鋼筋混凝土斜塔斜拉橋檢測及承載力驗算
——以蟠龍大橋為例

李亞鵬

（寶雞市交通建設工程試驗檢測中心,陜西 寶雞 721399）

0 引言

蟠龍大橋南接寶雞高新開發(fā)區(qū)高新五路，北連寶雞市行政中心，跨越渭河和西寶高速公路，該橋建成于2008 年，經(jīng)過近20 年的運營，橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不同程度的病害，橋面鋪裝出現(xiàn)坑槽、局部錨固區(qū)混凝土剝離、護欄多處露筋、主梁腹板局部混凝土空洞、剝離、露筋、銹蝕等問題，為了準確評估該橋技術狀況，進行了檢測和承載力驗算，為下一步病害處治提供技術支撐。

1 工程概況

蟠龍大橋全長1 146 m，橋?qū)?8 m。跨徑組合：5×20 m+4×20 m+（20+75+32）m+4×（4×32 m）+（32+75+20）m+2×（5×20）m，其中，20 m 跨徑為先張法預制空心板簡支梁，32 m 跨徑為后張法大空板簡支梁，127 m 為單面索、鉆石型鋼筋混凝土斜塔斜拉橋。下部結(jié)構(gòu)采用矩形實體墩、肋板橋臺，基礎采用鉆孔灌注樁基礎。橋梁寬度：0.25 m（護欄）+2.25 m（人行道）+10.5 m（行車道）+2 m（分隔帶）+10.5 m（行車道）+2.25 m（人行道）+0.25 m（護欄）=28 m。設計荷載等級為汽-超20、掛-120，人群荷載為3.5 kN/m2。設計速度60 km/h，地震烈度7 度。設計水位569.8 m。

2 橋梁檢測評定方法及標準

采用目測觀察輔以必要的檢測儀器相結(jié)合的方法對結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件、一般承重構(gòu)件和附屬結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)觀測、檢查，對缺損部位進行標識、影像記錄，并分析病害產(chǎn)生的原因，評估結(jié)構(gòu)狀態(tài)[1]，對混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行結(jié)構(gòu)耐久性檢測。

2.1 混凝土強度檢測評定方法

橋梁混凝土強度采用回彈法[2]，混凝土強度評定采用推定強度均質(zhì)系數(shù)Kbt及平均強度均質(zhì)系數(shù)Kbm，依據(jù)表1 評定。

表1 混凝土強度評定標準

2.2 斜拉索索力測量

該次索力檢測采用DH5906W 無線索力測試分析系統(tǒng)，是為橋梁結(jié)構(gòu)的索力試驗專門設計，采用獨立分布式模塊結(jié)構(gòu)，利用Wi-Fi 無線通訊擴展，單臺計算機可以實現(xiàn)16 個模塊以內(nèi)的索力無線測試和分析[3-4]。對于兩端嵌固且自由振動的索，由于其張力與其自振頻率（基頻）的平方成正比，索力動測儀可在采集索的多諧振動曲線后通過頻譜分析（FFT）求取斜拉索張力，可用于斜拉索的測量。橋梁上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、橋面系結(jié)構(gòu)的完好狀況可按表2 進行評估。

表2 橋梁結(jié)構(gòu)狀況評估標準

3 橋梁病害檢測結(jié)果分析

3.1 橋面系

橋面鋪裝病害主要表現(xiàn)為橋面鋪裝局部坑槽。第三聯(lián)橋面（主橋）右幅橋面坑槽1 處，面積為0.05 m×0.05 m；第七聯(lián)橋面右幅橋面坑槽3 處，面積為0.2 m×0.4 m。伸縮縫裝置病害主要表現(xiàn)為全橋伸縮縫被泥土雜物阻塞，局部錨固區(qū)混凝土剝離，主橋1 個排水孔被堵塞，引橋集水管斷裂缺失1 處，護欄局部銹蝕。

3.2 上部結(jié)構(gòu)

3.2.1 主梁

主梁病害主要表現(xiàn)為主橋主梁底板多處縱向裂縫，局部混凝土剝落、空洞、露筋；引橋主梁腹板多處水平向裂縫，部分滲水裂縫，多處混凝土剝落。主梁縱向裂縫寬度≤0.2 mm 的裂縫共47 條，累計總長96.9 m；底板斜向裂縫寬度≤0.2 mm 的裂縫共2 條，累計總長9 m；腹板水平裂縫寬度≤0.2 mm 的裂縫共4 條，累計總長5 m；混凝土剝離、露筋、掉角共43 處，累計面積2.475 m2；底板網(wǎng)裂1 處，累計面積0.25 m2；翼板混凝土滲水3 處，累計面積0.3 m2；底板混凝土麻面、空洞2 處，累計面積0.11 m2。

