跨海斜拉橋結構預防性養護階段的檢測養護內容與技術措施研究

章海濤

（寧波高等級公路養護有限公司，浙江 寧波 315000）

0 引言

跨海斜拉橋除了跨徑長、索塔高、體量大等結構特征外，通常還具有以下幾個特點：（1）地處海洋腐蝕環境，給大橋結構材料的耐久性帶來很大的威脅；（2）通常位于臺風登陸口，受臺風、熱帶風暴影響極大，對大橋的抗風能力要求高。（3）橋下水面過往船只噸位大，通航等級與主塔橋墩防撞等級高。對于跨海大橋的管理與養護者而言，目前乃至今后很長的時間里最關心的問題是如何用最科學、最經濟的方式進行大橋養護，并使大橋長期處于合理的安全與耐久水平之上。顯然，現代化大跨度海洋結構不能簡單地沿用目前主要適用于常規中小橋梁的養護理念和手段，而必須研究并采用更為科學的管養策略和技術。預防性養護作為一種極具前景的養護策略，其取代結構性修復的趨勢已日益凸顯。目前我國已建成了包括杭州灣大橋、象山港大橋、東海大橋、金塘大橋、桃夭門大橋、青島海灣大橋、嘉紹大橋、廈漳跨海大橋、泉州灣跨海大橋等在內的多座跨海斜拉橋，更多的跨海索支撐橋梁正在規劃或建設之中。對這些橋梁的養護策略和技術尚在不斷探索改進之中。橋梁預防性養護的思想建立于全壽命養護管理的理念。目前，橋梁預防性養護還只是一個概念，尚未形成系統的理論框架和技術規范。本文以象山港大橋為背景，開展跨海斜拉橋結構預防性養護階段的檢測養護內容與技術措施研究，其成果不僅適用于象山港大橋，對其它同類大型跨海斜拉橋的養護也具有良好的推廣運用價值。

1 跨海斜拉橋病害特點

開展橋梁預防性養護，首先必須掌握橋梁病害和缺陷的特點。跨海斜拉橋所處地理環境的特點必定帶來某些形式上或程度上比較鮮明的病害特征。但位于內陸環境的斜拉橋的絕大多數病害仍可能在跨海斜拉橋上發生。1990年代以來我國所建造的跨海斜拉橋以鋼主梁作為橋跨結構的居多。本文根據對國內已建成的包括象山港大橋、東海大橋、杭州灣大橋、膠州灣跨海大橋、舟山連島金塘大橋、海口世紀大橋等十余座跨海斜拉橋的調研和資料整理，總結跨海斜拉橋預防性養護病害見表1[1]。

2 跨海斜拉橋預防性檢測工作

檢測是橋梁預防性養護的工作之一，其目的是及時發現橋梁的病害。預防性養護的檢測項目主要面向橋梁養護單位，從橋梁運營管理的角度，重點給出部分專業性較強的檢測項目。

表1 跨海斜拉橋預防性養護病害

（1）斜拉索系統

斜拉索系統重點檢測對象為護套、索體內鋼絲及錨頭等。護套主要檢查是否存在以下病害：護套龜裂、劃痕凹坑、開裂、密封圈破損、護套內積水或冷凝水等。索體內鋼絲主要檢查是否存在鍍鋅層銹蝕、鋼絲均勻銹蝕、鋼絲孔蝕、斷絲等病害。對冷鑄墩頭錨錨頭主要檢查是否存在錨頭內外螺紋銹蝕、鋼絲墩頭是否銹蝕、錨頭內鋼絲是否銹蝕斷絲以及錨杯、螺帽、錨板、保護罩、下墊板是否銹蝕等病害。護套、鋼絲及錨頭檢測主要內容見表2。

錨頭依據實橋結構特點和橋址環境，現場檢測時須遵循先易后難、先表觀目檢后深度檢測的處理順序。首先打開錨頭，進行封錨密實性和防腐材料完好性檢查，然后對錨頭積水狀況檢查。如出現積水或滲水，則詳細檢測錨頭銹蝕狀況，確定鋼絲墩頭及螺紋的退化程度，進一步排查錨頭是否開裂、變形，最后分析有無危及錨固安全的關鍵病害，并作出檢測深度和周期安排。錨頭現場檢測策略見圖1。

（2）鋼箱梁

圖1 錨頭現場檢測程序

鋼箱梁重點檢測內容為涂層劣化、鋼構件銹蝕、構件連接缺陷。涂層檢測的重點為表觀缺陷、涂層厚度、涂層附著力等。對鋼構件銹蝕主要檢查是否存在均勻銹蝕、孔蝕、縫隙銹蝕和應力腐蝕等病害。對構件連接缺陷主要檢查是否存在焊縫缺陷、焊縫開裂、螺栓涂層劣化銹蝕、螺栓連接缺陷等病害。涂層外觀檢測主要采用目檢，涂層厚度采用涂層厚度儀，涂層附著力采用拉脫式涂層附著力測定儀。

