蘭重公路關頭壩懸索橋檢測技術

艾璇

【摘 要】蘭重公路（國道212線）關頭壩懸索橋位于甘肅省文縣境內，于1989年9月建成通車，5.12汶川地震對大橋產生了十分不利的影響，極大地增加了橋梁安全的不確定性。通過對大橋的動、靜載試驗和線性測試，獲得了相關的技術參數。在分析試驗結果，并將之與理論計算相對比的基礎上，客觀地評價了橋梁在營運20多年后的健康狀況。進而，提出了橋梁的管養建議。

【關鍵詞】關頭壩大橋 懸索橋 試驗 檢測

1 概述

1.1 橋梁概況

關頭壩大橋地處甘肅文縣境內，于1989年9月建成通車，是蘭重公路（國道212線）跨越白龍江的一座重要橋梁。橋梁原設計樁號為K658+700，現養護樁號為K639+678。橋梁正交，全長213.11m，橋寬凈-7+2×0.25m。大橋主跨為1-180m有加勁梁（鋼桁架）雙鏈式懸索橋，蘭州岸引橋為1-8.0m鋼筋混凝土板橋，重慶岸引橋為1-16m少筋微彎板組合梁橋。大橋采用鋼筋混凝土門式索塔，雙柱式橋墩，擴大基礎；地基持力層為千枚巖層。基底至塔頂全高49.27m，其中塔高23.27m；塔柱中距為9.32m。蘭州岸采用隧洞式地錨，錨錠由承托板伸入基巖鑿成的錨洞；重慶岸錨錠為一般混凝土重力式錨錠。橋梁設計荷載：汽車-20級，掛車-100級。

橋梁采用的鋼材：型鋼及主桁架節點為16Mn鋼，其余為35號鑄鋼、35號和5號鍛鋼及A3鋼；全橋主索共四束，上下鏈各兩束，均采用Ф45的7×19的高強度鋼絲繩，其公稱抗拉強度為150Kgf/mm2；上鏈吊桿為7×19Ф30的單根鋼絲繩，下鏈吊桿為7×19Ф42的單根鋼絲繩，吊桿并列、平行設置，間距70cm；直徑12mm及以上的鋼筋采用Ⅱ級鋼筋，其余均為Ⅰ級鋼筋；主桁架及吊桿連接的螺栓為高強螺栓，其螺栓、螺母和墊圈的型式、尺寸及技術條件以GB1228～1231-76為準，材質為45#優質碳素鋼。主跨行車道板為300#鋼筋混凝土，橋面鋪裝為250#防水混凝土，錨錠承托板、碧口岸引橋主梁和微彎板為250#混凝土；橋臺、基礎及碧口岸錨錠為150#混凝土，其余構件均采用200#混凝土。

1.2 橋位處自然地理概況

關頭壩大橋地處文縣中東部，與白龍江、白水江兩江交匯口相距約200米，下游1公里處即為文縣四大雄關之一——“秦蜀咽喉”——玉壘關所在。橋位處屬西秦嶺岷山山系，為典型的中高山地和河川谷地地貌。橋位周邊的玉壘、碧口等鄉鎮，屬南北過渡性北亞熱帶濕潤氣候區。區域內四季分明，年平均氣溫15℃左右，氣溫變化較小，晝夜溫差不大。多年平均降水量在800～900mm之間，單日最大降水量166.1mm，降雨多集中在6～9月。多雨、潮濕的自然環境，對大橋的防銹蝕工作帶來極大的不利影響。

大橋設計地震設防烈度為Ⅵ度，未考慮地震力的影響。5.12汶川地震對文縣的破壞程度很大，評估地震對大橋的不利影響，也是本次橋梁檢測的主要任務之一。

2 大橋外觀檢查

橋面鋼筋混凝土整體質量良好，防水層未見明顯病害，抗滑構造的抗滑作用衰退不顯著。主跨蘭州岸伸縮縫鋼板斷裂、變形，重慶岸伸縮完好；扶手繩、欄桿繩未見傷痕。主跨兩端梁（板）式邊跨技術狀況良好。加勁梁桁架鋼構件質量尚可，未見變形或裂縫，但防銹漆有老化、剝落現象，個別角鋼輕微銹蝕。構件連接完好，未見承壓破壞或剪切破壞。蘭州岸鉸支座（固定支座）滲水痕跡明顯，排水不良，環境潮濕，銹蝕較嚴重；重慶岸輥軸支座（可動支座）有積水現象，滾軸潤滑油溢出，輕度銹蝕。主索線形完好，局部面漆有裂紋、起皮。吊桿齊全、無變形，部分有輕度銹蝕。索夾及連接件未見變形、松動，表層防護漆局部老化、起皮。塔頂索鞍未見結構性破壞，僅有局部防護漆老化。塔、墩體未見傾斜，結構尺寸完整，混凝土表面密實、光滑，未見“表面硬化”（碳化）現象。

