淺談下承式鋼管混凝土拱橋常見病害原因分析及處理

■王學敏

（泉州臺商投資區市政管理有限責任公司，泉州 362124）

0 前言

鋼管系桿拱橋是一種特殊形式的拱橋，具有拱橋的一般特征，又有自身的獨有特點。它是一種集拱與梁的優點于一身的橋型，它將拱與梁兩種基本結構形式組合在一起，共同承受荷載，充分發揮梁受彎、拱受壓的結構性能和組合作用。其在兩拱腳間設置水平系桿，用以平衡拱腳水平分力，而使基礎不受水平推力或受推力較小。與通常的拱橋和梁橋相比，有地基適應性強、結構受力合理、用料省、建筑高度低、施工方法多、造型美觀等方面的優勢，是生命力較強的一種結構形式。

1 工程項目概況

百崎湖大橋系由主橋和引橋組成的兩幅橋，總長488m。主橋上部構造采用下承式鋼管混凝土系桿拱，拱墩固結，橋跨布設成（51+80+51）m。引橋上部構造采用預應力砼連續箱梁，通過現澆連續接頭及張拉負彎矩鋼束形成連續體系，橋跨布設成一聯5×30m。主橋與引橋之間設有伸縮量D-160型伸縮縫，兩橋臺處設有K-80型伸縮縫，主墩處拱內側設有伸縮量K-40型伸縮縫。該橋于2005年11月開工，2007年11月底竣工通車。

引橋橋墩采用Φ140cm鋼筋砼三柱式墩身，Φ150cm鋼筋砼鉆孔灌注樁基礎；兩岸橋臺為肋式臺，鉆孔灌注樁基礎。主橋橋墩采用薄壁門式框架墩，Φ200cm鋼筋砼鉆孔灌注樁基礎。

設計荷載：汽車-超20，驗算荷載：掛車-120；設計洪水頻率：大橋1/100；地震基本烈度：Ⅶ度，按Ⅶ度設防；通航標準：考慮通航小型游艇。大橋現場實拍見圖1和圖2所示，結構示意圖見圖3。

圖1 百崎湖大橋立面圖

圖2 百崎湖大橋正面圖

2 病害現狀

經檢測，百崎湖大橋上部結構目前存在的主要病害如下：

（1）采用敲擊法對鋼管混凝土拱肋密實性進行檢查，主要病害有：南、北幅橋拱肋上下弦管的頂部及側壁混凝土均存在脫空現象；拱肋弦管、腹板多處出現銹蝕、漆皮剝落。

（2）全橋多根拱肋橫撐多處出現局部銹蝕。

圖3 百崎湖大橋主橋結構示意圖（單位：cm）

（3）多道加勁縱梁出現露筋、混凝土不密實及混凝土缺失等現象，其中病害較多出現在現澆段。

（4）各拱腳處鋼箱牛腿均出現不同程度的表面油漆變色、起皮、剝落，鋼構件表面銹蝕等現象。

（5）各系桿、系桿錨頭均基本完好、未發現銹蝕，而各處系桿錨頭保護罩均出現漏油、銹蝕等現象。

（6）全橋部分吊桿上錨頭處出現保護罩內防腐油脂部分滲漏、上保護罩表面銹蝕現象，但各保護罩內防腐油脂仍完全覆蓋上張拉端錨杯；大部分吊桿出現吊桿上預埋管內防腐油脂滲漏（見圖4）、吊桿與橋面交接處防水罩銹蝕，6根吊桿表面出現開裂；各吊桿下錨頭均出現防腐油脂滲漏、保護罩內積水及預埋件銹蝕現象，張拉端錨杯及內部拉索均完好、未發現銹跡。

（7）全橋共兩道橫梁出現病害。

圖4 吊桿上預埋管內防腐油脂滲漏

3 病害原因分析

3.1 拱肋、拱肋橫撐銹蝕、漆皮剝落等病害

引起油漆脫落的原因較多，下面主要從四個方面進行探討：

（1）油漆的性能與質量

防銹漆和防污漆兩種性質不同的涂料，所起的保護作用不同。

（2）鋼材表面處理程度

鋼材表面處理包括清除鋼材表面的污垢、油脂、鐵銹、氧化皮焊渣、已失效舊漆膜。據有關單位研究，油漆的附著力75%決定于鋼材表面的處理程度。中小型鋼材表面處理一般采用噴砂除銹、手工和機械打磨清理的方法。噴砂除銹應用鐵砂、黃砂等為磨料，其較合適的粒徑為通過18目至40目。手工和機械打磨清理采用手工和動力工具除銹，應首先鏟除較厚的銹蝕層，并清除油脂和污垢，再清除鋼材表面的浮灰和碎屑等污物。

（3）環境因素

環境（溫度、濕度的影響）與油漆的質量有密切的關系。最理想的作業環境應在干燥天氣 （相對濕度低于85%）、氣溫在5～250C下進行。在烈日、雨天、潮濕天氣下嚴禁施工，涂刷應在露水干后、太陽未落之前的時間段進行。當相對濕度超過85%后，鋼材表面會產生水分而凝聚，不但使剛除銹清潔的鋼材表面很快重新生銹，降低油漆的附著力，而且對已涂過的底漆，也會降低面漆的附著力。當溫度超過350C，由于溶劑和稀釋劑的揮發太快，膜層表面很快地結成一層薄的干皮，形成一個封閉層，使下面涂料中的溶劑不能完全揮發，這樣會出現皺皮、起泡、起小孔、涂層表面不平滑等現象。

（4）施工工藝因素

漆膜的厚度決定了油漆的抗電位和防水滲透能力大小，在油漆施工中應隨時使用漆膜測厚儀測定膜的厚度，確保漆膜的一定厚度。而漆膜的厚度受到施工工藝（施工方法、涂漆度數等）、油漆的型號、環境等諸多因素的影響，但主要還是施工工藝更為關鍵。

