淺析系桿拱橋錨頭銹蝕滲水原因與防護(hù)處理

唐 堂，吳高杰，郝曙光

(中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，南京 210014)

系桿拱橋憑借著造型優(yōu)美、造價(jià)低、便于施工、跨越能力強(qiáng)等優(yōu)勢在我國交通工程領(lǐng)域，特別是在公路交通和城市交通中得到大力發(fā)展[1]。早期受技術(shù)條件的限制，國內(nèi)在系桿拱橋錨頭防水防腐設(shè)計(jì)、錨固工藝和施工工藝方面考慮不周，施工質(zhì)量較為粗糙，現(xiàn)場監(jiān)管不嚴(yán)，隨著運(yùn)營時(shí)間的增長，上述因素會造成吊桿錨頭滲水銹蝕、鋼絲束松弛等病害[2]。隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，部分橋梁的實(shí)際車流量和汽車載重遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，增加了吊桿斷裂、斷絲和鋼鉸線夾片脫落的可能性，嚴(yán)重危及到橋梁的運(yùn)營安全，甚至?xí)斐蔀?zāi)難性事故。

近年來，更換吊桿的系桿拱橋越來越多，但工程費(fèi)用較高。為延長使用壽命，定期對錨頭進(jìn)行專項(xiàng)檢查與維修防護(hù)很有必要。根據(jù)系桿拱橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，吊桿上錨頭一般距離橋面較高，下錨頭在河流上方，此類橋型亦基本不設(shè)置檢修平臺，所以，目前行業(yè)內(nèi)基本通過搭設(shè)支架檢查邊側(cè)錨頭，利用橋檢車、吊車或登高車檢查中間較高處的錨頭[3]。對于系桿拱橋錨頭的檢查，常規(guī)方法是采用工具將封錨混凝土鑿除或?qū)⒎忮^鋼板切割，檢查完用混凝土封堵或者重新焊接封錨鋼板，需要耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力和時(shí)間，而且很難定期對全橋所有錨頭的滲水和銹蝕情況進(jìn)行全面檢查和處理。因此，在系桿拱橋的運(yùn)營過程中如何便捷地檢查錨頭內(nèi)部銹蝕和滲水情況并能及時(shí)處理具有十分重要的意義。

1 工程概況

如海運(yùn)河大橋位于江海高速公路上，主橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土下承式系桿拱，為剛性系桿剛性拱，長82.4m，計(jì)算跨徑80.3m，矢高為16.06m，拱軸線為二次拋物線。系桿采用箱形截面，梁高1.9m，寬1.2m，為全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件；拱肋采用等截面工字形截面，梁高1.4m，寬1.2m，為鋼筋混凝土構(gòu)件，每片拱肋設(shè)間距為5m的剛性吊桿15根；拉索采用PES7-37成品索(雙層PE結(jié)構(gòu))，一端張拉，一端固定，外套φ245mm(外)×12mm的無縫鋼管；吊桿錨具采用LZM7-37型，系桿采用C50混凝土，橫梁采用C50混凝土，均為全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路-Ⅰ級，橋梁于2010年7月建成通車。

2 錨頭病害

將全橋60個(gè)錨頭的防水罩切割打開后檢查， 其中16個(gè)錨頭保護(hù)罩內(nèi)有積水，保護(hù)罩鋼板普遍銹蝕；1個(gè)錨頭端蓋板缺失，27個(gè)錨頭端蓋板有銹跡或水跡；42個(gè)錨頭的錨杯有銹跡或水跡；43個(gè)錨頭的螺母有水珠、油珠或銹跡；系桿內(nèi)預(yù)埋鋼管均銹蝕；平行鋼絲頭均有封層、無法檢測。檢查結(jié)果如圖1及表1～2所示。

病害構(gòu)件 缺失有積水或水跡銹蝕或銹跡開裂或破損防水罩1個(gè)16個(gè)普遍/錨杯/42個(gè)/端蓋板1個(gè)27個(gè)/螺母//43個(gè)/平行鋼絲封層///3個(gè)預(yù)埋鋼板//普遍/

