某公路大橋養(yǎng)護專項工程實施方案研究

賈力

（河南省交通運輸發(fā)展集團有限公司三門峽分公司，河南三門峽472000）

1 項目概況

某公路大橋主橋為1×85m 簡支下承式鋼管混凝土系桿拱橋，橋梁全長91.6m，全寬44.8m。下部結(jié)構(gòu)采用一字臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。該橋計算跨徑為85m，計算矢高f=20m，矢跨比為1/4.25，拱肋拱軸線采用二次拋物線。標準橋梁橫斷面寬44.8m=3m（欄桿+人行道）+4.5m（慢車道）+3m（拱肋、系桿）+0.5m（防撞墻）+22.8m（機動車道）+0.5m（防撞墻）+3m（拱肋、系桿）+4.5m（慢車道）3m（人行道+欄桿）。該橋拱肋鋼管內(nèi)填充混凝土，系梁、端橫梁、中橫梁、中橫梁、墊石、橋面板均采用C50 混凝土；橋臺耳背墻、臺身、防撞墻采用C35 混凝土；承臺、人行道板和基座采用C30 混凝土；橋臺基樁采用C30 水下混凝土。拱肋鋼管（主弦管、腹桿、風撐鋼管）、吊點處鋼箱采用鋼板焊接成形，鋼材為Q345qD，人行道欄桿鋼材采用Q235 材質(zhì)。吊桿采用PES 鍍鋅鋼絲拉索，鋼絲直徑為7mm，鋼絲束公稱截面積71.97cm2，表面熱鍍鋅，外包兩層HDPE 外套，拉索外徑125mm。鋼絞線采用低松弛高強度預應力鋼絞線，采用符合《預應力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224—2003）標準，單根鋼絞線直徑為15.2mm，鋼絞線公稱截面面積為A=139mm2，標準強度fPK= 1860MPa，彈性模量EP= 1.95 × 105MPa。普通鋼筋直徑≤10mm 采用HPB300 鋼筋，直徑≥12mm 采用HRB400 鋼筋。支座采用抗震型球形鋼支座JQZ 系列產(chǎn)品，其材料和性能須符合《橋梁球型支座》（GB/T 17955—2009）的規(guī)定[1]。

北側(cè)引橋為預應力連續(xù)T 梁橋：橋跨布置從北向南為l 聯(lián)（5×35m 預應力混凝土T 型梁）+16 聯(lián)（7×35m 預應力混凝土T 型梁）+2 聯(lián)（5×35m 預應力混凝土T 型梁）+l3 聯(lián)（5×50m 預應力混凝土T 型梁）+4 聯(lián)（4×50m 預應力混凝土T 型梁）。下部結(jié)構(gòu)為空心墩、群樁基礎(chǔ)；主、引橋間兩連接墩蓋梁為預應力混凝土蓋梁，混凝土標號C50，預應力鋼材采用高強度低松弛鋼鉸線，標準強度1860MPa，張拉錨固采用OVM張拉錨固體系。

南側(cè)引橋為20m 預應力混凝土空心板梁橋，橋跨布置從北向南為3 聯(lián)（9×20m 預應力混凝土空心板）。橋臺下部為三肋板式臺身，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋墩為三柱式，橋面簡易連續(xù)，橋臺設(shè)DSB-80C 型伸縮縫裝置，橋墩設(shè)DSB-160 型伸縮裝置。支座采用盆式橡膠支座，橋頭路基及錐坡鋪砌采用7.5 號砂漿砌片石，10號水泥砂漿勾縫。

2 養(yǎng)護專項工程基本情況

2.1 歷年養(yǎng)護實施情況

一是2008年對鋼管拱進行整體刷漆，涂刷兩遍底漆+面漆，在2018年對局部漆面脫落進行了專項處置；二是鋼管拱灌漿自建成以來未曾進行過專項處置；三是2018年對鋼管拱拱座進行過專項處置，對全部大理石進行了重鋪，利用原大理石1300m2，更換新大理石100m2；四是伸縮縫自2010年以來進行過6 次養(yǎng)護專項工程（2013年、2015年、2016年、2019年），其中2019年的3 個養(yǎng)護專項工程涉及伸縮縫處置。

