某雙塔地錨式懸索橋檢測與評估

■廖智敏

（福建省交通建設(shè)工程試驗(yàn)檢測有限公司，福州 350004）

1 工程概況

某雙塔地錨式懸索橋，由主橋和引橋組成，主橋?yàn)閱慰纂p塔懸索橋，跨徑186 m，矢跨比1/10，上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土加勁桁，下部結(jié)構(gòu)為索塔，擴(kuò)大基礎(chǔ)。 引橋在主橋兩側(cè)各設(shè)一孔鋼筋混凝土空心板梁， 上部結(jié)構(gòu)分別為1 m×10 m 和1 m×13 m 的鋼筋混凝土空心板， 下部結(jié)構(gòu)為U 型臺，擴(kuò)大基礎(chǔ)。 該橋立面及橫斷面布置分別如圖1、2所示。 主橋加勁桁架采用C30 混凝土， 索塔采用C25 混凝土， 索塔基礎(chǔ)要求嵌入弱風(fēng)化凝灰熔巖不小于1 m。 主橋在加勁桁與索塔連接處、引橋與索塔連接處各設(shè)1 道伸縮縫， 全橋共設(shè)4 道伸縮縫。 全橋共2 根主纜、46 對吊索，其中，主纜采用24Φ42（7×19）鍍鋅高強(qiáng)鋼絲繩，吊索采用Φ42（7×19）鍍鋅高強(qiáng)鋼絲繩。

圖1 該橋立面布置圖

圖2 該橋橫斷面布置圖

2 大橋主要設(shè)計(jì)參數(shù)

該橋設(shè)計(jì)荷載：汽車-20 級，掛車-100，人群荷載3.5 kN/m2。 主橋總寬為6.60 m，凈寬5.90 m。 根據(jù)該橋的竣工資料，其設(shè)計(jì)為單車道。 故本次按單車道進(jìn)行承載能力檢算。

3 橋梁現(xiàn)狀病害檢查

（1）混凝土加勁桁架較多數(shù)構(gòu)件混凝土質(zhì)量較差，且多處出現(xiàn)鋼筋銹脹，混凝土剝落現(xiàn)象；加勁桁架梁部分下弦桿有受拉而產(chǎn)生的裂縫；加勁桁架表面均被碳化，最大碳化深度4 mm，小于該橋設(shè)計(jì)的鋼筋保護(hù)層厚度。 （2）主纜內(nèi)部玻璃纖維及防腐黃油未見明顯破壞、老化，內(nèi)部鍍鋅鋼絲繩表面狀況完好；南、北兩側(cè)塔頂防護(hù)鐵皮接頭密封不到位；兩側(cè)索塔索鞍上下座板都有不同程度的位移；索鞍下座板及部分錨固螺栓銹蝕表層油漆剝落， 銹蝕嚴(yán)重。 全橋吊索索體鍍鋅鋼絲表面有少量鋅腐蝕亮斑，失去光澤；上下錨頭未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷、下錨頭鋼墊板及螺栓表層有輕微銹蝕現(xiàn)象；吊索下部與加勁梁連接處連接錨頭螺桿（系桿）、螺帽、鋼墊板均存在不同程度銹蝕、漆皮剝落。 （3）主纜背索的24 根Φ42（7×19）鍍鋅高強(qiáng)鋼絲繩分別于拉桿連接錨固于橋頭兩側(cè)基巖上，鋼絲繩與拉桿錨固連接區(qū)域目前已被混凝土塊密封。 經(jīng)檢查，4 個(gè)錨室底部均積水，且淹沒底部第一、二塊拉桿加固混凝土塊，加固混凝土塊表面未見裂縫，主纜防護(hù)包裹材料大部分完好，部分散索端部玻璃纖維布局部破損，防腐油脂未見明顯老化。 （4）兩側(cè)主纜邊跨為空心板結(jié)構(gòu)，經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)翼緣板及腹板存在56 處銹脹露筋，長度在0.02～0.15 mm，4 處混凝土剝落露筋， 面積為0.05×0.05～0.30×0.15 m2， 發(fā)現(xiàn)空心板梁底24 條橫向裂縫，長度為0.3～0.8 m，縫寬為0.07～0.10 mm。兩側(cè)橋臺工作狀況較好， 四氟板支座存在滑移、開裂病害。

4 橋梁材質(zhì)狀況與狀態(tài)參數(shù)檢測

4.1 橋梁幾何形態(tài)參數(shù)檢測

4.1.1 主纜矢高測試結(jié)果

主纜矢高的測試主要使用徠卡Nova TS50I 全站儀及棱鏡，棱鏡分別置于索塔索鞍中心處主纜上緣墊塊上，跨中置于主纜鍍鋅鐵皮防護(hù)套頂面。 由表1 可知：本次實(shí)測矢高與設(shè)計(jì)矢高相比，相對差值在1.0%～1.3%。

