某懸索橋定期檢查及技術(shù)狀況研究

楊秋娥， 丁念明

(湖南省高速公路集團(tuán)有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410022)

懸索橋在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中因“剛度小”的特點(diǎn)，在車輛荷載作用下會(huì)產(chǎn)生較大變形和振動(dòng)。加上懸索橋常處于潮濕、復(fù)雜和惡劣的山區(qū)環(huán)境，這種環(huán)境會(huì)不可避免地對(duì)橋梁各部件特別是纜索造成不同程度的損傷，而對(duì)于懸索橋這種特殊橋型，輕微的損傷都會(huì)造成其永久危害。因此，對(duì)懸索橋進(jìn)行定期檢查和技術(shù)狀況評(píng)定極其重要。針對(duì)某運(yùn)營(yíng)25年的鋼結(jié)構(gòu)懸索橋，楊健等通過(guò)外觀檢查、主纜線形和鋼桁架變形測(cè)量等，分析、評(píng)估其性能狀態(tài)，并提出建設(shè)性的養(yǎng)護(hù)管理措施；肖輝等對(duì)四川印把子溝跨線懸索橋進(jìn)行定期檢測(cè)，為橋梁養(yǎng)護(hù)管理提供參考。該文對(duì)湖南高速公路某懸索橋進(jìn)行客觀、詳實(shí)的檢查，了解其總體技術(shù)狀況，提出有針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)、維修或加固處治建議，為下一步的養(yǎng)護(hù)施工提供工作范圍及技術(shù)支持，確保橋梁的安全運(yùn)營(yíng)。

1 工程概況

某懸索橋橫跨峽谷，谷頂寬約420 m，谷頂與谷底高差達(dá)280 m左右，是湖南省內(nèi)高速公路上的一座特大型橋梁。橋梁全長(zhǎng)1 194.20 m，兩座主塔高度分別為137.488、123.192 m，跨徑布置為(200+856+190) m。鋼桁梁全長(zhǎng)854 m，桁高6.5 m，桁寬28 m，節(jié)間長(zhǎng)度6 m(見(jiàn)圖1)。橋塔下橫梁處設(shè)豎向支座及橫向抗風(fēng)支座，跨中設(shè)柔性中央扣。全橋共69對(duì)吊索，吊索標(biāo)準(zhǔn)間距為12 m，端吊索至索塔的距離為20 m。索塔采用門(mén)式框架結(jié)構(gòu)，兩岸錨碇均采用重力式錨碇。其標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見(jiàn)圖2。

2 橋梁定期檢查

為全面掌握該橋使用狀況，評(píng)估其結(jié)構(gòu)性能，從而校核橋梁基本數(shù)據(jù)信息、完善和更新橋梁管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，并為橋梁管養(yǎng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和安全養(yǎng)護(hù)運(yùn)營(yíng)措施，于2017年12月—2018年3月對(duì)該橋進(jìn)行細(xì)致檢查及變位測(cè)量，評(píng)定其技術(shù)狀況。

2.1 檢查內(nèi)容

對(duì)橋梁主體結(jié)構(gòu)及其附屬構(gòu)造物的技術(shù)狀況進(jìn)行全面檢查，其中目測(cè)對(duì)象主要為主纜、吊索、索塔、鋼桁加勁梁、錨碇、支座、橋面系及伸縮縫等。此外，根據(jù)該橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行橋面線形、主纜線形及索塔傾斜度測(cè)量，檢查砼材質(zhì)狀況(包括砼強(qiáng)度、碳化深度、鋼筋保護(hù)層厚度和鋼筋銹蝕等)。

2.2 橋梁外觀檢查

分別對(duì)該橋上部、下部結(jié)構(gòu)和橋面系進(jìn)行外觀檢查。上部結(jié)構(gòu)檢查結(jié)果見(jiàn)表1。

下部結(jié)構(gòu)檢查如下：1) 兩側(cè)錨碇存在的問(wèn)題。前、后錨室錨坑內(nèi)存在較深積水；前錨室洞門(mén)內(nèi)的地面有積水、雜物堆積；通風(fēng)除濕系統(tǒng)未正常運(yùn)轉(zhuǎn)；錨碇室內(nèi)砼表面有大面積水蝕痕跡，局部存在縱橫泛白、鐘乳現(xiàn)象；錨室內(nèi)鋼模板未拆除，存在銹蝕情況[見(jiàn)圖4(a)]。前錨面部分錨頭防護(hù)帽出油孔處油杯或蓋子缺失[見(jiàn)圖4(b)]，個(gè)別錨頭防護(hù)帽內(nèi)防腐油脂溢出。后錨面?zhèn)€別錨頭經(jīng)常被積水淹沒(méi)，錨頭防護(hù)帽銹蝕。2) 其他構(gòu)件如索塔基礎(chǔ)、散索鞍及河床等狀況良好，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