3 荷載試驗

3.1 動載試驗

3.1.1 試驗原理

采用脈動法實施橋梁動載試驗。通過現場測試，采集、記錄各測點對大地脈動（激勵源）的響應信號，將采集到的信號數據進行傳遞函數、功率譜密度函數的數學分析，以此確定大橋結構固有的自振頻率、振型等動力學特性參數。

3.1.2 試驗結果分析

結構自振主要表征了結構剛度的大小。自振特性是影響懸索橋橋梁安全的直接因素，是車橋相互動力作用和抗震、抗風分析的重要指標。大橋實測縱、橫向和扭轉自振頻率分別為0.685Hz、0.390Hz和1.560Hz；三個方向自振頻率計算值分別為0.626Hz、0.262Hz和0.794Hz，結果表明大橋實際剛度較大，整體性能良好。

3.2 靜載試驗

3.2.1 試驗原理

在橋梁的既定截面加載試驗等效荷載，實測加載后加勁梁的撓度值，將結果與計算撓度值做比較，進而判斷橋梁在荷載作用下的工作性能。本次橋梁檢測，以2臺車貨總重30T的載重車輛為等效載重。

3.2.2 試驗結果分析

在主跨跨中（彎矩、撓度最不利位置）和1/4L截面布置等效荷載，僅有一點處實測最大撓度值大于其計算值，即大橋主跨既有剛度基本滿足使用要求。

4 主索及吊桿的線性測試

現場測定主索縱、橫向的位移和吊桿傾角，運用數理統計的方法對檢測結果進行分析；在此基礎上，評估主要受力構件產生變形與位移后的安全性能。試驗中，主索編號規則為：在公路橫斷面方向，由河流上游至下游依次編號1#主索、2#主索、3#主索和4#主索。

試驗結果表明，1#主索與4#主索分別平均向重慶岸位移 5.26mm和6.94mm，位移均方差分別為1.38mm和0.87mm；2#主索與3#主索分別向蘭州岸平均位移6.0mm和6.29mm，位移均方差分別為0.76mm和1.15mm。主索水平位移均方差較小，表征了大橋主索水平方向的位移較為均勻。同時，1#、2#、3#和4#主索分別平均向下位移15mm、14.2mm、15.68mm和16.32mm，位移均方差分別為5.65mm，5.46mm、5.93mm和6.17mm。主索豎向位移均方差較大，反映了大橋在營運20多年后，各截面的豎向位移值差異較大。

主索上的各吊桿，也隨著主索的平面位移而傾斜，（傾角以按順時針方向轉動為正）。1#主索吊桿平均傾角為0.047°，均方差0.033°；2#主索吊桿平均傾角為-0.06°，均方差0.046°；3#主索吊桿平均傾角為-0.059°，均方差0.044°；4#主索吊桿平均傾角為0.069°，均方差0.0353°。吊桿傾角均方差很小，表明吊桿傾斜的程度比較均勻。

橋梁自重和車輛荷載長期作用所引起的主索松弛，是主索和吊桿位移的根本原因。

5 結語

綜合分析大橋主跨試驗檢測結果，表明關頭壩懸索橋主跨各主、次要部件及結構總體技術狀況良好，實際剛度和承載能力亦尚能滿足公路交通運輸現狀。同時表明，5.12汶川地震對大橋的影響不顯著，橋梁各構件未發生明顯的結構性損傷。

建議進一步加強橋梁的養護工作，確保橋梁各鋼質部件的除銹、防腐工作及時、有效，做好橋面、支座的防水工作，及時清理、維修伸縮縫等部件，以有效延緩橋梁部件老化的速率，延長橋梁的使用壽命。同時，加大重載車輛的管理力度，嚴格控制超限車輛的通行，禁止車貨總重超過55T的車輛上橋行駛。鑒于橋梁尚具有極其重要的戰略意義，建議建立關頭壩大橋變形和振動動態監測系統，實時反映橋梁的結構安全和營運安全信息。

致謝：本文在形成過程中，征引了蘭州交通大學王起才教授及其研究團隊的科研成果——《甘川公路關頭壩懸索橋荷載試驗報告》中的部分數據，在此向他們表示誠摯的感謝。

參考文獻：

[1]交通運輸部公路科學研究院.公路橋梁技術狀況評定標準[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2]陳開利，王邦楣，林亞超.橋梁工程鑒定與加固手冊[M].北京：人民交通出版社，2005.