋、混凝土不密實(shí)及混凝土缺失等現(xiàn)象，其中病害較多出現(xiàn)在現(xiàn)澆段。

（4）各拱腳處鋼箱牛腿均出現(xiàn)不同程度的表面油漆變色、起皮、剝落，鋼構(gòu)件表面銹蝕等現(xiàn)象。

（5）各系桿、系桿錨頭均基本完好、未發(fā)現(xiàn)銹蝕，而各處系桿錨頭保護(hù)罩均出現(xiàn)漏油、銹蝕等現(xiàn)象。

（6）全橋部分吊桿上錨頭處出現(xiàn)保護(hù)罩內(nèi)防腐油脂部分滲漏、上保護(hù)罩表面銹蝕現(xiàn)象，但各保護(hù)罩內(nèi)防腐油脂仍完全覆蓋上張拉端錨杯；大部分吊桿出現(xiàn)吊桿上預(yù)埋管內(nèi)防腐油脂滲漏（見圖4）、吊桿與橋面交接處防水罩銹蝕，6根吊桿表面出現(xiàn)開裂；各吊桿下錨頭均出現(xiàn)防腐油脂滲漏、保護(hù)罩內(nèi)積水及預(yù)埋件銹蝕現(xiàn)象，張拉端錨杯及內(nèi)部拉索均完好、未發(fā)現(xiàn)銹跡。

（7）全橋共兩道橫梁出現(xiàn)病害。

圖4 吊桿上預(yù)埋管內(nèi)防腐油脂滲漏

3 病害原因分析

3.1 拱肋、拱肋橫撐銹蝕、漆皮剝落等病害

引起油漆脫落的原因較多，下面主要從四個(gè)方面進(jìn)行探討：

（1）油漆的性能與質(zhì)量

防銹漆和防污漆兩種性質(zhì)不同的涂料，所起的保護(hù)作用不同。

（2）鋼材表面處理程度

鋼材表面處理包括清除鋼材表面的污垢、油脂、鐵銹、氧化皮焊渣、已失效舊漆膜。據(jù)有關(guān)單位研究，油漆的附著力75%決定于鋼材表面的處理程度。中小型鋼材表面處理一般采用噴砂除銹、手工和機(jī)械打磨清理的方法。噴砂除銹應(yīng)用鐵砂、黃砂等為磨料，其較合適的粒徑為通過18目至40目。手工和機(jī)械打磨清理采用手工和動(dòng)力工具除銹，應(yīng)首先鏟除較厚的銹蝕層，并清除油脂和污垢，再清除鋼材表面的浮灰和碎屑等污物。

（3）環(huán)境因素

環(huán)境（溫度、濕度的影響）與油漆的質(zhì)量有密切的關(guān)系。最理想的作業(yè)環(huán)境應(yīng)在干燥天氣 （相對(duì)濕度低于85%）、氣溫在5～250C下進(jìn)行。在烈日、雨天、潮濕天氣下嚴(yán)禁施工，涂刷應(yīng)在露水干后、太陽未落之前的時(shí)間段進(jìn)行。當(dāng)相對(duì)濕度超過85%后，鋼材表面會(huì)產(chǎn)生水分而凝聚，不但使剛除銹清潔的鋼材表面很快重新生銹，降低油漆的附著力，而且對(duì)已涂過的底漆，也會(huì)降低面漆的附著力。當(dāng)溫度超過350C，由于溶劑和稀釋劑的揮發(fā)太快，膜層表面很快地結(jié)成一層薄的干皮，形成一個(gè)封閉層，使下面涂料中的溶劑不能完全揮發(fā)，這樣會(huì)出現(xiàn)皺皮、起泡、起小孔、涂層表面不平滑等現(xiàn)象。

（4）施工工藝因素

漆膜的厚度決定了油漆的抗電位和防水滲透能力大小，在油漆施工中應(yīng)隨時(shí)使用漆膜測厚儀測定膜的厚度，確保漆膜的一定厚度。而漆膜的厚度受到施工工藝（施工方法、涂漆度數(shù)等）、油漆的型號(hào)、環(huán)境等諸多因素的影響，但主要還是施工工藝更為關(guān)鍵。

3.2 加勁縱梁露筋、混凝土不密實(shí)及缺失等病害

露筋產(chǎn)生的原因主要是混凝土澆筑時(shí)墊塊發(fā)生了位移，鋼筋貼近模板，以致混凝土保護(hù)層厚度不夠所造成。有時(shí)也因混凝土振搗不密實(shí)或模板濕潤不夠，吸水過多造成掉角而露筋。

3.3 主橋吊桿病害

吊桿損傷發(fā)生的部位包括吊桿桿身和錨頭，一般錨頭比吊桿桿身損傷嚴(yán)重，下錨頭比上錨頭嚴(yán)重。損傷的形式包括吊桿滑絲、斷絲、銹蝕、斷裂、錨頭銹蝕、局部承壓板銹蝕等。吊桿發(fā)生銹蝕的原因主要有以下兩點(diǎn)：

（1）吊桿暴露在大氣環(huán)境中，雨水和車輛尾氣的侵蝕將導(dǎo)致吊桿的銹蝕。由于防水罩失效，雨水會(huì)順著吊桿聚集至下預(yù)埋管處，致使鋼絲和錨頭長期處于潮濕狀態(tài)，從而出現(xiàn)銹蝕。另外，在長期行車荷載作用下，吊桿產(chǎn)生振動(dòng)，使得吊桿內(nèi)填充物容易脫落，產(chǎn)生防腐油脂滲漏現(xiàn)象，還會(huì)造成減震器松動(dòng)。