圖1 某懸索橋橋型布置示意圖(單位：cm)

圖2 某懸索橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意圖(單位：cm)

表1 橋梁上部結(jié)構(gòu)檢查結(jié)果

圖3 橋梁上部結(jié)構(gòu)典型圖片

橋面系檢查結(jié)果見(jiàn)表2。

圖4 橋梁下部結(jié)構(gòu)典型圖片

檢查構(gòu)件檢查狀態(tài)描述橋面鋪裝全橋鋪裝基本完好,右幅橋面存在一處沉陷[見(jiàn)圖5(a)]伸縮縫全橋伸縮縫型鋼主體及橡膠條均完好,伸縮縫錨固區(qū)砼出現(xiàn)較多縱橋向裂縫護(hù)欄護(hù)欄撞擊、刮蹭、變形、錯(cuò)位、基座開(kāi)裂破損排水系統(tǒng)3處PVC管接頭松動(dòng)或開(kāi)裂,21處PVC管與鑄鐵泄水管脫開(kāi)[見(jiàn)圖5(b)]照明、標(biāo)志狀況良好,未發(fā)現(xiàn)明顯病害附屬設(shè)施狀況良好,未發(fā)現(xiàn)明顯病害

圖5 橋面系典型圖片

2.3 橋梁線形及主塔偏位檢查

依據(jù)JTG H11-2004《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》，大跨徑或特殊結(jié)構(gòu)橋梁需進(jìn)行橋面線形、主纜線形及主塔偏位測(cè)量。

(1) 橋面線形。此次測(cè)量為該橋的第二次測(cè)量，由于沒(méi)有竣工線形測(cè)量數(shù)據(jù)，將線形測(cè)量結(jié)果與2016年首次測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，兩次測(cè)量結(jié)果的誤差見(jiàn)圖6。由圖6可知：兩次橋面線形誤差在6 mm以內(nèi)，線形基本一致，說(shuō)明橋梁線形從2016年4月至今未發(fā)生明顯變化，橋梁線形狀態(tài)良好。

圖6 主橋線形誤差

(2) 主纜線形。主纜線形兩次測(cè)量結(jié)果的誤差見(jiàn)圖7。由圖7可知：上、下游側(cè)主纜線形誤差在3 cm以內(nèi)，測(cè)量結(jié)果與2016年首次測(cè)量結(jié)果基本一致，說(shuō)明主纜線形從2016年4月至今未發(fā)生明顯變化，主纜線形較平順。

圖7 主纜線形誤差

(3) 主塔偏位。主塔縱橫向偏位測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知：橋塔縱橫向偏位量均在規(guī)范允許范圍的0.3H%以內(nèi)；測(cè)量結(jié)果與2016年首次測(cè)量數(shù)據(jù)基本一致，橋塔未出現(xiàn)明顯變位。

表3 主塔橫、縱向測(cè)量結(jié)果

2.4 砼材質(zhì)狀況檢查

(1) 砼強(qiáng)度。依據(jù)JTG/T J21-2011《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》中砼強(qiáng)度檢測(cè)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，該橋上、下部結(jié)構(gòu)的砼強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)度值基本為1，個(gè)別測(cè)區(qū)為2，說(shuō)明所選測(cè)區(qū)砼強(qiáng)度均處于良好或較好的狀態(tài)。

(2) 砼碳化深度。該橋砼碳化深度與保護(hù)層厚度的比值Kc均小于0.5，砼碳化深度對(duì)保護(hù)層保護(hù)鋼筋的效能無(wú)影響或影響輕微。

(3) 鋼筋保護(hù)層厚度。該橋鋼筋保護(hù)層厚度評(píng)定標(biāo)度值基本為1，根據(jù)JTG/T J21-2011，所選測(cè)區(qū)砼保護(hù)層對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性影響不顯著；個(gè)別T梁底板或腹板所選測(cè)區(qū)的鋼筋保護(hù)層厚度評(píng)定標(biāo)度值為2，對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性有輕度影響。

