某懸索橋定期檢查及技術(shù)狀況研究

楊秋娥， 丁念明

(湖南省高速公路集團有限公司， 湖南 長沙 410022)

懸索橋在運營過程中因“剛度小”的特點，在車輛荷載作用下會產(chǎn)生較大變形和振動。加上懸索橋常處于潮濕、復(fù)雜和惡劣的山區(qū)環(huán)境，這種環(huán)境會不可避免地對橋梁各部件特別是纜索造成不同程度的損傷，而對于懸索橋這種特殊橋型，輕微的損傷都會造成其永久危害。因此，對懸索橋進行定期檢查和技術(shù)狀況評定極其重要。針對某運營25年的鋼結(jié)構(gòu)懸索橋，楊健等通過外觀檢查、主纜線形和鋼桁架變形測量等，分析、評估其性能狀態(tài)，并提出建設(shè)性的養(yǎng)護管理措施；肖輝等對四川印把子溝跨線懸索橋進行定期檢測，為橋梁養(yǎng)護管理提供參考。該文對湖南高速公路某懸索橋進行客觀、詳實的檢查，了解其總體技術(shù)狀況，提出有針對性的養(yǎng)護、維修或加固處治建議，為下一步的養(yǎng)護施工提供工作范圍及技術(shù)支持，確保橋梁的安全運營。

1 工程概況

某懸索橋橫跨峽谷，谷頂寬約420 m，谷頂與谷底高差達280 m左右，是湖南省內(nèi)高速公路上的一座特大型橋梁。橋梁全長1 194.20 m，兩座主塔高度分別為137.488、123.192 m，跨徑布置為(200+856+190) m。鋼桁梁全長854 m，桁高6.5 m，桁寬28 m，節(jié)間長度6 m(見圖1)。橋塔下橫梁處設(shè)豎向支座及橫向抗風(fēng)支座，跨中設(shè)柔性中央扣。全橋共69對吊索，吊索標(biāo)準(zhǔn)間距為12 m，端吊索至索塔的距離為20 m。索塔采用門式框架結(jié)構(gòu)，兩岸錨碇均采用重力式錨碇。其標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見圖2。

2 橋梁定期檢查

為全面掌握該橋使用狀況，評估其結(jié)構(gòu)性能，從而校核橋梁基本數(shù)據(jù)信息、完善和更新橋梁管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并為橋梁管養(yǎng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和安全養(yǎng)護運營措施，于2017年12月—2018年3月對該橋進行細致檢查及變位測量，評定其技術(shù)狀況。

2.1 檢查內(nèi)容

對橋梁主體結(jié)構(gòu)及其附屬構(gòu)造物的技術(shù)狀況進行全面檢查，其中目測對象主要為主纜、吊索、索塔、鋼桁加勁梁、錨碇、支座、橋面系及伸縮縫等。此外，根據(jù)該橋結(jié)構(gòu)特點，進行橋面線形、主纜線形及索塔傾斜度測量，檢查砼材質(zhì)狀況(包括砼強度、碳化深度、鋼筋保護層厚度和鋼筋銹蝕等)。

2.2 橋梁外觀檢查

分別對該橋上部、下部結(jié)構(gòu)和橋面系進行外觀檢查。上部結(jié)構(gòu)檢查結(jié)果見表1。

下部結(jié)構(gòu)檢查如下：1) 兩側(cè)錨碇存在的問題。前、后錨室錨坑內(nèi)存在較深積水；前錨室洞門內(nèi)的地面有積水、雜物堆積；通風(fēng)除濕系統(tǒng)未正常運轉(zhuǎn)；錨碇室內(nèi)砼表面有大面積水蝕痕跡，局部存在縱橫泛白、鐘乳現(xiàn)象；錨室內(nèi)鋼模板未拆除，存在銹蝕情況[見圖4(a)]。前錨面部分錨頭防護帽出油孔處油杯或蓋子缺失[見圖4(b)]，個別錨頭防護帽內(nèi)防腐油脂溢出。后錨面?zhèn)€別錨頭經(jīng)常被積水淹沒，錨頭防護帽銹蝕。2) 其他構(gòu)件如索塔基礎(chǔ)、散索鞍及河床等狀況良好，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

圖1 某懸索橋橋型布置示意圖(單位：cm)

圖2 某懸索橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意圖(單位：cm)

表1 橋梁上部結(jié)構(gòu)檢查結(jié)果

圖3 橋梁上部結(jié)構(gòu)典型圖片

橋面系檢查結(jié)果見表2。

圖4 橋梁下部結(jié)構(gòu)典型圖片

檢查構(gòu)件檢查狀態(tài)描述橋面鋪裝全橋鋪裝基本完好,右幅橋面存在一處沉陷[見圖5(a)]伸縮縫全橋伸縮縫型鋼主體及橡膠條均完好,伸縮縫錨固區(qū)砼出現(xiàn)較多縱橋向裂縫護欄護欄撞擊、刮蹭、變形、錯位、基座開裂破損排水系統(tǒng)3處PVC管接頭松動或開裂,21處PVC管與鑄鐵泄水管脫開[見圖5(b)]照明、標(biāo)志狀況良好,未發(fā)現(xiàn)明顯病害附屬設(shè)施狀況良好,未發(fā)現(xiàn)明顯病害

圖5 橋面系典型圖片

2.3 橋梁線形及主塔偏位檢查

依據(jù)JTG H11-2004《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》，大跨徑或特殊結(jié)構(gòu)橋梁需進行橋面線形、主纜線形及主塔偏位測量。

