鋼管混凝土拱橋技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)探討

余印根

（福建省永正工程質(zhì)量檢測有限公司　福建　福州　350012）

鋼管混凝土拱橋技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)探討

余印根

（福建省永正工程質(zhì)量檢測有限公司福建福州350012）

以某中承式鋼管混凝土拱橋定期檢查結(jié)果為研究對象，應(yīng)用《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG H11-2011）對橋梁技術(shù)狀況進(jìn)行評定，評定結(jié)果表明，該橋總體技術(shù)狀況等級均為4類。對評定過程中該標(biāo)準(zhǔn)存在的問題和不足進(jìn)行了深入的分析探討，并提出了改進(jìn)建議。

鋼管混凝土；拱橋；公路；技術(shù)狀況；評定標(biāo)準(zhǔn)

引言

2000年以后鋼管混凝土拱橋成為中國修建數(shù)量最多的拱橋橋型[1]。由于早期設(shè)計、施工技術(shù)的不成熟和長期使用過程中的損傷、老化或災(zāi)害，現(xiàn)役的該類橋梁逐漸暴露出一些病害，甚至部分橋梁運(yùn)營過程中出現(xiàn)安全事故。因此，制定完善的養(yǎng)護(hù)管理機(jī)制，加強(qiáng)對該類橋梁的養(yǎng)護(hù)管理，保證橋梁的安全運(yùn)營，延長橋梁服務(wù)年限，已經(jīng)成為急需解決的問題。

為了合理制訂養(yǎng)護(hù)與維修加固方案，首先應(yīng)進(jìn)行橋梁技術(shù)狀況評定。交通運(yùn)輸部新近頒布的行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21-2011）[5]（以下簡稱JTG/T H21-2011）按不同的橋型進(jìn)行評定分類，首次將鋼管混凝土拱橋列為“鋼—混凝土組合拱橋”獨立作為一種橋型進(jìn)行技術(shù)狀況評定。然而，在實際工程評定過程中，發(fā)現(xiàn)JTG/T H21-2011部分內(nèi)容存在不完善或不合理之處。為此，本文以鋼管混凝土拱橋為背景工程，根據(jù)外觀檢測結(jié)果采用JTG/T H21-2011對橋梁狀況進(jìn)行評定，并對評定方法進(jìn)行探討。

1　實橋技術(shù)狀況檢測

某工程為一凈跨54m的鋼管混凝土中承式鋼管混凝土拱橋。設(shè)計荷載為汽-20，掛-100。全橋吊桿共18根，吊桿采用110絲φ5高強(qiáng)鋼絲，橋面以上2道橫撐，在橋面之下設(shè)桁架式橫撐聯(lián)系。全橋共設(shè)置11片橫梁，采用工字形橫梁。如圖1所示。

該橋1998年建成通車，2014年12月對該橋進(jìn)行了全面的外觀檢測和評定。

1.1上部結(jié)構(gòu)主要病害

（1）拱肋：上下游拱肋涂層輕微損壞、裂紋、起皮；上、下游側(cè)拱肋鋼管脫粘面積分別占拱肋總面積的0.72%及0.86%；上游側(cè)拱肋構(gòu)件表面局部附著氧化皮、鐵銹，銹蝕累計面積占構(gòu)件面積的0.12%。

（2）橫撐：涂層局部輕微起皮，剝落。

（3）橫梁：HL2梁底面局部存在混凝土剝落、露筋，跨中附近底面存在5條橫向裂縫和3條豎向裂縫，HL8梁跨中附近腹板存在7條豎向裂縫，裂縫寬度為0.04～0.13mm。

（4）吊桿：部分吊桿在兩段鋼管連接處密封不完整，防護(hù)橡膠止水帶老化。所有吊桿錨墊板和鐓頭均存在輕微銹蝕，個別吊桿錨頭存在輕微滲水現(xiàn)象。

（5）立柱：各立柱鋼管頂部鋼板均存在銹蝕。

（6）橋面板：部分橋面板板底局部存在混凝土剝落現(xiàn)象，個別橋面板板底出現(xiàn)少量輕微裂縫，裂縫寬度最大值為0.08mm。

（7）支座：橋面板兩橋臺處采用板式橡膠支座，支座表面輕微老化，上下游兩側(cè)人行道板下部4個支座老化變形，裂縫較嚴(yán)重，2mm≥裂縫寬度>1mm，裂縫長度>相應(yīng)邊長25%。

1.2下部結(jié)構(gòu)主要病害

（1）橋臺：兩側(cè)橋臺臺帽均存在豎向裂縫，最大裂縫寬度測讀值為0.12mm，局部有析白痕跡，臺身前墻存在2條由底面向上延伸的豎向貫通裂縫，最大裂縫寬度測讀值為0.59mm。