表2 上錨頭病害匯總

3 病害原因分析

根據(jù)本橋吊桿錨頭特點(diǎn)，分析雨水主要從以下四個(gè)方面影響吊桿錨具：

3.1 拱肋頂面

拱肋頂面預(yù)埋鋼板與防水罩焊接不密實(shí)，有細(xì)小空隙，部分防水罩與預(yù)埋鋼板用錨固膠粘接后點(diǎn)焊連接，雨水可從空隙滲入吊桿錨箱內(nèi)，順延著上鋼導(dǎo)管滲入到吊桿外套鋼管內(nèi)壁上，流至下錨頭下鋼導(dǎo)管中，再滲入到下錨頭錨具上，長期積累在下錨頭的防水罩中，使錨具各部件銹蝕。 根據(jù)上錨頭檢測情況來看，防水罩內(nèi)壁和錨具外側(cè)普遍未銹蝕，錨杯和螺母外側(cè)面普遍有大量冷凝水水珠，由于防水罩內(nèi)空間狹小，不易揮發(fā)，故一直保留在錨具上。

3.2 拱肋底面

拱肋底面預(yù)埋鋼板與吊桿外套鋼管焊接不密實(shí)，此處為吊桿外套鋼管最上端，可能會有細(xì)小空隙，雨水從該處滲入吊桿外套鋼管內(nèi)壁上，流至下錨頭下鋼導(dǎo)管中，再滲入到下錨頭錨具上，長期積累在下錨頭的防水罩中，使錨具各部件銹蝕。

3.3 系桿頂面

系桿頂面平整度較差，多處凹凸不平，雨水過后系桿頂面多處有積水。根據(jù)檢查結(jié)果，上錨頭的錨杯、螺母未發(fā)生大面積銹蝕，而對應(yīng)的下錨頭錨杯內(nèi)側(cè)和端蓋板有大量銹跡，且防水罩內(nèi)有大量積水。系桿頂面預(yù)埋鋼板N2與吊桿外套鋼管下端焊接處有細(xì)小空隙，系桿與吊桿界面間有微裂縫，雨水易從此處滲入到下鋼導(dǎo)管內(nèi)，匯集在下錨頭防水罩中。

3.4 系桿底面

下錨頭防水罩與系桿底面預(yù)埋鋼板焊接質(zhì)量較差，空隙較多，雨水易從系桿外側(cè)面或內(nèi)側(cè)面與橋面板之間的間隙流淌到系桿底面，進(jìn)而滲入到防水罩中。

4 維修處理方案

根據(jù)本橋目前的運(yùn)營狀態(tài)，基本可以滿足正常使用需求，建議對橋梁實(shí)施以下維修處理方案，以保證錨具的耐久性，如表3及圖2～4所示。

表3 維修處理方案

圖2 拱肋頂面防水處治方案

圖3 系桿頂面防水處治方案

圖4 系桿底面防水處治方案

5 防護(hù)施工

5.1 錨具除銹、涂抹防腐油脂

采用打磨機(jī)打磨預(yù)埋鋼板，用鋼絲刷清除錨具各構(gòu)件的銹跡，除銹防銹采用TB/T1527—2004中涂裝體系，無機(jī)富鋅底漆1道厚度40 um，無機(jī)富鋅面漆1道厚度30 um。

錨具需填充油脂部位主要有兩部分，即錨杯內(nèi)封層與端蓋板間空腔、錨杯外側(cè)面。錨杯內(nèi)封層與端蓋板間空腔內(nèi)采用人工除銹，涂抹、填充防腐油脂，腔內(nèi)填滿油脂后封閉端蓋板；錨杯外側(cè)面采用人工涂抹防腐油脂，油脂覆蓋深度應(yīng)不小于3cm，涂抹完畢用保鮮膜或塑料膜包裹密實(shí)。