2.2 此次養(yǎng)護實施內(nèi)容

結(jié)合某公路大橋現(xiàn)場勘查情況和近幾年的橋梁檢測結(jié)果，主要存在以下病害：

其一，主橋鋼拱架防腐體系使用年限超出設(shè)計使用年限，存在老化、褪色、顏色陳舊、局部銹蝕，拱座瓷磚部分松動、脫落等病害。

其二，主橋鋼管拱內(nèi)混凝土存在空洞病害，且鋼管混凝土上球冠型脫空率大于0.6%或脫空高度大于5mm，按照《公路鋼管混凝土拱橋設(shè)計規(guī)范》（JTG/TD65-06—2015）要求，應對鋼管內(nèi)混凝土脫空缺陷進行修補灌注。

其三，伸縮縫主要存在型鋼變形、型鋼斷裂、型鋼局部缺失，止水帶破損，錨固區(qū)混凝土存在破損、裂縫等病害[2]。

鑒于以上情況，從改善橋梁使用性能，提高橋梁構(gòu)件安全性和耐久性，保障橋梁運行安全，提升城市整體形象的原則出發(fā)，需對某公路大橋主橋鋼管拱以及全橋的伸縮縫進行專項處置。

3 典型病害及成因分析

依據(jù)近幾年的橋梁檢測報告，該橋橋梁技術(shù)狀況評定等級為2 類。但主橋鋼管拱及伸縮縫等構(gòu)件存在較多病害，病害的進一步發(fā)展將降低橋梁的耐久性，甚至危機橋梁的安全運營，現(xiàn)將某公路大橋存在的典型病害及其成因分析如下：

3.1 鋼管拱內(nèi)混凝土脫空

通過對鋼管混凝土采用錘擊法結(jié)合非金屬超聲波法檢測，發(fā)現(xiàn)拱肋內(nèi)鋼管混凝土局部存在脫空病害，經(jīng)過調(diào)查統(tǒng)計鋼管混凝土脫空1338.6m，且鋼管混凝土上球冠型脫空率大于0.6% 或脫空高度大于5mm，按照《公路鋼管混凝土拱橋設(shè)計規(guī)范》（JTG/TD65-06—2015）要求，應對鋼管內(nèi)混凝土脫空缺陷進行修補灌注。鋼管拱內(nèi)混凝土局部脫空會導致混凝土支撐鋼管的作用減弱，對鋼管混凝土承載能力和剛度影響較大[3]。

3.2 鋼管拱防腐涂層老化

雖以往對鋼管拱進行過局部除銹刷漆，但隨著使用年限的增加，鋼管拱局部仍會出現(xiàn)表面漆顏色老化、局部漆剝落、銹蝕等現(xiàn)象。某公路大橋主橋鋼管拱、一字撐、K 型橫撐等鋼結(jié)構(gòu)位于黃河正上方，加劇鋼結(jié)構(gòu)表面漆病害的發(fā)展。目前，主橋鋼管拱、一字撐、K 型橫撐等鋼結(jié)構(gòu)仍存在局部漆皮脫落等現(xiàn)象。

分析主要原因如下：

一是鋼管拱已使用16年之久，期間小修保養(yǎng)進行過局部除銹刷漆，根據(jù)《公路鋼管混凝土拱橋設(shè)計規(guī)范》（JTG/TD65-06—2015）鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層體系保護年限應為15年，已超出設(shè)計保護年限。

二是該橋地處暖濕帶大陸性季風氣候區(qū)，四季分明，旱年多，澇年少，夏秋熱，冬季寒冷干旱，長期的自然環(huán)境不斷的侵蝕著大橋的鋼結(jié)構(gòu)外表面，進一步加劇鋼管拱表面漆病害的發(fā)展。

