獨塔斜拉橋維修加固后的監(jiān)測研究

鄭如巖

（山東省濱州公路工程有限公司，山東 濱州 256600）

0 引言

橋梁在公路運輸系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。由于荷載和環(huán)境等方面的因素，會導致橋梁使用性能逐年衰退，結構安全出現(xiàn)問題，從而使橋梁產生病害，耐久性降低。對橋梁進行維修加固是既有橋梁健康、安全運行的保障。為驗證加固效果，掌握加固后橋梁結構實際工作狀況，對橋梁進行監(jiān)測。針對監(jiān)測到的各類安全問題，可采取措施，對癥下藥，以延長橋梁預期的使用壽命。本文以某獨塔斜拉橋為研究對象，對維修加固后的橋梁進行監(jiān)測，對監(jiān)測的方法及結果進行分析研究。

1 工程概況

一獨塔混凝土斜拉橋，主跨90m，橋梁全長155m，寬度33m，單索面，塔梁墩固結，全橋共設14對拉索，索間距為4.0m，近塔端設有28m的無索區(qū)段，邊墩附近設有20.67m無索區(qū)段。設計荷載為城市-A級，人群荷載為3.5kPa，地震設防烈度為7度。主梁采用變截面箱梁，塔根處梁高為5.0m，跨中梁高為3.0m，梁高變化段在塔根無索區(qū)段，變化線型為半徑16229圓曲線。箱梁斷面為單箱五室，箱梁底寬25.4m，頂寬33m，其中懸臂3.8m。斜拉索錨固在中室內。箱梁斷面的主梁可以提供較大的抗扭剛度，與單索面拉索相適應。主塔截面為橢圓形，下大上小逐漸變化。索塔布置在中央分隔帶，與主梁和橋墩固結。索塔總高度42m，分為兩段，其中下段高27m，橢圓變化段，下端橢圓截面的斷面尺寸為5m×3m，上部橢圓斷面尺寸4m×2m，橢圓長軸與橋梁縱軸線重合，上段高度14.68m，由斷面尺寸4.2m×2m的橢圓變化至直徑為0.5m的圓。塔頂設不銹鋼裝飾件，塔身采用凹形曲線條美化。斜拉索為單索面，豎琴式布置，水平傾角20°，全橋14對，共28根。拉索采用OVM200型鋼絞線群錨體系，每根拉索有73根環(huán)氧樹脂全涂鋼絞線組成。拉索采用三層防護體系，除環(huán)氧樹脂全涂防護外，鋼絞線還外裹PE帶，最后再整束鋼絞線外套PE管。

2 橋梁存在的主要病害

綜合橋梁2014年檢測結果，按照Ⅰ類養(yǎng)護的城市橋梁，該橋評定為不合格；檢測單位建議立即限制交通，組織修復。該橋存在的主要病害如下：

（1）邊跨梁體翼緣多處滲水、泛白嚴重，梁體混凝土表觀質量差、蜂窩麻面；B2#索錨固截面附近混凝土表面大面積腐蝕、顆粒松散脫落；B2#索錨固截面梁體腹板發(fā)現(xiàn)豎向裂縫；B9#索錨固截面附近腹板存在縱向裂縫。

（2）中跨梁體各節(jié)段間下緣呈折線型，腹板中間位置有縱向通長修補痕跡，多處翼板節(jié)段接縫滲水，泛白；梁體存在多處修補痕跡，混凝土表觀質量較差[1]。

3 監(jiān)測方案

針對該橋存在的問題，相關方進行了維修加固。為驗證加固效果，掌握加固后橋梁結構實際工作狀況，制定監(jiān)測方案，并對橋梁進行科學監(jiān)測。

3.1 監(jiān)測目的和內容

監(jiān)測目的：為了解和掌握加固后橋梁結構實際工作狀況，監(jiān)測塔頂順橋向偏位、橋面線形、斜拉索索力測試等參數變化規(guī)律和發(fā)展趨勢，確保橋梁安全運營，為正確分析、評價、預測工程治理等提供可靠資料和科學依據[2]；為橋梁建立健康檔案，指導橋梁養(yǎng)護及維修。

監(jiān)測內容：主要包含塔頂順橋向偏位、橋面線形、斜拉索索力測試等內容。

3.2 監(jiān)測程序和儀器

監(jiān)測程序：橋梁相關資料調查→方案制定→現(xiàn)場監(jiān)測（塔頂順橋向偏位、橋面線形、斜拉索索力測試）→資料、數據整理分析→提交正式定期監(jiān)測報告。

