非對稱性外傾肋拱橋使用狀況調查

林春姣，蔣才健，肖周強

1.廣西大學土木建筑工程學院，廣西南寧，530004；2.廣西大學工程防災與結構安全教育部重點實驗室，廣西南寧，530004

0 引言

大跨度橋梁常常是道路交通的咽喉部位，相關規范對重要的大跨度橋梁也相應提出較高級別的日常養護和管理要求[1-2]。因此，為滿足使用要求，管養部門必須及時掌握橋梁運營過程中的性能和狀態，同時，掌握某一類橋梁的運營特性對于同類橋梁的發展也非常重要。本文將對南方某城市中一座曲線非對稱性外傾拱橋（非對稱肋拱橋）進行調查，掌握其使用性能和狀況，為橋梁長期的健康運營和維護提供基礎數據，同時也為相似類型的橋梁提供參考。

1 橋梁概況

某非對稱肋拱橋主橋300m跨徑，如圖1所示，于2010年10月竣工。橋梁吊索為橫向雙索體系，全橋共26對，每對吊索兩側各有2根，吊索縱向間距9m。拱肋由鋼箱拱肋段、鋼混過渡段及混凝土拱肋段組成，上下游兩拱肋向外傾斜。拱肋采用等寬變高的單箱單室截面，寬度7.5m，高度為由承臺頂面至拱端按照拋物線漸變，東、西兩個拱肋分別由14.621m和14.672m漸變至5.6m。主橋鋼箱梁為單箱單室扁平流線型全焊鋼箱梁，全寬35m，中心高3.5m，主梁頂板、上斜腹板厚14mm，底板、下斜腹板厚12mm。橋面為雙向6車道，具體布置為： 0.6m風嘴+0.5m路肩+2.1m（人行道+欄桿）+2.5m非機動車道+0.3m分隔欄+11.250m機動車道（單向三車道）+0.5m中央分隔帶+11.250m機動車道（單向三車道）+0.3m分隔欄+2.5m非機動車道+2.1m（人行道+欄桿）+0.5m路肩+0.6m風嘴。主橋下部結構采用承臺樁基礎，整體基礎向河心預偏3.85m，承臺頂面標高63m。承臺尺寸為38.2m（長）×42.2m（寬）×5m~8m（高），承臺下設36根直徑為2.5m、中心距為7m的鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，Z0號臺樁長41m，樁底標高14m，Z1號臺樁長39m，樁底標高16m，縱橋向樁基間距4.4m，橫橋向樁基間距4.25m[3-4]。

橋梁主要技術參數：計算行車速度50km/h，設計荷載城-A級，人群荷載按CJJ77-98規范4.1.9.1條執行，橋梁結構安全等級為一級，設計基準風速31.3m/s，地震烈度為基本烈度6度，航道等級Ⅲ級，最高通航水位75.25m，設計水位79.864m，洪水頻率1%。

2 主橋使用狀況

2.1 鋼箱拱肋

拱肋是拱橋的主要承重結構，通過檢測了解其存在的主要問題，以便于后續養護中加強關注和防護。本橋拱肋中鋼箱拱肋占絕大部分，其工作現狀對橋梁的整體性能至關重要。

本橋梁處于高溫潮濕的南方城市，而環境中的濕度對于鋼結構養護十分重要，過大的濕度和高溫容易導致鋼結構產生銹蝕[5-6]。在本橋鋼箱拱肋內部，裝有除濕系統，以保持箱內適宜的溫度和濕度。在2021年3月最近一次檢測中，本橋的鋼箱內部溫度和濕度分別為20℃和50%，處于比較適宜的狀態。現場檢測發現有部分除濕系統出現故障，未能正常運行，因此在需要在后續養護中盡快修復，保證拱箱內部合適的溫度和濕度環境。

鋼結構日常使用中被腐蝕后往往不易修復，因此運營過程中應盡早發現以做好防護，避免進一步發展。在本橋鋼箱拱肋內部的檢測發現，主拱底板縱橋向加勁肋底面焊縫全橋范圍內均不同程度銹蝕、掉漆；鋼箱拱肋57處銹蝕、掉漆，累計面積約140.5m2；2處積水、銹蝕；3處灼燒痕跡，面積約4.26m2；全橋鋼構件連接處螺母銹蝕。鋼箱拱肋內部典型缺陷照片如圖2所示。