三是某公路大橋南段交通量大，大量的車輛尾氣會提高空氣中硫氧化合物的含量，降低鋼結(jié)構(gòu)漆面的使用壽命[4]。

3.3 鋼管拱拱座大理石脫落

鋼管拱拱座瓷磚部分松動、脫落，給過往行駛車輛帶來安全隱患。分析主要原因如下：

其一，該橋運營時間長，拱座大理石的螺栓隨著年限的增長銹蝕、脫落。

其二，該橋地處暖濕帶大陸性季風氣候區(qū)，長期的自然環(huán)境不斷的侵蝕拱座。

其三，該橋車流量大且重車多，橋梁構(gòu)件振動導致螺栓松動脫落。

3.4 伸縮縫病害

結(jié)合近年來橋梁養(yǎng)護記錄和現(xiàn)場勘查情況，橋梁伸縮縫主要是使用年限的增加，交通量的逐年增大，伸縮縫在車輛反復動力荷載及沖擊作用和承受疲勞、磨損等侵蝕下，出現(xiàn)型鋼變形、型鋼斷裂、型鋼局部缺失，止水帶破損，錨固區(qū)混凝土存在破損、裂縫等病害，經(jīng)專項小組現(xiàn)場復核，目前共有32 道伸縮縫病害較為嚴重，其中D160 型伸縮縫31 道，D80 型1 道。型鋼斷裂、缺失位置大部分位于2、3、4 行車道處。

分析主要原因如下：

其一，病害多位于第三、四車道，該路段車流量大且行駛超重車輛多，在重車的頻繁沖擊作用下造成伸縮縫破損。

其二，該路段使用年限的增加，交通量的逐年增大，伸縮縫、止水、錨固區(qū)出現(xiàn)病害。

其三，伸縮縫與橋面鋪裝存在高差，造成車輛通行時，產(chǎn)生極大的沖擊力，導致后澆帶混凝土破損。

其四，型鋼伸縮縫錨固連接構(gòu)造不合理，在車輛的沖擊作用下，出現(xiàn)脫焊等病害，導致型鋼松動[5]。

4 專項養(yǎng)護維修設(shè)計方案

4.1 設(shè)計原則

此次專項工程為橋梁維修加固，設(shè)計方案以恢復構(gòu)件使用功能、恢復承載能力、增強安全性和耐久性為目的。此次維修加固設(shè)計遵循盡可能不損傷原結(jié)構(gòu)，避免不必要的拆除及更換，防止加固中造成新的結(jié)構(gòu)損傷或病害的原則，依據(jù)原橋梁竣工圖、設(shè)計圖、檢測評估報告和現(xiàn)場核對進行設(shè)計。設(shè)計中區(qū)分構(gòu)件結(jié)構(gòu)性病害與非結(jié)構(gòu)性病害，對非結(jié)構(gòu)性病害的構(gòu)件維修方案以恢復使用功能和增強耐久性為主；對結(jié)構(gòu)性病害以及受力構(gòu)件維修加固以恢復構(gòu)件使用功能和提高承載能力為主要措施。

4.2 病害維修處治方案

4.2.1 主橋鋼管拱鉆孔灌漿

該專項采用《公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T J23—2008）中的施工工藝，對鋼管拱內(nèi)混凝土脫空區(qū)域填充無收縮灌漿料（推薦環(huán)氧樹脂類），無收縮灌漿料添加適量的微膨脹劑（通過試驗確定劑量），在管內(nèi)脫空段按1m 左右間距鉆孔，孔徑10mm，在孔內(nèi)插入長約100mm 鋼管做灌漿管，用環(huán)氧樹脂封閉固定；灌漿壓力應控制在0.2～0.6MPa 之間，灌漿應按自下而上順序進行；灌漿料固化3d 后，應用超聲波及人工敲擊檢測，脫空部分填充飽滿后，應復原封口，打磨平整，結(jié)合鋼管拱涂裝統(tǒng)一處置。該項目施工前應在試驗管上進行多次二次灌漿試驗，通過材料配合比試驗、試驗管壓漿試驗以及實橋鉆孔調(diào)查等手段，確定并順利實施拱肋壓漿方案，為實橋拱肋壓漿施工奠定良好的基礎(chǔ)，提供借鑒經(jīng)驗。

