懸索橋加固與維修

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400041)

懸索橋，主要由主纜、橋塔、加勁梁、吊索等組成。懸索橋構造簡單，受力合理、明確。在移動荷載作用下，橋面荷載由加勁梁傳遞給吊索，再由吊索傳遞給主纜，主纜再將荷載傳遞給橋塔，最后由橋塔傳遞給地基。盡管我國懸索橋發展較晚，但在近年來，我國相繼建成了數十座大跨徑懸索橋，如表1，使我國的橋梁建設水平躋身世界前列。然而懸索橋長期處于高溫，潮濕的惡劣自然環境，或者由于施工水平的差異，懸索橋存在著各種病害，本文針對懸索橋的常見病害提出懸索橋的加固與維修方法。

表1 世界已建成的十大懸索橋

一、懸索橋的常見病害

(一)主纜病害。主纜的病害主要有以下4個方面[1]：主纜系統涂裝層由于人為原因或者氣候因素出現開裂、老化；主纜系統纏絲由于施工誤差出現松動，環境因素出現腐蝕甚至是斷裂；當主纜的涂裝層、纏絲等防護體系破壞以后，主纜鋼絲就直接暴露在大氣環境中，并逐漸腐蝕并最后斷裂；在錨室內部由于溫度低，積水較多，主纜鋼絲更易腐蝕。

(二)吊索及其附屬構件的病害。吊索的病害主要有以下3個方面：PE護套長期處于風吹、日曬、雨淋等惡劣環境下容易出現開裂；雨水聚集在錨頭附近，易腐蝕內部金屬材料；吊索護套受損水分進入護套內部、導致鋼絲腐蝕。

(三)加勁梁病害。加勁梁的病害主要有以下4個方面[2]：加勁鋼梁涂裝層失效，導致鋼梁局部發生腐蝕；由于焊接人員的施工水平導致加勁梁焊接不徹底，出現未熔合、未熔透等缺陷；在移動荷載的反復作用下，加勁梁某些缺陷部位會出現應力集中，從而產生疲勞破壞；鋼梁之間一般采用螺栓連接，當螺栓由于鉚合力不夠，或者螺栓出現腐蝕導致螺栓松動等現象。

(四)錨碇病害。錨碇的病害主要有以下3個方面：在外力荷載、溫度變化等不利情況下混凝土出現裂縫；裂縫的出現導致水進入混凝土內部，受力鋼筋暴露在潮濕環境中導致鋼筋銹蝕、斷裂；錨碇自重較大，若基礎較差，錨碇容易出現變位，影響主纜受力。

二、懸索橋的加固與維修

(一)主纜系統的加固和維修。傳統的懸索橋主纜防護體系采用的是膩子+纏絲涂裝，隨著時間的增加，外層的涂裝老化、中間層的纏絲腐蝕斷裂，加之膩子含有有毒物質，主纜防護體系逐漸被合成護套防護體系代替，美國布朗公司開發出了高強度、高延伸率的布朗帶，該方法可以有效地避免傳統膩子涂層的缺陷。現代懸索橋使用較多的是除濕系統，該防護體系不需要涂抹膩子，在主纜鋼絲外纏繞鋼絲和彈性橡膠帶纏包的一種新型防護體系，然后在防護體系內注入干燥的空氣。

目前，懸索橋主纜的加固方法主要有以下三種：a、修復部分受損索股。美國華盛頓橋是一座全長1450m的鋼懸索橋，檢查人員在80年代和90年代初的橋梁定期檢查發現，主纜索股中發生銹蝕的鋼絲數量在增加，研究人員對主纜的分析表明，在若干索股中已發現的截面削弱，對橋梁主纜的總承載能力只有很小的影響，但仍然需要進行觀測以便修復銹蝕部件并防止進一步損壞，維護人員將受損的索股進行了修復。

b、新增輔助主纜。1966年建成的葡萄牙薩拉扎大橋在運營了一段時間后進行擴建，在橋的兩岸修建新錨碇，在原有的主纜上方新增輔助主纜，最后在原有吊索之間新增吊索。

c、更換主纜及全部設備。蓬特·杜阿爾特大橋[3]是一座鉚接鋼結構的懸索橋，在服役了30多年以后，維護人員在對該橋進行了仔細的檢查，發現其主纜發生了嚴重的腐蝕。為了大橋的安全性以及盡可能的延長其壽命，業主決定更換主纜及懸吊系統。

懸索橋主纜不像吊索可以在損壞后進行更換，在國內大部分懸索橋服役時間較短，盡管至今還未有對懸索橋主纜更換或新增主纜的案例，但我們可以學習與借鑒國外對懸索橋主纜加固與維修的成功案例，建議在今后的橋梁加固設計中可以在一定情況下允許對主纜進行加固與維修。

(二)吊索系統的養護和維修。吊索是將主梁恒荷載及移動荷載傳遞給主纜的傳力構件。吊索護套一般由高密度聚乙烯材料組成，但是其使用壽命只有大約10到20年。護套隨吊索在荷載作用下進行拉伸，在長期的拉伸荷載作用下，護套會逐漸老化、龜裂。一旦護套出現破壞，腐蝕介質就會進入吊索內部腐蝕吊索鋼絲。吊索鋼絲含碳量較高，盡管強度很高，但韌性較差。只要腐蝕嚴重，極有可能吊索斷裂，對懸索橋的安全造成極大的影響。維護人員在懸索橋建成以后，只要對吊索進行有效的檢查與維護，斷索是完全可以避免的。對吊索系統的養護維修主要包括以下內容：a、定期對吊索進行檢查，查看護套是否出現老化、開裂；b、檢查吊索構件是否出現掉漆，若金屬裸露或者出現腐蝕，及時涂防銹漆避免腐蝕；c、檢查索夾處嵌縫是否損壞，索夾的泄水孔是否暢通，根據出現的問題采取相應的補救措施；d、檢查吊索是否沿著跨中方向發生傾斜，一旦傾斜需要及時予以更換；e、輕輕敲擊主纜觀察吊索是否會發出異響。

(三)加勁梁系統加固和維修。加勁鋼梁由于自重輕、抗彎、扭強度高，制作快捷方便等優點廣泛用于大跨懸索橋，但同樣伴隨著鋼材易腐蝕，易疲勞，當鋼材厚度不夠時，加勁梁易產生局部變形等缺陷。加勁梁系統加固和維修常用方法有以下幾種：a、定期檢查加勁梁涂層的光澤度、腐蝕程度、以及破損程度等，一經發現立即采取補救措施；b、采用環氧樹脂粘貼受損鋼板；c、采用低松弛無粘結鋼絞線體外預應力束加固受損鋼桁架弦桿；d、增加桿件截面使其受力合理。

三、懸索橋加固與維修的意義

懸索橋具有跨度能力大、結構受力明確、造型優美等特點，在大跨度橋梁中已經成為首選。然而懸索橋長期處于惡劣的自然環境、超載荷載作用下使得懸索橋出現了各類病害。懸索橋作為重要的基礎設施，對某一地區的經濟發展起著重要的作用。一旦懸索橋出現病害，勢必會對交通造成很大的影響，對當地經濟、人民出行造成一定的負面影響，因此對懸索橋的加固與維修顯得十分重要。實際上，舊橋的加固改造費用遠遠低于新建橋梁，可以為國家節省大量建設投資，這也說明了在今后工程建設中舊橋的加固與維修具有廣闊的發展前景和應用空間。