既有橋梁斜拉索檢測評估及損傷分析

江建龍、晏澍瑞

（江西省交通投資集團有限責任公司九江管理中心，江西九江 332000）

1 國內既有橋梁現狀

近年來，我國橋梁建設取得顯著進步，但隨著服役時間的延長，部分橋梁的病害問題日趨嚴重。一方面，道路交通流量急劇增加，尤其是大量的大、重型車輛不斷增加，對橋梁提出了更高的要求。例如，在大型水電站、礦山等建設工程中，需要通過大噸位的汽車運送特大型部件，目前已建成的橋梁已不能滿足使用需求。另一方面，由于原有橋梁的老化和破損，以及原有橋梁的設計水平不高，不能完全滿足我國道路交通發展的需要。

2 既有橋梁檢測與評估的目的及意義

隨著我國現代化工業建設的發展，特大型工業設備和集裝箱運輸越來越頻繁，由此引發的超重車輛過橋事件時有發生，為確保超重車輛能夠安全通過橋梁，并為橋梁臨時加固提供準確數據參考，需要對橋梁進行檢測和評估[1]。

橋梁遭受特大災害，如泥石流、地震、洪水等造成嚴重損壞，或者在建造和使用過程中出現嚴重缺陷（如質量事故、過度變形和意外撞擊等）時，檢測評估相關人員可以及時掌握橋梁的承載力情況。此外，如果現有橋梁資料不完整，通過檢查，可以重新建立和積累技術資料，為加強科學管理和提高橋梁技術水平提供基礎。例如，系統地收集橋梁技術數據，并建立橋梁數據庫，借助計算機管理系統，更好地維護和管理橋梁，指導橋梁的養護、加固和維修工作。

對于一些重要的大橋或特大橋，建成之后，通過檢測評估，可以評定其設計和施工質量，確定工程的可靠度。對于采用新型結構的橋梁，通過檢測評估，可以驗證設計理論的可靠性，并進一步發現問題、總結經驗，這有助于不斷改進結構設計。

此外，對經過維修加固的橋梁進行竣工檢測可以驗證維修加固質量，并驗證加固方法的合理性和可靠性，了解橋梁的實際受力狀態，判斷結構的安全承載能力和使用條件評價，為進行橋梁的維修加固提供可靠依據[2]。

3 項目概況

在斜拉橋中，索道是承載主梁恒載、橋面系統以及活載至橋塔的荷載的重要承力元件，其使用狀況與橋梁的安全性有很大的關聯。由于大部分斜拉索壽命較短（約為橋梁基準期的1/10，很多情況下不到20 年），且在運營過程中易發生病害，因此對其進行專項檢測與日常養護尤為重要。A 橋是國內第一座雙線、單塔、單索面斜拉橋，主橋跨度（114+120）m，已經使用15 年。該橋斜拉索為32 對平行鋼絲索，雙排單索面豎琴式布置，斜拉索梁端錨固在箱梁中室靠橫隔梁處，梁上索距6.66m，塔端錨固在橋塔外表面，塔上索距3.92m。斜拉索采用極限強度為1670MPa 的φ5mm 鍍鋅低松弛高強鋼絲，鋼絲數分別為283 和301，采用冷鑄錨錨固。斜拉索設置雙層熱擠PE 護套防護，梁端防護罩填充發泡劑，錨頭端設置防水罩。為了保證橋梁結構的安全性與穩定性，需要對該橋梁的斜拉索進行檢測和修補。

4 斜拉索檢測評估

4.1 外觀與內部缺陷檢測評估

4.1.1 上、下錨頭外觀檢測

通常斜拉橋的斜拉索塔端錨固在橋塔箱室內部，上錨頭處于密封環境，雨水通過上錨頭進入索體的概率較小，而該橋上錨頭錨固在橋塔外表面，長年受雨水侵蝕，可能導致雨水進入索體。對A 橋全橋64 根上錨頭進行形貌檢測，發現全橋上錨頭無水，34 根斜拉索上錨頭油不足。53%的錨頭護罩上出現漏油的情況；3條斜拉索（北端E12 索，南北端W2 索）上部錨固區出現了混凝土裂紋，裂紋寬度為0.14～0.21mm，占全部上部錨頭數的4.7%。