4.2.2 主橋鋼管拱涂裝

根據(jù)橋梁檢測報告和現(xiàn)場勘查，鋼管拱存在漆面脫落、銹蝕等病害，考慮到修補鋼管拱鉆孔灌漿對漆面的磨損，鋼管拱灌漿一起處置可以利用現(xiàn)有的施工作業(yè)平臺，減少施工措施費，合理利用資源，提升橋梁整體形象。

此次專項采用局部銹蝕、整體涂裝的處置方案。涂層修復選擇的底層、中層、面層漆分別為環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧（云鐵）漆、氟碳面漆。氟碳面漆具有抗褪色、抗起霜性、抗大氣污染（酸雨等）的耐腐蝕性、抗紫外線能力和抗裂性強等特性。具體處置方案如下：局部處置（因?qū)嶋H局部銹蝕面積的不確定性，工程量以實際發(fā)生為準），對鋼管拱局部銹蝕處采用人工+機械打磨除銹，等級達到《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》（GB/T.1 8923—2011）規(guī)定的Sa2 級。采用《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》（JT/T722—2008）制定的鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝工藝說明，采用環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧（云鐵）漆。

4.2.3 更換損壞伸縮縫裝置

由于該橋處于京港澳高速新鄭段的咽喉部位，交通量穩(wěn)居全省首位，且貨車比例高，考慮該橋社會影響、施工便捷、降低施工安全隱患等因素以及往年伸縮裝置實施情況，此次更換伸縮裝置采用整體加強型雙層止水帶伸縮裝置+聚合物樹脂修補材料。此次專項伸縮裝置更換時，接縫位置應設(shè)在車道分界線處，在接縫處鋼梁頂部和側(cè)面搭焊4mm 鋼板進行加強，并對接縫處的焊縫進行無損檢測，檢測結(jié)果應滿足《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標準》（GB 50205—2020）一級焊縫要求。

具體處置方案如下：首先，D80 伸縮縫處置是鑿除原橋伸縮縫破損的混凝土，拆除原橋的伸縮裝置，保留原伸縮縫預留鋼筋（部分具有利用價值的進行恢復），嚴重損壞位置，對主梁和背墻按25cm 間距植筋，與新伸縮縫（整體加強型雙層止水帶）鋼筋焊接，鋪設(shè)10cm×10cm 的防裂鋼筋網(wǎng)，最后伸縮縫錨固區(qū)澆筑聚合物樹脂修補材料。其次，D160 伸縮縫處置：鑿除原橋伸縮縫破損的混凝土，拆除原橋的伸縮裝置，保留原伸縮縫預留鋼筋（部分具有利用價值的進行恢復），嚴重損壞位置，對主梁按25cm 間距植筋，邊梁的錨固系統(tǒng)采用10mm 厚的焊接鋼板，與新伸縮縫（整體加強型雙層止水帶）焊接，鋪設(shè)10cm×10cm 的防裂鋼筋網(wǎng)，最后伸縮縫錨固區(qū)澆筑聚合物樹脂修補材料。

5 結(jié)語

通過組織召開養(yǎng)護專項工程實施方案專家評審會，會議認為施工圖設(shè)計文件編制內(nèi)容基本全面，設(shè)計深度基本符合相關(guān)要求，設(shè)計方案基本可行。根據(jù)專家意見修改完善后，可以作為施工圖批復的主要依據(jù)。結(jié)合國內(nèi)鋼管拱脫空處置情況，對鋼管拱內(nèi)脫空病害處置應慎重。建議調(diào)研目前鋼管混凝土脫空的定量檢測手段，采用先進檢測方案對鋼管拱脫空病害進行重新檢測?？上冗M行試驗段，根據(jù)試驗段結(jié)果再確定下一步具體實施方案。