現役大跨鋼桁架橋病害的原因和治理研究

蔡祖明 沈 超 陳姍姍 羅海艷

(宿遷學院 建筑工程系，江蘇 宿遷 223800)

0 引言

隨著桁架體系的發明及其技術的成熟，加上鋼材在這一領域的運用，使得鋼桁架拱橋成為橋梁建筑師們的新寵，我國在近50年來特別是改革開放后，鋼桁架拱橋建設取得了巨大成就，并于2008年建成了世界第一的鋼桁架拱橋——重慶朝天門大橋。作為江蘇最為年輕的城市，特殊的水域文化和地理位置使宿遷鋼桁架拱橋發展迅速。但隨著交通運輸業的迅速發展，車流量的不斷增加，橋梁在使用過程中也出現了不同程度的損害，因此橋梁的維修加固也變的極其重要。龍河大橋位于宿遷市，橫跨徐洪河，全長173m，2010年9月龍河橋橋梁部位因發生塌陷而被相關部門認定為危橋，后決定對該大橋實施改造。在改造中66m主跨全部采用鋼桁架梁，本文以龍河大橋改造后的鋼桁架橋為背景，對宿遷市鋼桁架橋的工程應用的實際情況進行調查，總結了鋼桁架橋梁在運營中所出現的典型病害，并分析病害產生的原因、探討加固的方法。

1 主要病害及原因

1.1 上部結構

1.1.1 鋼材銹蝕

銹蝕是影響鋼橋健康狀況的最主要因素，包括：①嚴重銹蝕產生局部銹坑，使得對刻痕敏感的受拉鋼構件發生脆性破壞。②銹蝕發展造成構件截面損失，如是設計控制部位，則將極大地降低橋梁承載力。③不對稱銹蝕可能產生偏心受力作用，從而發生永久變形。④板間銹脹造成板件永久鼓包變形。銹蝕嚴重地影響著鋼桁架橋的耐久性，使其維護更加昂貴，并威脅著桁架結構的安全[1]。

1.1.2 穩定性不足

橋梁由于穩定性不足導致變形而喪失承載力是橋梁常見病害之一，橋梁結構失穩主要包括以下三種：整體失穩，構件失穩，局部失穩。規范規定壓桿的彎曲率不得超過其長度的1/500，拉桿不超過其長度1/300，對于鋼桁架拱橋出現彎曲桿件時，必須及時校正、整修、加固或更換。

1.1.3 桿件裂縫

裂縫是鋼桁架拱橋上部結構最常見的病害，其主要原因有材料缺陷、受力變化幅度大、應力集中、變形和焊接缺陷等。常見的裂縫有以下幾種：①橫梁與主梁腹板連接處一般采用剛性連接，在活荷載作用下連接角處產生交變彎矩，引起疲勞裂紋。②主梁腹板受壓區由于具有初偏心，在壓力作用下會發生鼓脹，從而引起周圍焊縫開裂。③主梁受拉翼緣的開孔、焊腳或鋼材缺陷處易形成垂直于應力方向的裂縫。④由于鋼桁架拱橋在長期活荷載作用下橫系桿的橫向聯接功能減弱，導致橋梁橫向整體感度降低，使橫向聯系梁、桿、板出現豎向裂縫[2]。

1.2 橋面系結構

1.2.1 橋面鋪裝層

由于直接承受車輛的作用，加之自然環境的影響，所以鋪裝層容易發生各種不同程度的缺陷。現階段橋面大多采用瀝青類鋪裝層，瀝青混合料抗剪強度低，在荷載作用下橋面易形成縱向、橫向或網狀裂縫，有的甚至表層剝落、下陷。

1.2.2 橋梁欄桿

欄桿是橋梁上部結構的組成部分，是橋梁上的安全防護設施，也是橋梁美化的一種藝術裝飾。但由于交通事故、管理不當、環境影響等造成的撞毀、缺損、裂縫、變形和銹蝕降低了交通安全，有損美觀。

1.2.3 橋梁伸縮縫

橋面伸縮縫裝置由于設置在梁端構造薄弱部位，直接承受車輛反復荷載作用，又多暴露于大自然環境中，受到各種自然因素的影響，因此，可以說伸縮縫裝置是易損壞、難修補的部位，經常發生各種不同程度的缺陷[3]。設計和施工方面的原因，如橋面板剛度不足、伸縮量計算不精確、選材的不合理。極易導致伸縮縫裝置的開焊、脫落，最終引起伸縮縫裝置的破壞。