表2 護套、鋼絲及錨頭檢測的主要內容

（3）索塔及塔墩

索塔及塔墩重點檢測內容為涂層劣化、混凝土劣化、混凝土裂縫。混凝土檢測的重點為氯離子侵蝕、混凝土碳化、保護層厚度不足、鋼筋銹蝕等。混凝土裂縫主要檢查是否存在網狀裂縫或表面龜裂、豎向及斜向裂縫、橫向或水平裂縫等病害。

3 跨海斜拉橋預防性養護內容與技術措施

跨海斜拉橋預防性養護涵蓋周期性預養護和矯正性預養護兩個方面，周期性預養護主要是日常性保養，相當部分病害可通過一次性維修即可修復。周期性預養護主要依據《公路橋涵養護規范》（JTG H11—2004）[2]、《城市橋梁養護技術規范》（CJJ 99—2003）[3]以及美歐公路橋梁實施指南等相關技術文件進行實施，相關處治措施多為日常性的實施方案，可參照上述技術文件完成。矯正性預養護更多是基于結構狀態而實施的，主要針對橋梁運營后逐漸形成、發展并持續影響結構性能的病害，其養護內容與技術處治措施需結合相關文獻及研究成果作進一步的疏理。限于篇幅。僅給出部分預養護內容與技術措施。

3.1 斜拉索系統

（1）每2～4 a對護套進行除塵、清洗處理，經過高溫及低溫季節后，若護套無材質性硬化和開裂則繼續觀測。（2）每3個月對護套表面進行外觀目檢，若發現問題，處治以下：a.若發現護套出現開裂、漏水、滲水、鋼絲銹蝕、被割傷、燒傷、撞傷等現象應及時處理；對于局部的刮痕、劃傷，深度小于3mm時，可用專用焊槍用相同材質的H D P E原料覆蓋，并用電磨機進行表面處理，恢復表面平整。b.若護套表面有小面積的裂縫，且表面干燥，內部無水滲出，可將裂縫封閉，在P E外覆一層H M106密封膠，同時在膠體外均勻纏繞玻璃布，布外再覆H M106密封膠使P E護套處于完全密封狀態。c.若護套表面大面積老化開裂（超過10%）且裂縫內有銹水滲出，或護套環狀斷開失去防護功能，應沿裂縫處剝開防護層，排出水分，露出鋼絲，除銹并干燥后，再作防銹處理；并涂刷防護漆及防護油，用雙層P E修補。d.修補護套采用局部電熱成型的熱成型修補法。修復時應選擇無雨、露、霧天氣進行，且使用與實橋相同材質片材。修補局部破損后再用玻璃絲布、P E或橡膠防腐帶材纏包嚴密。纏繞時加適當拉力（伸長3%），重疊50%，在24 h內加熱成型。加熱時保持溫度按不同材質而定，P E材料按廠家或試驗定。修復或更換后需對端部進行密封處理。對拉索護套的修補，最好由原廠家進行。（3）每3 a對護套內鋼絲銹蝕進行一次檢測，可采用無損探傷或剝開已損壞的護套檢查，測量銹蝕鋼絲的有效面積及斷絲面積，若發現問題，處治以下：a.若拉索內鋼絲出現均勻銹蝕（銹蝕損失面積較小）且銹蝕年限滿7 a，須對鋼絲進行除銹處理并涂漆防護。b.當斷絲面積超過拉索總面積的2%時，建議換索。c.若鋼絲均勻銹蝕造成拉索總面積損傷超過10%時，建議換索。d.若鋼絲表面布滿鐵銹且同時存在3個以上的蝕坑時，建議換索。（4）拉索兩端的錨具及護筒應經常保持清潔和干燥，每2～4 a對拉索兩端錨頭進行除塵處理，清除殘留物。（5）每4～6 a對拉索兩端錨頭鋼構件進行一次涂漆、除銹及修理損壞構件的養護。（6）每6～8 a對拉索兩端錨杯內的防腐油脂進行整體更換。（7）每3個月對錨頭積水、滲水情況進行檢查，若發現問題，處治以下：a.塔端錨頭若漏水、滲水應及時用防水材料封堵。b.梁端錨頭若漏水、積水應及時將水排出并封堵水源。c.錨頭內防腐油脂若出現明顯揮發或缺失，導致墩頭鋼絲出現銹蝕時，結合實際檢查結果，對銹蝕部位進行除銹處理，并清洗更換錨杯內的防護油脂。（8）每年對錨頭銹蝕情況進行檢查，若發現問題，處治以下：a.發現錨杯、錨板、螺帽及支承墊塊有銹蝕時，應先將原有防銹材料擦凈，然后除銹揩凈，再作防銹處理。可用涂抹黃油作防銹處理，也可用專門配方的防銹劑作防銹材料。b.若發現錨杯內外螺紋有明顯的浮銹或輕微銹蝕時，可除去浮銹涂抹黃油作防銹處理。c.一旦發現螺紋表面存在普遍孔蝕，部分螺牙變形、斷扣、高度不夠、滑牙、根部裂紋等現象，應重點觀測，必要時需及早更換拉索。（9）每2～4 a對索端鋼護筒進行保養，包括除塵、涂漆、防銹處理。（10）每半年對法蘭盤連接偏位、滲水及螺栓情況進行檢查。（11）每年檢查一次鋼護筒與套管連接處的防水及橡膠老化情況。