鋼箱拱肋外部處于自然環境中，非常受環境的影響，同時，橋梁外部任何變化產生的影響較大，也比較容易被發現，因此在日常養護中也非常受到重視。從檢測報告中看到，鋼箱拱肋外表面未發現有銹蝕、損傷等明顯病害，全拱肋的涂裝層也比較完整，整體養護狀況較好，如圖3所示。

2.2 混凝土拱肋

本橋梁中的拱肋除了鋼箱拱肋外，還包含了部分混凝土拱肋節段。混凝土拱肋位于拱腳節段，雖然長度較短，但是承重結構中關鍵的受力部位，在傳力路徑上重要。通常情況下，混凝土結構容易產生的主要病害包括混凝土裂縫、露筋、鋼筋銹脹脫落等[7]。經檢測后發現，本橋梁拱腳部分混凝土拱肋總體狀況尚好，但也有一些相關病害，比如銹脹露筋、平臺墻壁滲水、積水、建筑垃圾堆積等等。典型的病害大致描述如下：在混凝土拱肋內部發現拱腳平臺20處銹脹、露筋，累計面積約30.87m2；5處垃圾堆積；全橋檢修爬梯嚴重銹蝕，局部銹斷，拱腳9處積水。混凝土拱肋內部各種典型缺陷情況如圖4所示。混凝土拱肋外部已上涂裝層，從外表看整體狀況較好，未見明顯異常。

2.3 吊桿

吊桿是支撐橋面，將橋梁荷載傳遞到拱肋的傳力構件，對橋梁的安全行車也非常關鍵，因此，吊桿的維護對于橋梁來說非常重要。常規橋梁中，吊桿一般有豎直吊桿和斜吊桿兩種狀態，但都在一個豎直面內。而本橋的主橋位于彎道上，且雙拱肋向外非對稱張開，兩個拱肋上的吊桿分別處于不同傾斜程度的曲面上，同時吊桿對結構的平衡也起到了很大的作用，整座橋梁處于非常復雜的受力狀態。本橋梁的吊桿在常規檢測中，也是按照一般吊桿的常見病害如錨具漏油、保護套破損和缺失、螺栓銹蝕損壞、鋼絞線銹蝕[8]等進行檢測，除此之外，這種特殊結構形式的橋梁還要注意兩側吊桿的索力平衡問題。

本橋最近檢測報告的結果顯示：橋梁東側1#、6#、11#、12#、16#、19#、20#、21#、24#、25#和西側1-26#等47處吊桿錨頭錨杯銹蝕、9處錨杯螺栓缺失銹蝕、1處吊桿PE護套表層脫落，未提及其他病害問題。吊桿的典型病害如下圖5所示。

2.4 肋間平臺

本橋兩個非對稱的拱肋之間采用兩個肋間平臺進行連接，兩個平臺位于兩拱肋拱腳處，使拱肋形成整體（見圖1）。因此，這兩個肋間平臺也算是拱肋的一部分，保持其受力安全對橋梁同樣重要。南北兩個肋間平臺均為混凝土結構，其主要病害多為混凝土結構的常見病害，包括裂縫，銹脹露筋、積水等等。

最近檢測報告顯示，本橋南北兩個肋間平臺也為箱形截面，具體病害情況為：北肋間平臺的箱室內有1處積水、1條約0.5m的豎向裂縫、1處約0.1m2的銹脹露筋、1處檢修梯道銹蝕；南肋間平臺箱室內有2處總長度約1.1m的銹脹露筋、2處約0.6m2的破損露筋、1處積水。兩個肋間平臺外表面均未發現明顯病害，典型病害如圖6所示。

2.5 鋼箱主梁

本橋為中下承式拱橋，主梁為橋面通行提供支撐，并使橋梁成為一個整體，同時，主梁結構也是保持橋梁整體平衡的重要組成部分。本橋的主梁主要由鋼箱梁組成，因此，其可能發生的主要病害形式也與常規鋼結構一樣，包括銹蝕、焊縫、疲勞、涂層脫落[5-6]等等，此外，還可能另外包括一些前期施工期間焊接過程中留下的灼傷痕跡。