（2）錐坡、護(hù)坡：東側(cè)橋臺下游護(hù)坡存在一條沿砌縫開展的斜向貫通裂縫。

1.3橋面系主要病害

（1）橋面鋪裝：局部坑洞，深度≤1cm，直徑≤3cm；局部接縫處出現(xiàn)淺層邊角剝落，累計面積2.5%。

（2）伸縮縫裝置：橡膠材料存在老化、斷裂、缺失，部分螺栓松動彎曲，鋼板局部扭曲、缺失。橋頭行車不平順，略有凹凸不平，車輛行駛時出現(xiàn)沖擊和噪聲。

（3）人行道：拱肋與人行道交接處人行道鋪面瓷磚均存在擠壓、隆起現(xiàn)象，局部瓷磚缺失。

（4）防排水系統(tǒng)：橋梁較多泄水管堵塞，堵塞數(shù)量占60%；局部排水不暢，橋下出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

1.4焊縫探傷檢測結(jié)果

現(xiàn)場抽取部分對接焊縫進(jìn)行超聲波探傷檢驗，并根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)超聲波探傷及質(zhì)量分級法》（JG/T203-2007）[3]的缺陷等級標(biāo)準(zhǔn)評定，所檢拱肋、橫撐和立柱的連接焊縫均達(dá)到一級焊縫質(zhì)量等級要求。

1.5混凝土強(qiáng)度及碳化檢測結(jié)果

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）[4]對混凝土強(qiáng)度進(jìn)行評定，所檢吊桿橫梁和橋面板混凝土強(qiáng)度評定標(biāo)度為1，碳化評定標(biāo)度為2。

2　橋梁技術(shù)狀況評定

2.1橋梁構(gòu)件及部件技術(shù)狀況評定

圖1　某中承式拱橋總體布置圖

依據(jù)JTG/T H21-2011評定計算方法，得橋梁構(gòu)件及部件評分結(jié)果如表1和表2，表中PMCImin、BMCImin及DMCImin分別為上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)及橋面系第i類部件各構(gòu)件得分的Z最小值；PCCI、BCCI及DCCI分別為上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)及橋面系第i類部件各構(gòu)件的得分。

2.2橋梁各部位及總體技術(shù)狀況評定

根據(jù)表1～2計算得橋面系、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)及橋梁總體技術(shù)狀況評分結(jié)果，見表3。

2.3橋例評定結(jié)果分析

橋梁總體技術(shù)狀況等級均為4類，相應(yīng)的技術(shù)狀況描述為：“主要構(gòu)件有大的缺損，嚴(yán)重影響橋例使用功能；或影響承載能力，不能保證正常使用。”但從橋例結(jié)構(gòu)檢測結(jié)果可知，橋面系、上部結(jié)構(gòu)及下部結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件并未發(fā)現(xiàn)較嚴(yán)重的損傷，橋梁結(jié)構(gòu)均尚能滿足正常使用功能。產(chǎn)生各部件技術(shù)狀況評分值偏低的主要原因：

（1）構(gòu)件各檢測指標(biāo)扣分值偏高，存在明顯的不合理之處。表4橋例中上下游拱肋僅存在兩項標(biāo)度為2的輕微的非結(jié)構(gòu)性病害，各構(gòu)件技術(shù)狀況評分值均為61.74，考慮系數(shù)t后，拱肋部件得分值為57.92。

（2）吊桿及系桿的評分均小于40分，極大地降低了橋梁上部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評分值。由表5可知幾種并不影響結(jié)構(gòu)安全承載力及維持正常使用功能的輕微缺損病害，導(dǎo)致吊桿及系桿部件評分值均小于40分，其合理性有待進(jìn)一步驗證。

以上分析可知，當(dāng)部分評定指標(biāo)較多的構(gòu)件出現(xiàn)兩項以上的少量輕微病害并不影響結(jié)構(gòu)安全承載力及維持正常使用功能的輕微缺損病害，就可能導(dǎo)致該主要部件則使該部件評為4類或5類部件，甚至最終導(dǎo)致全橋技術(shù)狀況為4類或5類。

3　評定方法探討分析

從以上橋例評定過程中發(fā)現(xiàn)，對于鋼管混凝土拱橋這種橋型評定方法仍存在一些問題與不足，本節(jié)主要對評定方法進(jìn)行分析。

3.1權(quán)重分析

JTG/T H21-2011中將立柱與吊桿劃分成兩類不同的評價部件，其權(quán)重均為0.13，使立柱或吊桿的權(quán)重值遠(yuǎn)小于拱肋和系桿的權(quán)重值0.28。由于中、上承式吊桿拱橋結(jié)構(gòu)中吊桿對結(jié)構(gòu)安全起著重要的作用，已發(fā)生的多次吊桿拱橋垮塌事故，大部分是由于部分吊桿失效引起。因此，僅考慮0.13的權(quán)重不能體現(xiàn)吊桿與立柱在結(jié)構(gòu)中的重要性，建議將立柱與吊桿合并成吊桿（立柱），權(quán)重為0.26，將所有吊桿及立柱作為吊桿（立柱）這一部件的組成構(gòu)件。