索力異常預防性養護的工作內容如下：每年對索力進行測試與比對分析，歷次索力測試最好選擇在氣溫相近的條件下進行。當單根拉索實測索力與竣工索力相差10%以內，全橋上下游拉索恒載索力對稱、均衡，同一側各跨索力增量和（當前實測索力－竣工索力）小于5%，則可認為索力正常，按正常檢測周期檢測。當拉索實測索力與竣工索力相差10%以上，應首先檢查該拉索的外觀，并在以后每三個月測試一次索力，測試范圍包括該索左右5對拉索（包括橋面另一側拉索），分析跟蹤索力變化規律。如果同一索號上下游拉索索力相差10%以上，應首先檢查該對拉索的外觀，并在以后每三個月測試一次索力，測試范圍包括該索左右5對拉索（包括橋面另一側拉索），分析其索力變化規律。索力異常預防性養護的措施如下：判斷線型與索力實測數據是否在溫度正常影響范圍。畫出曲線表明溫度，作為以后養護依據。主梁線型良好，索力與設計值偏差不超過10%，一般不進行索力調整。索力超出10%當進一步查明原因。如有異常，經多方慎重研究并協同專家會診后方能進行調整索力及主梁標高。索力調整應在溫度穩定的季節和時段進行。索力調整、張拉的順序、級次和量值應按設計規定進行，并測定索力和延伸值，同時進行控制。調整索力應上下游同一編號拉索同時進行。索力調整的液壓系統應通過鑒定，系統總誤差在±3%以內。索力調整應于橋上無活載條件下進行。索力調整應同時進行主梁、主塔應力與位移測試，以求建立斜拉橋良好的恒載狀態：線型滿足計算值要求，索力與設計值偏差在±5%以內。

3.2 涂層系統

（1）每2～4 a對鋼箱梁進行一次清洗，清除鋼箱梁內外表面的殘留物（如灰塵、污染物、雜物等）。（2）鋼箱梁在建成10 a時實施初次涂層預養護，主要為整體涂裝或重新涂裝。（3）鋼結構表面清理：對鋼結構維護性涂裝多采用手工清理，重新涂裝多采用噴砂清理，嚴禁使用腐蝕性物質清理油膩、舊漆皮、鐵銹和氧化皮，清理前須采用高壓淡水清潔后，再噴砂除銹。（4）維護涂裝（局部維修）：當舊涂層發生2級或3級銹蝕，或3級以下開裂、剝落、起泡且損壞未貫穿整個涂層，累計面積小于構件面積的50%時，應進行維護涂裝或局部維修。（5）重新涂裝（整體維修）：當舊涂層發生3級以上銹蝕，或3級以上開裂、剝落、起泡且損壞貫穿整個涂層，累計面積大于構件面積的50%時，應進行徹底的表面處理后涂裝相應配套涂層，即重新涂裝或整體維修。重新噴涂工藝首先是電弧噴鋁，其主要工藝過程為：表面凈化→噴砂除銹→電弧噴涂→封閉底漆→中間漆及面漆幾個步驟。（6）每2～4 a對索塔及橋墩表面進行一次清洗，清除殘留物（如灰塵、污染物、雜物等）。（7）索塔及橋墩混凝土在建成8a時實施初次涂層預養護，主要為整體涂裝或重新涂裝。

3.3 鋼構件

鋼構件表面均有防腐涂層，涂裝后的鋼構件銹蝕是伴隨著涂層劣化狀況發展，因此應將鋼構件銹蝕和涂膜劣化視為整體一起預養護。針對鋼構件銹蝕的維修處治主要是對鋼結構進行除銹處理并涂漆防護。鋼構件銹蝕預防性養護的具體措施見表3。

表3 鋼構件銹蝕預防性養護的處治措施

4 結論

（1）通過資料調研整理，結合實橋檢測，疏理給出了跨海斜拉橋的預防性養護病害。

（2）著眼于將來可能引起結構技術狀況惡化的萌芽中的缺陷或病害，給出了跨海鋼箱梁斜拉橋結構預防性養護階段的具體檢測內容和檢測手段與方法。

（3）根據跨海鋼箱梁斜拉橋的結構和環境特點，給出了預防性養護階段的養護工作內容和要求，給出了維護處治的具體技術措施。