表1 主纜矢高測試結(jié)果

4.1.2 主橋橋面相對標(biāo)高測試結(jié)果

橋面相對標(biāo)高測點(diǎn)位置縱向布置于鋼筋混凝土加勁桁梁端支座中心以及每根吊桿中心，橫向布置于橋面兩側(cè)欄桿內(nèi)側(cè)位置。 由圖3 可知：該橋現(xiàn)狀顯示橋面線形平順，橋面上、下游相對標(biāo)高基本一致。

圖3 上、下游兩側(cè)主橋橋面線形圖

4.1.3 主纜線形測試結(jié)果

主纜線形測試分別對上游側(cè)主纜、下游側(cè)主纜進(jìn)行測量。 由圖4 可知：上、下游兩側(cè)主纜線形相對高程基本一致。

圖4 上、下游兩側(cè)主纜線形相對高程圖

4.1.4 吊桿垂直度檢測

吊桿垂直度測點(diǎn)布置在吊桿任意上、 下兩個(gè)點(diǎn)，通過測試兩點(diǎn)縱橋向和橫橋向相對距離及高差，計(jì)算得到吊桿垂直度。 本次檢測隨機(jī)選取10 根吊桿進(jìn)行垂直度檢測，由表2 可知：吊桿實(shí)測縱橋向垂直度在0.03%～0.43%， 橫橋向垂直度在0.00%～0.14%。

表2 吊桿垂直度檢測結(jié)果

4.1.5 主塔垂直度測試結(jié)果

主塔垂直度測點(diǎn)布置在上、 下游側(cè)上塔柱頂、上塔柱底同一面上、 下兩個(gè)棱鏡， 通過使用徠卡Nova TS50I 全站儀測試兩點(diǎn)縱橋向和橫橋向相對距離及高差，計(jì)算得到主塔垂直度，測點(diǎn)布置如圖5 所示。 由表3 可知：本次實(shí)測主塔垂直度與設(shè)計(jì)塔柱垂直度基本一致。綜上所述， 通過對該橋幾何形態(tài)參數(shù)的測試，可以綜合評定該橋未發(fā)生明顯下?lián)霞芭まD(zhuǎn)變形。

圖5 主塔垂直度測點(diǎn)布置

表3 主塔垂直度測試結(jié)果

4.2 無損檢測

無損檢測主要針對該橋混凝土加勁桁梁及索塔2 個(gè)混凝土部件， 包括混凝土強(qiáng)度、 鋼筋保護(hù)層厚度、碳化狀況3 個(gè)方面。從檢測結(jié)果可知：（1）混凝土加勁桁架：混凝土強(qiáng)度評定標(biāo)度5、鋼筋保護(hù)層厚度評定標(biāo)度3、碳化狀況評定標(biāo)度2；（2）索塔：混凝土強(qiáng)度評定標(biāo)度1、鋼筋保護(hù)層厚度評定標(biāo)度1、碳化狀況評定標(biāo)度1。 說明混凝土加勁桁架現(xiàn)狀情況差、索塔現(xiàn)狀良好， 主要是因?yàn)榛炷良觿盆旒茉炷猎O(shè)計(jì)強(qiáng)度低、 鋼筋保護(hù)層設(shè)計(jì)厚度小、 桁架構(gòu)件細(xì)，且兩側(cè)桁架受雨水侵蝕嚴(yán)重，質(zhì)量退化快。

恒載作用下主纜索力及吊索拉力的實(shí)際狀況與設(shè)計(jì)值的符合程度是衡量結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)是否符合設(shè)計(jì)要求和施工水平的一個(gè)重要指標(biāo)。 本次采用振動頻率法測量索力，在索力計(jì)算時(shí)，綜合考慮拉索邊界條件、垂度、斜度、阻尼器、抗彎剛度等因素對索力振動的影響。 由表4 可知：雖然構(gòu)成同一根背索的每股索力有所不同，但是每一股振動的各階基頻卻能達(dá)到基本一致。 使用振動頻率法計(jì)算短吊索拉力存在一定的難度，因此本次只能測出兩端長吊索的拉力，由圖6 可知：上、下游兩側(cè)吊索的拉力普遍對稱，偏差值小于±10%。