(4) 鋼筋銹蝕電位。該橋測(cè)區(qū)測(cè)點(diǎn)的電位值均大于-200 mV，根據(jù)JTG/T J21-2011，測(cè)區(qū)的鋼筋銹蝕狀態(tài)屬于無(wú)銹蝕活動(dòng)性或銹蝕活動(dòng)性不確定，評(píng)定標(biāo)度值為1，滿足要求。

2.5 吊索恒載索力檢查

采用索力儀對(duì)主橋吊索索力進(jìn)行測(cè)試，方法如下：在恒載狀態(tài)下，采用弦振法通過(guò)無(wú)線索力測(cè)試分析系統(tǒng)測(cè)試吊索的自振頻率，由測(cè)得的基頻及吊索長(zhǎng)度、線容重等參數(shù)計(jì)算吊索索力。共對(duì)全橋138根吊索的恒載索力進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與計(jì)算值的誤差見(jiàn)圖8。由圖8可知：上、下游側(cè)吊索索力與計(jì)算值的誤差在0.1%左右，在恒載作用下吊索的實(shí)測(cè)索力與計(jì)算值基本吻合，沒(méi)有出現(xiàn)明顯偏差，吊索受力基本正常。

圖8 吊索索力與計(jì)算值的誤差

3 橋梁技術(shù)狀況評(píng)定

3.1 橋梁技術(shù)狀況評(píng)價(jià)分析依據(jù)及方法

采用JTG/T H21-2011《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》推薦的分層綜合評(píng)定與五類橋梁?jiǎn)雾?xiàng)控制指標(biāo)相結(jié)合的方法進(jìn)行全橋技術(shù)狀況評(píng)定，評(píng)定流程為評(píng)定橋梁各構(gòu)件→評(píng)定橋梁各部件→分別評(píng)定橋面系、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)→根據(jù)式(1)計(jì)算全橋總體技術(shù)狀況評(píng)分Dr，評(píng)定橋梁的總體技術(shù)狀況。

Dr=IDWD+ISPWSP+ISDWSD

(1)

式中：ID、ISP和ISD分別為橋面系、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況評(píng)分；WD、WSP和WSD分別為橋面系、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的權(quán)重。

根據(jù)全橋總體技術(shù)狀況評(píng)分確定橋梁狀況等級(jí)，共分為五類，分別為全新?tīng)顟B(tài)和功能完好的一類等級(jí)(Dr=95～100)、具有輕微缺損且對(duì)橋梁使用功能無(wú)影響的二類等級(jí)(Dr=80～94)、具有中等缺損但還能維持正常使用功能的三類等級(jí)(Dr=60～79)、主要構(gòu)件有較大缺損且嚴(yán)重影響橋梁使用功能的四類等級(jí)(Dr=40～59)、主要構(gòu)件存在嚴(yán)重缺損且不能正常使用的五類等級(jí)(Dr=0～39)。

3.2 橋梁總體技術(shù)狀況評(píng)定

采用以上評(píng)價(jià)方法，根據(jù)橋梁定期檢查結(jié)果分別對(duì)橋面系、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行部件評(píng)分，進(jìn)而對(duì)全橋進(jìn)行總體技術(shù)狀況評(píng)分，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 橋梁技術(shù)狀況評(píng)定結(jié)果

由表4可知：該橋的總體狀況評(píng)分為82.67，綜合評(píng)定為二類，處于“有輕微缺損，對(duì)橋梁使用功能無(wú)影響”的狀態(tài)，能滿足橋梁使用功能，但需進(jìn)行必要的維修。

4 處治建議

(1) 對(duì)于主橋預(yù)制橋面板盆式支座的鋼構(gòu)件銹蝕，建議整體頂升鋼縱梁及橋面板，更換銹蝕嚴(yán)重的支座，對(duì)局部銹蝕的支座除銹后進(jìn)行防腐涂裝。

(2) 及時(shí)抽干4個(gè)錨碇前、后錨室內(nèi)的積水，恢復(fù)錨室內(nèi)通風(fēng)和抽濕設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，保持錨室內(nèi)干燥無(wú)積水；針對(duì)錨碇滲漏水問(wèn)題進(jìn)行專題研究，確定永久處治措施。