（2）吊桿不僅承受橋面系永久荷載和溫度荷載的影響，還因?yàn)槭艿綐蛎孳囕v活載的反復(fù)沖擊作用而處于疲勞受力狀態(tài)，在此狀態(tài)下吊桿易發(fā)生應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕對(duì)鋼筋危害很大，這是一種腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力共同作用下鋼筋產(chǎn)生晶間或穿晶斷裂的現(xiàn)象。腐蝕介質(zhì)、鋼材應(yīng)力水平和鋼材材質(zhì)情況是影響鋼材應(yīng)力腐蝕嚴(yán)重程度的主要因素。

4 病害修復(fù)措施

根據(jù)病害現(xiàn)狀及成因分析，各病害的修復(fù)處理措施如下：

（1）對(duì)于南、北幅橋拱肋上下弦管的頂部及側(cè)壁混凝土均存在脫空病害的現(xiàn)象，因本工程靜動(dòng)載試驗(yàn)檢測結(jié)果合格，故建議暫不進(jìn)行處理。

（2）對(duì)于拱肋弦管、腹板多處出現(xiàn)銹蝕、漆皮剝落，以及全橋多根拱肋橫撐多處局部銹蝕病害，建議進(jìn)行除銹后重新涂裝修復(fù)。

（3）對(duì)于加勁縱梁出現(xiàn)露筋、混凝土不密實(shí)及混凝土缺失現(xiàn)象，可鑿除疏松混凝土至密實(shí)部位，對(duì)鋼筋除銹后采用高強(qiáng)聚合物砂漿修復(fù)處理。

（4）對(duì)拱腳處鋼箱牛腿出現(xiàn)不同程度的表面油漆變色起皮、剝落，鋼構(gòu)件表面銹蝕的現(xiàn)象，采用除銹后重新涂裝的處理方案。

（5）對(duì)系桿錨頭保護(hù)罩出現(xiàn)漏油、銹蝕等現(xiàn)象，需打開保護(hù)罩，清理錨頭，在錨頭表面噴涂氨基阻銹劑（質(zhì)量指標(biāo)見表1，使用后的各檢驗(yàn)指標(biāo)見表2），然后涂抹專用防腐建筑油脂進(jìn)行防護(hù)，最后重新焊接封錨鋼板，噴涂專用防腐漆。

（6）對(duì)吊桿上錨頭處出現(xiàn)保護(hù)罩內(nèi)防腐油脂部分滲漏、上保護(hù)罩表面銹蝕現(xiàn)象，可參照系桿及錨具的修復(fù)措施。

對(duì)吊桿出現(xiàn)上預(yù)埋管內(nèi)防腐油脂滲漏病害，拆除舊減震塊，清理上預(yù)埋管油污，上端預(yù)埋管內(nèi)填充防腐聚氨酯后重新安裝新的減震塊；對(duì)吊桿與橋面交接處防水罩銹蝕，進(jìn)行除銹處理后重新涂裝修復(fù)，對(duì)6根吊桿表面出現(xiàn)開裂等病害，將吊桿PE開裂處做清創(chuàng)、防腐，采用氨基阻銹劑對(duì)外露鋼絲進(jìn)行防腐處理，清潔整根拉索PE表面，用熱收縮PE從下至上整體纏包，加熱成形，對(duì)纏包PE的上端采用專用熱塑焊機(jī)進(jìn)行封閉防水處理。

表1 噴涂型阻銹跡的質(zhì)量指標(biāo)

表2 采用噴涂型阻銹劑后的檢驗(yàn)指標(biāo)

對(duì)吊桿下頭出現(xiàn)防腐油脂滲漏、保護(hù)罩內(nèi)積水及預(yù)埋件銹蝕等現(xiàn)象，建議在下錨頭保護(hù)罩下端面開排水孔，采用真空泵將積水排盡，利用排水孔，內(nèi)部干燥處理，拆掉舊保護(hù)罩，清理油污，并用有機(jī)溶劑進(jìn)行清洗，在錨頭噴涂氨基阻銹劑，表面涂抹專用防腐建筑油脂，要求厚度不小于2mm，安裝新保護(hù)罩。該施工措施的現(xiàn)場照片見圖 5～7所示。

圖5 吊桿下涂防腐油脂施工前圖

圖6 吊桿下涂防腐油脂施工后圖

圖7 吊桿下涂防腐油脂施工圖

（7）主橋橫梁

對(duì)行車道板及橫梁混凝土掉塊、露筋銹蝕等病害，進(jìn)行鑿除疏松混凝土并對(duì)鋼筋進(jìn)行除銹后采用聚合物砂漿修復(fù)。

5 結(jié)語

（1）各病害按照上述措施進(jìn)行修復(fù)后，檢測人員重新對(duì)該橋進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)各構(gòu)件修復(fù)效果良好，特別是主要部件如吊桿和系桿，評(píng)分分別由原先的63.5和70.5，提高到了72.5和83.5，上部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評(píng)分由原先的71.3提高到了82.8。

（2）下承式鋼管混凝土拱橋的安全問題是運(yùn)營養(yǎng)護(hù)管理部門面臨的一個(gè)大課題，特別是對(duì)于吊桿、系桿等主要部件，應(yīng)安排專人嚴(yán)格按養(yǎng)護(hù)規(guī)范進(jìn)行定期檢查，加強(qiáng)監(jiān)測，并及時(shí)處理。

[1]CJJ99-2003，城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范.

[2]JTGD64-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范.

[3]JTGD60-2015，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范.

[4]百崎湖大橋維修設(shè)計(jì).2016.

[5]沈浩.某中承式鋼管混凝土拱橋檢測及病害分析.江蘇建筑，2015（1）:58-61.