表4 本次檢測主纜背索索力計(jì)算結(jié)果

圖6 上、下游兩側(cè)吊索拉力對比分析

4.3 自振頻率測試

橋梁自振頻率變化不僅能夠反映結(jié)構(gòu)損傷情況，而且還能反映結(jié)構(gòu)整體性能和受力體系的改變。 通過測試橋梁自振頻率的變化，可以分析橋梁結(jié)構(gòu)性能，評價(jià)橋梁工作狀況[2]。 由表5 可知：該橋各階豎向彎曲振型實(shí)測頻率值均大于相應(yīng)階次理論值，表明該橋當(dāng)前狀態(tài)實(shí)際剛度大于理論剛度。

表5 自振頻率和阻尼比測試結(jié)果

5 橋梁技術(shù)狀況評定

通過對橋梁現(xiàn)狀病害檢查、材質(zhì)狀況與狀態(tài)參數(shù)檢測及無損檢測，并按《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21-2011） 進(jìn)行技術(shù)狀況等級評定。由表6 可知：該橋總體技術(shù)狀況等級為3 類，即有中等缺損，尚能維持正常使用功能[1]。

表6 橋梁技術(shù)狀況評定

6 承載能力檢算

6.1 檢算模型

對該橋結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算采用邁達(dá)斯有限元程序建立空間模型進(jìn)行分析計(jì)算， 計(jì)算模型如圖7 所示。 本次外觀檢測結(jié)果可知，主纜、吊索及主塔沒有出現(xiàn)影響該部件承載能力的病害，故不作檢算。 檢算主要針對混凝土加勁桁梁受力最不利斷面，由模型分析可知最不利斷面為1/4L 斷面的受拉下弦桿。

圖7 橋梁邁達(dá)斯有限元計(jì)算模型

6.2 檢算參數(shù)取值

檢算參數(shù)取值如下： 承載能力檢算系數(shù)Z1取0.965；承載能力惡化系數(shù)ξe取0.057 混凝土結(jié)構(gòu)截面折減系數(shù)ξc取0.930； 鋼筋的截面折減系數(shù)ξs取0.950。

6.3 理論承載能力檢算

通過對下弦桿1/4L 斷面處理論承載能力進(jìn)行檢算， 可知該橋作用效應(yīng)與抗力效應(yīng)的比值為1.10，介于1.0～1.2，故該橋目前狀態(tài)承載能力很可能不滿足汽車-20 級單車道的通行要求，需根據(jù)《公路承載能力檢測評定規(guī)程》（JTC/T J21-2011） 中有關(guān)規(guī)定通過荷載試驗(yàn)進(jìn)一步評定其承載能力[2]。

6.4 經(jīng)過荷載試驗(yàn)的承載能力檢算

通過對該橋靜載荷載試驗(yàn)結(jié)果可知：該橋1/4L斷面處應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)位于0.81～0.85 之間、 撓度校驗(yàn)系數(shù)位于0.82～0.84 之間。 根據(jù)《公路承載能力檢測評定規(guī)程》（JTC/T J21-2011）中的8.3.2 條規(guī)定：應(yīng)取主要測點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)或變位校驗(yàn)系數(shù)的較大值，確定檢算系數(shù)Z2，代替Z1按本規(guī)程的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行承載能力檢算[2]，即Z2=1.025。 對下弦桿1/4L斷面處進(jìn)行荷載試驗(yàn)的承載能力檢算，可知該橋荷載效應(yīng)與抗力效應(yīng)比值為1.04，小于1.05，故判定該橋承載能力滿足汽-20 級（單車道）等級要求。

7 結(jié)論

通過對該橋的現(xiàn)狀病害檢查、材質(zhì)狀況與狀態(tài)參數(shù)檢測、無損檢測、技術(shù)狀況評定及承載能力檢算，得到以下結(jié)論：（1）該橋總體技術(shù)狀況等級為3 類，即有中等缺損，尚能維持正常使用功能。（2）該橋目前狀態(tài)承載能力尚能滿足汽車-20 級（單車道）的通行要求。 （3）鑒于本橋承載能力檢算中荷載效應(yīng)與抗力的比值為1.04， 略小于規(guī)定的限值1.05，基于安全考慮，建議對該橋按單車道，汽-15 級進(jìn)行限載通行，嚴(yán)禁超載超限。 （4）由于懸索橋結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，管養(yǎng)單位應(yīng)在今后營運(yùn)中按照《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG H11-2004），做好日常養(yǎng)護(hù)工作，掌握橋梁使用狀況。 為確保橋梁安全運(yùn)營，建議對橋跨結(jié)構(gòu)各受力控制截面、橋墩等重要部件進(jìn)行定期監(jiān)測和養(yǎng)護(hù)管理。