5.2 可拆卸的密封式不銹鋼防水罩

將全橋錨頭原有防水罩改用可拆卸的不銹鋼防水罩，如圖5所示。拱肋頂面、系桿底面原有的預(yù)埋鋼板除銹與涂刷防銹漆后焊接圓環(huán)，圓環(huán)上預(yù)留6個(gè)螺栓孔，用于固定不銹鋼防水罩。檢查人員可以借助于登高車和吊架，用普通的六角扳手將螺栓擰下即可檢查錨頭是否滲水銹蝕、防腐油脂是否老化風(fēng)干，并能及時(shí)填充防腐油脂。全橋120個(gè)錨頭進(jìn)行全面的檢查和維修處理僅需要3～5天的時(shí)間，不再需要切割防水罩檢查錨頭。施工過程中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

(1) 圓環(huán)在與拱肋頂面、系桿底面的預(yù)埋鋼板焊接前，應(yīng)將預(yù)埋鋼板打磨干凈、平整，并在預(yù)埋鋼板上畫出焊接圓環(huán)的準(zhǔn)確位置后再將圓環(huán)焊接到預(yù)埋鋼板上，以保證圓環(huán)在焊接后不偏位。

(2) 不銹鋼防水罩與焊接圓環(huán)間采用橡膠墊片密封，防水罩安裝后采用水泥基防水材料將防水罩底邊沿與周圍混凝土間高差調(diào)平。

(3) 圓環(huán)內(nèi)徑至系桿底面預(yù)埋鋼板內(nèi)徑邊緣至少保留2cm的距離，應(yīng)在現(xiàn)場實(shí)測相關(guān)數(shù)據(jù)后再制作不銹鋼防水罩和焊接圓環(huán)。

圖5 可拆卸的密封式不銹鋼防水罩

5.3 系桿頂面的混凝土防護(hù)平臺

澆筑混凝土?xí)r摻入水泥基滲透結(jié)晶型摻合劑可以防止水滲入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，加入過程的順序應(yīng)根據(jù)配料廠的操作程序和設(shè)備類型不同而變化。在系桿頂面吊桿外套鋼管周圍澆筑摻入水泥基滲透結(jié)晶型摻合劑的防護(hù)平臺，如圖6所示。施工時(shí)將計(jì)算好的摻合劑粉料先與30%的水在容器內(nèi)攪拌，形成非常稀的灰漿，再將骨料、砂子、水泥和70%的水等外加劑倒入容器內(nèi)進(jìn)行攪拌，至少攪拌5分鐘，保證摻合劑均勻分布在整個(gè)混凝土中。

圖6 系桿頂面澆筑混凝土防護(hù)平臺

5.4 滴水檐(L型鋁箔)

滴水檐采用L形鋁箔(邊長3cm)，安裝在拱肋頂面、拱肋底面和系桿底面，沿橋縱向布置。施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→安裝位置畫線→混凝土表面清理→涂環(huán)氧樹脂→安裝滴水檐。施工時(shí)應(yīng)注意：在安裝滴水檐的部位畫線，清理畫線區(qū)域內(nèi)的混凝土表面，確?；炷帘砻鏌o污物、無孔洞、平整；在清理好的畫線區(qū)域內(nèi)涂環(huán)氧樹脂底膠，安裝滴水檐；系桿底面滴水檐采用方形鋁箔四周環(huán)繞安裝，拱肋頂面和底面的滴水檐采用方形鋁箔呈“U”型安裝。

6 結(jié)語

通過對某系桿拱橋進(jìn)行全橋錨頭專項(xiàng)檢查，發(fā)現(xiàn)錨頭普遍存在銹蝕和滲水兩種病害。根據(jù)橋梁實(shí)際情況，分析了錨頭病害的原因，提出采用可拆卸式的不銹鋼防水罩作為主要的防護(hù)體系，定期打開錨頭檢查錨頭的滲水和銹蝕情況，及時(shí)除銹、填充防腐油脂；同時(shí)，增設(shè)滴水檐和摻入水泥基滲透結(jié)晶型摻合劑的混凝土防護(hù)平臺作為次要的防護(hù)體系。此方法可以有效延長吊桿的使用壽命，且不再需要切割防水罩才能檢查錨頭，僅需要3～5天的時(shí)間就可以對全橋120個(gè)錨頭進(jìn)行全面的檢查和維修處理，大大節(jié)省了人力、財(cái)力和精力，可為此類橋梁的錨頭檢查、維修改造和運(yùn)營養(yǎng)護(hù)提供參考與借鑒。