本次監(jiān)測主要配備表1所示的儀器設備。

表1 監(jiān)測配置的主要儀器設備

4 監(jiān)測結果分析

4.1 橋面線性

大橋跨徑組成為60m+90m，橋面恒載線形測點設置于每跨的墩臺頂、斜拉索位置，測點設置于靠護欄處的橋面鋪裝上。線形高程測量采用精密水準儀測量，采用在橋面鋪裝上打入不銹鋼測釘做標記，作為永久測點，以塔柱位置處測點為相對參考點，橋面線形測點布置示意圖如圖1所示，東、西側相對高程如圖2、圖3所示。從中可以看出，北岸邊跨基本成直線形，南岸中跨成下凹形；2016年1月份檢測數據顯示，西側相對高程最大值為-0.331m（位于Z7#索附近），東側相對高程最大值為-0.334m（位于Z7#索附近）；2016年6月份檢測數據顯示，西側相對高程最大值為-0.3239m（位于Z7#索附近），東側相對高程最大值為-0.3199（位于Z6#索附近）；2017年1月份檢測數據顯示，西側相對高程最大值為-0.3384m（位于Z7#索附近），東側相對高程最大值為-0.3333m（位于Z6#索附近）。2017年1月份與2016年6月份檢測數據相比：西側相對高程最大值相差14.5mm（下?lián)希?，東側相對高程最大值相差13.4mm（下?lián)希?017年1月份與2016年1月份檢測數據相比：西側相對高程最大值相差7.4mm（下?lián)希?，東側Z6#索附近相對高程值相差4.3mm（下?lián)希?，東側Z7#索附近相對高程值相差-3.3mm（上撓）。

圖1 橋面線形測點布置示意圖（單位：m）

圖2 西側橋面恒載線形測試結果

圖3 東側橋面恒載線形測試結果

4.2 橋塔偏位

塔頂順橋向偏位測量采用全站儀測量，在塔身頂部邊緣切線、塔身分肢處邊緣切線，作為永久測點[3]，塔頂順橋向初始偏位測點布置見圖4，2016年1月、2016年6月檢測結果及本次監(jiān)測測量結果如表2、表3所示。從表中可以看出，2016年6月主塔東側立面順橋向偏位最大值為103.1mm；2016年6月主塔西側立面順橋向偏位最大值為90.0mm；2017年1月主塔西側立面順橋向偏位最大值為88.7mm；2017年1月主塔東側立面順橋向偏位最大值為88.6mm；2017年1月主塔東側立面順橋向偏位最大值88.6mm與2016年1月主塔東側立面順橋向偏位最大值92.9mm相差4.3mm，偏向南岸（河跨）。

圖4 主塔順橋向偏位測點布置示意圖（單位：cm）

表2 2016年1月主塔東側立面順橋向偏位數據

表3 2016年6月主塔東側立面順橋向偏位數據

4.3 索力監(jiān)測

拉索索力直接反映索結構橋梁持久狀況下的內力狀態(tài)，是評價斜拉橋承載能力的重要指標。既有橋梁拉索索力測量通常采用振動法[4]。

本次檢測主要是利用環(huán)境脈動（如大地脈動、風動），測定拉（吊）索基本頻率的激勵方法。

2017年1月斜拉索索力監(jiān)測結果表明：北岸邊跨60m跨斜拉索索力與設計值最大偏差8.64%，小于10%，60m跨實測索力與理論索力對比見圖5；南岸中跨90m跨斜拉索索力與設計值最大偏差8.72%，小于10%。

圖5 60m跨實測索力與理論索力對比

2017年1月實測索力換算成應力，最大應力達640MPa，小于平行鋼絲的容許應力。

5 結束語

綜上所述，對維修加固后的獨塔斜拉橋進行監(jiān)測，得到的結論如下：

（1）橋面線形監(jiān)測結果表明：北岸邊跨基本成直線形，南岸中跨成下凹形。原下?lián)蠑祿?.242m，2016年1月下?lián)蠑祿?.334m（位于Z7#索附近東側），2016年6月監(jiān)測下?lián)蠑祿?.3239m（位于Z7#索附近西側），2017年1月監(jiān)測下?lián)蠑祿?.3384m（位于Z7#索附近西側）。

（2）主塔順橋向偏位監(jiān)測結果表明：原主塔順橋向偏位為76.3mm，2016年1月主塔順橋向偏位為92.9mm，2016年6月監(jiān)測主塔順橋向偏位為103.1mm，2017年1月監(jiān)測主塔順橋向偏位為88.6mm。

（3）斜拉橋索力監(jiān)測結果表明：2016年1月北岸邊跨索力與設計值最大偏差絕對值為8.67%；南岸中跨索力與設計值最大偏差絕對值為8.80%；2016年1月實測索力換算成應力，最大應力達661MPa，小于平行鋼絲的容許應力[σ]=0.4f pk=708MPa。2016年6月北岸邊跨索力與設計值最大偏差絕對值為8.59%；南岸中跨索力與設計值最大偏差絕對值為8.68%；2016年6月實測索力換算成應力，最大應力達635MPa，小于平行鋼絲的容許應力708MPa。2017年1月北岸邊跨索力與設計值最大偏差絕對值為8.64%，小于10%；南岸中跨索力與設計值最大偏差絕對值為8.72%，小于10%；2017年1月實測索力換算成應力，最大應力達640MPa，小于平行鋼絲的容許應力708MPa。

總之，從監(jiān)測結果看，維修加固后的獨塔斜拉橋處于相關規(guī)范規(guī)定要求的安全運營狀態(tài)。