1.2.4 橋梁搭板

橋頭搭板是為防止橋頭跳車而設置在橋頭兩側的混凝土板，由于它一端與橋臺相連，一端與路基相連。在沉降作用下會導致連接的不順適，出現橋頭跳車，影響形式的舒適感。

1.3 下部結構

1.3.1 墩臺的病害

橋梁墩臺位于橋梁上部結構和基礎之間，它將上部結構的荷載傳遞給基礎，因此，橋梁上部結構和基礎的變化對他都會產生影響。墩臺的缺陷主要有承載力不足、沉降、傾斜、位移及開裂等。

由于外部溫差、日照的影響，在橋墩向陽面，水位線以上易形成有溫差應力導致的網狀裂縫。由于填土、凍脹或地基承載力不足，會引起橋臺側墻、前胸、翼墻下沉、外傾或位移。另外，在船只、漂流物的碰撞下，墩臺會發生局部破壞。

1.3.2 橋基礎的病害

橋梁基礎主要病害有基礎的不均勻沉降、滑移、傾斜、開裂等。由于地基壓密下沉引起的基礎沉降，對于任何一座橋來說都是不可避免的，在一定范圍內這是正常現象，而超過允許值則會對橋梁產生有害影響[4]。基礎臨水面地基土層易受到誰的沖刷而流失，導致基礎側向壓力的減小，使其產生側向位移。結構的變形又會產生局部異常應力，因其自身的開裂，降低基礎的耐久性、可靠度。

2 維修加固方法

2.1 上部結構的維護加固

2.1.1 補強加固

對于上部結構的一些破壞不是特別嚴重的構件，在綜合考慮經濟和安全的因素下，一般采取補強的加固措施。橋梁補強常用方法有：黏貼鋼板加固法、黏貼碳纖維加強塑料加固法。

2.1.2 構件更換

對于已破壞或不能承受原設計荷載的結構構件，必須用新的構件進行更換，是結構承載力恢復到原設計的承載力。

2.2 橋面系結構的維護加固

橋面鋪裝層主要以養護為主，定時的清掃，保持橋面清潔；及時排除雨后積水。當鋪裝層出現裂縫、坑槽、車轍、起皮、露骨、斷裂時，需將破損鋪裝層鑿除，重新鋪裝。一般不可直接在原橋面上加鋪，以避免增加橋梁荷載。

2.3 下部結構的維修加固

2.3.1 基礎維護加固

基礎加固一般采用的方法有：擴大基礎加固、補樁加固。橋梁基礎通過擴大基礎面積，可達到加固的目地。擴大基礎大方法適用于基礎承載力不足，或埋深不大的剛性基礎。在基礎強度滿足要求而沉降過大時也一般采用擴大基礎底面積法加固。對于樁式基礎，一般采用增補樁基加固。即在樁式基礎的周圍，補加鉆孔樁或打入預制樁，并擴大承臺面積。

2.3.2 墩臺維護加固

墩臺發生水平位移和傾斜應分析原因，制定合理的加固方案，進行加固。橋墩被車輛、船只、流水等撞損，可將損傷的樁柱鑿除松動部分，添加鋼筋，立模灌注原等級的混凝土，按原樣恢復；或在損傷處，將原混凝土鑿毛，加設圍帶，用擴大體積法或纖維織物法使損傷部位得以加強[5]。因土壓力而產生傾斜或滑移時可采用修筑撐壁法進行加固。對于橋臺的側墻發生外傾時，可設拉桿加固。

3 結束語

鋼桁架拱橋在病害、維護與加固上與其他形式的橋梁有著很多共同之處，也有其結構特性的缺陷，在加固時，要剖析橋梁的加固機理，遵循橋梁加固準則，分清那些橋梁病害需要預防，哪些橋梁需要加固治理，使橋梁的維護、加固取得應有的效果。

［1］陳維珍，等.鋼桁架橋評定與加固[M].科學出版社，2012.

［2］陳正偉.剛架拱橋實用加固技術研究[D].重慶交通大學，2008.

［3］武春山，張德成.橋梁養護與加固技術[M].人民交通出版社，2010，5.

［4］諶潤水，周錦中.雙曲拱橋加固改造成套技術[M].人民交通出版社，2009，5.

［5］譚金華,楊吉新,陳響平.橋梁鋼結構[M].武漢理工大學出版社，2012，9：87-88.