3.2.2 橫向聯(lián)系

橫向聯(lián)系主要表現(xiàn)為主橋橫梁多處豎向裂縫，局部混凝土剝落、露筋；引橋鉸縫、濕接縫多處滲水，鉸縫多處脫落。

3.2.3 斜拉索

經(jīng)過現(xiàn)場開窗檢查，發(fā)現(xiàn)南塔受檢9 根斜拉索中，有8 根斜拉索鋼絲未見明顯病害，1 根斜拉索鋼絲存在點蝕；北塔受檢9 根斜拉索鋼絲均未見明顯病害。南側(cè)斜拉橋9 根斜拉索錨頭均存在防銹油脂缺失現(xiàn)象，2 根斜拉索鋼絲鐓頭輕微銹蝕，1 根斜拉索鋼絲鐓頭中度銹蝕，錨杯輕微銹蝕，北側(cè)斜拉橋有6 根斜拉索錨頭均存在防銹油脂缺失現(xiàn)象，B3~B5 斜拉索錨頭位于快速道路上方。

南側(cè)斜拉橋整體實測索力大于原設計索力。有3 根斜拉索實測索力與設計索力偏差≤5%，占南側(cè)斜拉橋斜拉索總數(shù)的33.3%；有1 根斜拉索實測索力與設計索力偏差＞5%且≤10%，占南側(cè)斜拉橋斜拉索總數(shù)的11.1%；有5 根斜拉索實測索力與設計索力偏差＞10%，占南側(cè)斜拉橋斜拉索總數(shù)的55.6%。其中，N3#斜拉索實測索力與設計索力偏差最大為31.40%。實測斜拉索索力與設計索力對比見圖1。

圖1 南側(cè)斜拉橋斜拉索檢測索力對比圖

北側(cè)斜拉橋整體實測索力大于原設計索力。有2 根斜拉索實測索力與設計索力偏差≤5%，占北側(cè)斜拉橋斜拉索總數(shù)的22.2%；有1 根斜拉索實測索力與設計索力偏差＞5%且≤10%，占北側(cè)斜拉橋斜拉索總數(shù)的11.1%；有6 根斜拉索實測索力與設計索力偏差＞10%，占北側(cè)斜拉橋斜拉索總數(shù)的66.7%。其中，B2#斜拉索實測索力與設計索力偏差最大為27.03%。實測斜拉索索力與設計索力對比見圖2。

圖2 北側(cè)斜拉橋斜拉索檢測索力對比圖

3.3 下部結(jié)構(gòu)

蓋梁病害主要表現(xiàn)為蓋梁多處混凝土剝離、露筋，局部擋塊被擠裂。橋墩病害主要表現(xiàn)為局部墩柱混凝土剝離，大部分支座老化開裂嚴重，部分支座脫空，臺帽局部混凝土剝離。

3.4 混凝土強度及碳化深度

抽取梁底、墩柱布置混凝土回彈測區(qū)。混凝土回彈測區(qū)均為20 cm×20 cm 正方形，每個測區(qū)測試16 個測點，并在每10 個回彈測區(qū)中選取3 個測區(qū)測試混凝土碳化深度。檢查結(jié)果如圖3~4 所示。

圖3 混凝土平均碳化深度

圖4 混凝土強度

由圖3~4 可知：上部承重構(gòu)件混凝土抗壓強度推定值為53.2~58.4 MPa，碳化深度為1.25~3.25 mm，評定標度均為1，均滿足強度設計要求；實測橋墩臺、蓋梁混凝土抗壓強度推定值為33.1~35.6 MPa，碳化深度為1.50~3.25 mm，評定標度均為1，均滿足強度設計要求。

3.5 橋梁總體技術狀況評定

橋梁技術狀況評定依據(jù)《城市橋梁養(yǎng)護技術標準》（CJJ 99—2017）中對運營階段城市橋梁技術狀況評定等級的有關規(guī)定進行。該橋主橋總體技術狀況分值為88.33，引橋總體技術狀況分值為91.25，該橋按主橋88.33 分值可評定為B 級。

4 承載能力驗算

該文采用Midas Civil 建立有限元模型，主梁采用單梁模擬，各個單元的材料和截面嚴格按照橋梁真實的情況輸入，二期恒載以單元均布荷載的形式施加在橋面系上，以確保計算質(zhì)量準確[5]。為了分析該橋在施工過程中受力狀態(tài)以及成橋運營階段的受力狀態(tài)，建立成橋運營階段的模型和施工階段模型進行分析，如圖5 所示。

圖5 Midas Civil 計算模型圖

根據(jù)計算，各控制斷面取荷載組合中的最大值結(jié)論如表3~5 所示。

表3 設計承載能力極限狀態(tài)驗算 /（kN·m）

表4 正常使用極限狀態(tài)正截面抗裂驗算 /MPa

表5 成橋索力 /kN

由上述計算結(jié)果可知，75 m 主跨斜拉橋承載能力極限狀態(tài)各控制截面抗彎、抗剪承載能力均能滿足原設計荷載汽－超20 級、掛－120 及現(xiàn)城－A 級荷載組合要求；正常使用極限狀態(tài)下，截面抗裂性能均能滿足原設計荷載汽－超20 級、掛－120 及現(xiàn)城－A 級荷載要求。

5 結(jié)語

綜上，該文依托蟠龍大橋為研究對象，根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)狀況評估標準，對蟠龍大橋結(jié)構(gòu)進行檢測，結(jié)合橋面系、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、混凝土強度及碳化檢測結(jié)果，對該橋技術狀況進行了評估，評定等級為B 級，采用Midas Civil 有限元軟件進行了承載能力驗算，主梁各截面承載能力指標均滿足設計荷載要求，為橋梁病害處治提供了依據(jù)。