檢測報告顯示，本橋鋼箱梁主要病害包括1處面積約為0.9m2的積泥、1處面積約為0.1m2涂層脫落、累計面積約13.99m2的20處銹蝕、累計面積約6m2的3處銹脹，此外另有累計面積約16.295m2的87處灼燒痕跡。上述病害均位于鋼箱內部，而外表面未發現明顯病害。部分典型的病害情況如圖7所示。

2.6 系桿

在系桿拱橋中，系桿是平衡拱肋水平力的重要構件，對于維持結構的正常工作非常重要。若系桿發生重大病害，喪失抵抗水平力的能力，則整座橋梁都將喪失工作性能。因此，系桿的日常養護和檢測非常關鍵。材料上可以采用鋼絞線或者碳纖維來制作系桿，但在實際工程上，系桿拱橋目前主要采用鋼絞線系桿。一次，與其他同類結構和材料相似，系桿的主要病害包括錨具漏油、鋼絞線套管破損、鋼絞線外露、PE套缺失等等。本橋系桿亦為鋼絞線系桿，檢測報告顯示，系桿主要病害包括：肋間平臺處12處系桿錨具漏油、1處鋼絞線套管破損、鋼箱梁處1處PE套缺失、1處鋼絞線外露、31處系桿漏油。部分典型病害如圖8所示。

2.7 橋面系、下部結構和其他構件

無論何種結構體系，其橋面系直接接觸汽車荷載，都是橋梁中最直觀、最容易發現病害的組成部分，也是運營過程中最容易受損的構件。在工程實際中，橋面系常見的主要病害包括橋面鋪裝開裂、車轍、伸縮縫堵塞、伸縮縫錨固區開裂、泄水孔堵塞、人行道在吊桿處開裂、護欄銹蝕等等。本橋歷年的檢測報告中，也出現過部分上述病害，但在2017-2018年進行橋梁維修后，最近兩年檢測報告中顯示，橋面系基本未發現明顯病害。

此外，本橋梁的主橋為中承式系桿拱，梁通過拱肋將荷載傳遞至拱腳基礎，未設置橋墩，也未設橋臺。主橋兩端肋間平臺與鋼箱梁間搭接處各設有4個盆式橡膠支座。檢測報告中顯示，支座未發現明顯病害，主橋的基礎埋置于地下，也未發現明顯病害；其余過橋管線等附加設施也未發現明顯病害。

3 結語

經過對運營11年后的非對稱外張曲線拱橋使用狀況的調查，掌握了該橋梁目前的運營狀態。調查結果可為該橋梁的后續養護和維修提供基礎數據和參考，具體可總結如下。

（1）調查顯示，非對稱外張曲線拱橋在正常養護下，經過11年運營后總體狀況良好，兩根拱肋仍然保持平順，無明顯不均勻下撓，無不合理變形，拱橋結構承載力和正常使用狀態都滿足使用要求。

（2）主拱鋼拱箱內部在使用過程中產生了一定數量的銹蝕、掉漆現象，表明在運營期間箱內的環境還有溫度濕度需要注意的時段。建議盡量進行必要的修補，對拱箱銹蝕部分進行處理上漆，拱箱外包雖然未發現明顯病害情況，但在后續運營期間，也應加強日常養護，避免進一步發展而危害拱箱的受力。

（3）本拱橋的混凝土拱肋節段與常規混凝土拱橋的養護相同，應注意避免出現裂縫和其他損害情況，本橋的拱腳節段受力比較復雜，可能是將來混凝土裂縫產生密集的地方，因此養護期間需要特別注意防護。

（4）本拱橋的吊桿在構造和受力上與其他常規吊桿類拱橋的吊桿不同，主要是橋梁的整體平衡需要依靠張拉吊桿來調節，但大體上來說，吊桿的病害也主要是上下錨頭和吊桿銹蝕、保護罩受損、吊桿刮傷變形、吊桿拉力偏離設計值過大等等，因此，在日常養護中也要注意保持吊桿的受力平衡。

（5）拱橋的橋面系和下部結構按照常規橋梁養護。