3.2 加勁縱梁露筋、混凝土不密實及缺失等病害

露筋產生的原因主要是混凝土澆筑時墊塊發生了位移，鋼筋貼近模板，以致混凝土保護層厚度不夠所造成。有時也因混凝土振搗不密實或模板濕潤不夠，吸水過多造成掉角而露筋。

3.3 主橋吊桿病害

吊桿損傷發生的部位包括吊桿桿身和錨頭，一般錨頭比吊桿桿身損傷嚴重，下錨頭比上錨頭嚴重。損傷的形式包括吊桿滑絲、斷絲、銹蝕、斷裂、錨頭銹蝕、局部承壓板銹蝕等。吊桿發生銹蝕的原因主要有以下兩點：

（1）吊桿暴露在大氣環境中，雨水和車輛尾氣的侵蝕將導致吊桿的銹蝕。由于防水罩失效，雨水會順著吊桿聚集至下預埋管處，致使鋼絲和錨頭長期處于潮濕狀態，從而出現銹蝕。另外，在長期行車荷載作用下，吊桿產生振動，使得吊桿內填充物容易脫落，產生防腐油脂滲漏現象，還會造成減震器松動。

（2）吊桿不僅承受橋面系永久荷載和溫度荷載的影響，還因為受到橋面車輛活載的反復沖擊作用而處于疲勞受力狀態，在此狀態下吊桿易發生應力腐蝕。應力腐蝕對鋼筋危害很大，這是一種腐蝕介質和拉應力共同作用下鋼筋產生晶間或穿晶斷裂的現象。腐蝕介質、鋼材應力水平和鋼材材質情況是影響鋼材應力腐蝕嚴重程度的主要因素。

4 病害修復措施

根據病害現狀及成因分析，各病害的修復處理措施如下：

（1）對于南、北幅橋拱肋上下弦管的頂部及側壁混凝土均存在脫空病害的現象，因本工程靜動載試驗檢測結果合格，故建議暫不進行處理。

（2）對于拱肋弦管、腹板多處出現銹蝕、漆皮剝落，以及全橋多根拱肋橫撐多處局部銹蝕病害，建議進行除銹后重新涂裝修復。

（3）對于加勁縱梁出現露筋、混凝土不密實及混凝土缺失現象，可鑿除疏松混凝土至密實部位，對鋼筋除銹后采用高強聚合物砂漿修復處理。

（4）對拱腳處鋼箱牛腿出現不同程度的表面油漆變色起皮、剝落，鋼構件表面銹蝕的現象，采用除銹后重新涂裝的處理方案。

（5）對系桿錨頭保護罩出現漏油、銹蝕等現象，需打開保護罩，清理錨頭，在錨頭表面噴涂氨基阻銹劑（質量指標見表1，使用后的各檢驗指標見表2），然后涂抹專用防腐建筑油脂進行防護，最后重新焊接封錨鋼板，噴涂專用防腐漆。

（6）對吊桿上錨頭處出現保護罩內防腐油脂部分滲漏、上保護罩表面銹蝕現象，可參照系桿及錨具的修復措施。

對吊桿出現上預埋管內防腐油脂滲漏病害，拆除舊減震塊，清理上預埋管油污，上端預埋管內填充防腐聚氨酯后重新安裝新的減震塊；對吊桿與橋面交接處防水罩銹蝕，進行除銹處理后重新涂裝修復，對6根吊桿表面出現開裂等病害，將吊桿PE開裂處做清創、防腐，采用氨基阻銹劑對外露鋼絲進行防腐處理，清潔整根拉索PE表面，用熱收縮PE從下至上整體纏包，加熱成形，對纏包PE的上端采用專用熱塑焊機進行封閉防水處理。

表1 噴涂型阻銹跡的質量指標

表2 采用噴涂型阻銹劑后的檢驗指標

對吊桿下頭出現防腐油脂滲漏、保護罩內積水及預埋件銹蝕等現象，建議在下錨頭保護罩下端面開排水孔，采用真空泵將積水排盡，利用排水孔，內部干燥處理，拆掉舊保護罩，清理油污，并用有機溶劑進行清洗，在錨頭噴涂氨基阻銹劑，表面涂抹專用防腐建筑油脂，要求厚度不小于2mm，安裝新保護罩。該施工措施的現場照片見圖 5～7所示。

圖5 吊桿下涂防腐油脂施工前圖

圖6 吊桿下涂防腐油脂施工后圖

圖7 吊桿下涂防腐油脂施工圖

（7）主橋橫梁

對行車道板及橫梁混凝土掉塊、露筋銹蝕等病害，進行鑿除疏松混凝土并對鋼筋進行除銹后采用聚合物砂漿修復。

5 結語

（1）各病害按照上述措施進行修復后，檢測人員重新對該橋進行了檢測，發現上部結構各構件修復效果良好，特別是主要部件如吊桿和系桿，評分分別由原先的63.5和70.5，提高到了72.5和83.5，上部結構技術狀況評分由原先的71.3提高到了82.8。

（2）下承式鋼管混凝土拱橋的安全問題是運營養護管理部門面臨的一個大課題，特別是對于吊桿、系桿等主要部件，應安排專人嚴格按養護規范進行定期檢查，加強監測，并及時處理。

[1]CJJ99-2003，城市橋梁養護技術規范.

[2]JTGD64-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋梁設計規范.

[3]JTGD60-2015，公路橋涵設計通用規范.

[4]百崎湖大橋維修設計.2016.

[5]沈浩.某中承式鋼管混凝土拱橋檢測及病害分析.江蘇建筑，2015（1）:58-61.