(1) 橋面線形。此次測量為該橋的第二次測量，由于沒有竣工線形測量數(shù)據(jù)，將線形測量結(jié)果與2016年首次測量結(jié)果進行對比，兩次測量結(jié)果的誤差見圖6。由圖6可知：兩次橋面線形誤差在6 mm以內(nèi)，線形基本一致，說明橋梁線形從2016年4月至今未發(fā)生明顯變化，橋梁線形狀態(tài)良好。

圖6 主橋線形誤差

(2) 主纜線形。主纜線形兩次測量結(jié)果的誤差見圖7。由圖7可知：上、下游側(cè)主纜線形誤差在3 cm以內(nèi)，測量結(jié)果與2016年首次測量結(jié)果基本一致，說明主纜線形從2016年4月至今未發(fā)生明顯變化，主纜線形較平順。

圖7 主纜線形誤差

(3) 主塔偏位。主塔縱橫向偏位測量結(jié)果見表3。由表3可知：橋塔縱橫向偏位量均在規(guī)范允許范圍的0.3H%以內(nèi)；測量結(jié)果與2016年首次測量數(shù)據(jù)基本一致，橋塔未出現(xiàn)明顯變位。

表3 主塔橫、縱向測量結(jié)果

2.4 砼材質(zhì)狀況檢查

(1) 砼強度。依據(jù)JTG/T J21-2011《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》中砼強度檢測評定標(biāo)準(zhǔn)，該橋上、下部結(jié)構(gòu)的砼強度評定標(biāo)度值基本為1，個別測區(qū)為2，說明所選測區(qū)砼強度均處于良好或較好的狀態(tài)。

(2) 砼碳化深度。該橋砼碳化深度與保護層厚度的比值Kc均小于0.5，砼碳化深度對保護層保護鋼筋的效能無影響或影響輕微。

(3) 鋼筋保護層厚度。該橋鋼筋保護層厚度評定標(biāo)度值基本為1，根據(jù)JTG/T J21-2011，所選測區(qū)砼保護層對結(jié)構(gòu)耐久性影響不顯著；個別T梁底板或腹板所選測區(qū)的鋼筋保護層厚度評定標(biāo)度值為2，對結(jié)構(gòu)耐久性有輕度影響。

(4) 鋼筋銹蝕電位。該橋測區(qū)測點的電位值均大于-200 mV，根據(jù)JTG/T J21-2011，測區(qū)的鋼筋銹蝕狀態(tài)屬于無銹蝕活動性或銹蝕活動性不確定，評定標(biāo)度值為1，滿足要求。

2.5 吊索恒載索力檢查

采用索力儀對主橋吊索索力進行測試，方法如下：在恒載狀態(tài)下，采用弦振法通過無線索力測試分析系統(tǒng)測試吊索的自振頻率，由測得的基頻及吊索長度、線容重等參數(shù)計算吊索索力。共對全橋138根吊索的恒載索力進行測試，測試結(jié)果與計算值的誤差見圖8。由圖8可知：上、下游側(cè)吊索索力與計算值的誤差在0.1%左右，在恒載作用下吊索的實測索力與計算值基本吻合，沒有出現(xiàn)明顯偏差，吊索受力基本正常。

圖8 吊索索力與計算值的誤差

3 橋梁技術(shù)狀況評定

3.1 橋梁技術(shù)狀況評價分析依據(jù)及方法

采用JTG/T H21-2011《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》推薦的分層綜合評定與五類橋梁單項控制指標(biāo)相結(jié)合的方法進行全橋技術(shù)狀況評定，評定流程為評定橋梁各構(gòu)件→評定橋梁各部件→分別評定橋面系、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)→根據(jù)式(1)計算全橋總體技術(shù)狀況評分Dr，評定橋梁的總體技術(shù)狀況。

Dr=IDWD+ISPWSP+ISDWSD

(1)

式中：ID、ISP和ISD分別為橋面系、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況評分；WD、WSP和WSD分別為橋面系、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的權(quán)重。

根據(jù)全橋總體技術(shù)狀況評分確定橋梁狀況等級，共分為五類，分別為全新狀態(tài)和功能完好的一類等級(Dr=95～100)、具有輕微缺損且對橋梁使用功能無影響的二類等級(Dr=80～94)、具有中等缺損但還能維持正常使用功能的三類等級(Dr=60～79)、主要構(gòu)件有較大缺損且嚴重影響橋梁使用功能的四類等級(Dr=40～59)、主要構(gòu)件存在嚴重缺損且不能正常使用的五類等級(Dr=0～39)。

3.2 橋梁總體技術(shù)狀況評定

采用以上評價方法，根據(jù)橋梁定期檢查結(jié)果分別對橋面系、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)進行部件評分，進而對全橋進行總體技術(shù)狀況評分，結(jié)果見表4。

表4 橋梁技術(shù)狀況評定結(jié)果

由表4可知：該橋的總體狀況評分為82.67，綜合評定為二類，處于“有輕微缺損，對橋梁使用功能無影響”的狀態(tài)，能滿足橋梁使用功能，但需進行必要的維修。

4 處治建議

(1) 對于主橋預(yù)制橋面板盆式支座的鋼構(gòu)件銹蝕，建議整體頂升鋼縱梁及橋面板，更換銹蝕嚴重的支座，對局部銹蝕的支座除銹后進行防腐涂裝。

(2) 及時抽干4個錨碇前、后錨室內(nèi)的積水，恢復(fù)錨室內(nèi)通風(fēng)和抽濕設(shè)備的運轉(zhuǎn)，保持錨室內(nèi)干燥無積水；針對錨碇滲漏水問題進行專題研究，確定永久處治措施。