3.2橋梁技術(shù)狀況等級分類

JTG/T H21-2011將橋梁部件分為主要部件和次要部件，將“鋼-混凝土組合拱橋”主要部件定義為：拱肋、橫向聯(lián)結(jié)系、立柱、吊桿、系桿、行車道板（梁）、支座。這種劃分不合理，應(yīng)增加橋墩、橋臺、基礎(chǔ)這三項。

JTG/T H21-2011中表3.2.4和表3.2.5中將主要部件和次要部件技術(shù)狀況評定標(biāo)度分別劃分為5類和4類，但標(biāo)準(zhǔn)中僅給出了橋梁總體技術(shù)狀況、橋面系、上部結(jié)構(gòu)及下部結(jié)構(gòu)分類界限，并未制定部件評定標(biāo)度分值界定標(biāo)準(zhǔn)。

3.3橋梁技術(shù)狀況評定計算

3.3.1橋梁構(gòu)件的技術(shù)狀況評分

扣分值DPij不同的排序順序得出的l構(gòu)件技術(shù)狀況評分值不同。當(dāng)k≥2時，PMCIl、BMCIi及DMCIi值可能出現(xiàn)不唯一。如以上橋例中橋面系防排水系統(tǒng)評分：防排水系統(tǒng)出現(xiàn)兩種病害，分別為排水不暢和泄水管、引水槽缺陷，二者評定標(biāo)度分別為2類和3類，相應(yīng)的扣分值為25分和40分。當(dāng)定義DPi1=25，DPi2= 40，得DMCIl=49.39；當(dāng)定義DPi1=40，DPi2=25，得DMCIl=53.79。

因此，當(dāng)k≥2時，U1…U2公式中的扣分值DPij應(yīng)按照從大到小排列，本文以上橋例按此方法評分。

3.3.2橋梁部件的技術(shù)狀況評分

橋梁部件的技術(shù)狀況評分根據(jù)各部件所有構(gòu)件的得分值，采用置信度為95%的t分布計算而得。另外，規(guī)定當(dāng)上部結(jié)構(gòu)中的主要部件某一構(gòu)件評定值PMCIl在[0，60）區(qū)間時，其相應(yīng)的部件評分值PCCIi=PMCIl；當(dāng)下部結(jié)構(gòu)中的主要部件某一構(gòu)件評定值BMCIl在[0，60）區(qū)間時，其相應(yīng)的部件評分值BCCIi=BMCIl。橋例中橋面板有兩片板得分值小于60，第一片板得分值為52.83，第二片板得分值為54.61。該情況下，PCCIi取值方法不明確。因此，上部結(jié)構(gòu)或下部結(jié)構(gòu)主要部件存在構(gòu)件得分在[0，60）區(qū)間時，應(yīng)取最差構(gòu)件評分值。

3.4橋梁構(gòu)件技術(shù)狀況評定

表1　上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)構(gòu)件及部件評分結(jié)果

表2　橋面系構(gòu)件及部件評分結(jié)果

表3　橋梁技術(shù)狀況評定結(jié)果

表4　部件評分結(jié)果分析

表5　吊桿及系桿評分結(jié)果分析

構(gòu)件評定指標(biāo)規(guī)定了定性和定量指標(biāo)，鋼-混凝土組合拱橋上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件評定指標(biāo)中定性指標(biāo)較多，評定結(jié)果受檢測人員的主觀因素影響較大。如管內(nèi)混凝土填充不密實或脫空定性描述“數(shù)量極少”、“少部分”及“較多”；焊縫開裂定性描述“少量”、“較多”及“大量”；斷絲定性描述“極個別”、“個別”及“部分”等等。如何量化脫空或脫粘對結(jié)構(gòu)承載力影響仍有待進(jìn)一步的研究。

4　結(jié)語

運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)JTG/T H21-2011對某中承式鋼管混凝土拱橋技術(shù)狀況進(jìn)行了評定，分析了該標(biāo)準(zhǔn)對于鋼管混凝土拱橋這種橋型評定方法存在的一些問題與不足，并提出了改進(jìn)的建議，為標(biāo)準(zhǔn)JTG/TH21-2011修訂提供參考。

[1]陳寶春.鋼管混凝土拱橋應(yīng)用與研究進(jìn)展[J].公路，2008，11：57～66.

[2]《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/TH21-2011）[S].北京：人民交通出版社，2011.

[3]《鋼結(jié)構(gòu)超聲波探傷及質(zhì)量分級法》（JG/T203-2007）[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[4]《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/TJ21-2011）.北京：人民交通出版社，2011.

U446.3

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1673-0038（2015）32-0312-03

2015-7-21