A 橋底部的下錨頭在箱梁中間的內側，都已安裝防護罩，檢驗時必須將防護罩和錨杯的蓋子打開。通過檢查，發現下錨頭主要病害如下：在下錨頭錨杯中均沒有發現鋼絲墩頭回縮或積水的現象，但有7 根斜拉索（索號分別是W10 南側索、W15 南側索、W16 南側 索、W5 北側索、W6 北側索、W15 北側索、W16 北側索）下錨頭保護罩內有積水，占總數量的10.9%；在下錨頭錨杯處，由于沒有黃油保護，所以在保護罩內有積水的情況下，斜拉索錨頭的腐蝕比較嚴重，錨杯內壁也存在銹蝕現象。在其他斜拉索中，錨頭及錨杯的外觀都比較好，只有錨頭外側有輕微銹蝕[3]。

4.1.2 防護罩檢查

在斜拉索防護罩中注滿發泡劑，掀開64 個斜拉索上的將軍帽，對其進行檢查：W10 南側索、W15 南側索、W16 南側索、W5 北側索、W6 北側索、W15 北側索和W16 北側索套筒內的發泡劑被水浸泡，并在索套上鉆了個洞，且有水從洞里流出，其他斜拉索的套筒內發泡劑干燥。被水浸泡的斜拉索和下錨頭護罩中有水的情況一樣，這說明雨水是從上向下灌入的，這也是下錨頭護罩出現積水的重要因素。

4.1.3 PE 護套外觀檢查及索體內部缺陷檢查

該項目利用斜拉索探傷機器人（可360°全景拍攝自由段）對斜拉索進行探傷，并根據漏磁探傷原理，對斜拉索內高強度鋼索的腐蝕及斷絲情況進行無損探傷。

外觀檢測結果表明：8 根斜拉索PE 護套表面局部存在蜂窩，索號分別為E10 南側索、W10 南側索、W15南側索、E5 北側索、W5 北側索、W6 北側索、W8 北側索及W15 北側索，占斜拉索總數的12.5%。斜拉索中，有16 條PE 護套出現了裂紋，占總長度的25.0%；部分出現的孔洞和裂紋是聚乙烯外套管表面損壞，還沒有完全穿透聚乙烯外套管[4]。引發PE 護套病害的主要因素有：材料運輸、施工過程中出現的問題，聚乙烯護套材料的老化，以及活荷載的重復荷載等。

NDT 測試結果顯示：7 條斜拉索下錨頭護罩內有水漬的線材沒有斷絲，線材最大部分的腐蝕速率為1.53%～5.27%。根據《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTG/T H21—2011)，該斜拉索鋼索的腐蝕程度為3級，由此推測鋼索的表面腐蝕嚴重，且有一些鐵銹脫落。《城市橋梁養護技術標準》(CJJ 99—2017)要求，因腐蝕導致鋼索面總損失率大于10%時需更換索具，目前該橋不符合更換索具要求。

4.2 力學性能檢測評估

4.2.1 索力測試結果分析

斜拉索索力超限是影響其使用壽命的一個重要原因，該項目前期已完成多項索力檢測，數據均顯示，A 橋在靜載狀態下，拉索強度基本保持穩定，其中2022 年拉索實測索力與成橋索力偏差在5%以下，占總數量的82.8%，其中11 條拉索實測索力與成橋索力偏差大于5%，下錨頭防護罩積水嚴重的7 根斜拉索索力測試結果如表1 所示。

表1 下錨頭防護罩積水嚴重的7 根斜拉索索力測試結果

通過對靜載荷下實測索力、最不利荷載組合造成的索力增量和對斜拉索鋼絲腐蝕率的折減進行分析，得出全橋斜拉索的最小安全系數為2.63，因此7 條下錨頭護罩內有較大積水的斜拉索，最小安全系數為2.77，符合使用期內斜拉索的索力安全系數不小于2.5 的要求[5]

4.2.2 斜拉索減振效果分析

斜拉索對數衰減率達到0.02 以上時可有效抑制斜拉索的渦激振動；對數衰減率達到0.03 以上時能有效防止斜拉索的風雨振；對數衰減率達到0.05 以上時可防止并排斜拉索的尾流馳振。

抽檢A 橋12 根斜拉索進行對數衰減率測試，實測值如表2 所示。由表2 可知，除W16 南側索的對數衰減率為0.04 外，其他11 根斜拉索的對數衰減率均大于等于0.05，且橋梁建成至今也未出現斜拉索的尾流馳振現象，表明A 橋斜拉索的減振效果較好。

表2 斜拉索對數衰減率實測值

4.2.3 其他測試結果分析

斜拉橋的索力變化與其橋面的線形密切相關，通過對橋面固定觀測點的觀察，發現A 橋的橋面線形平穩，南北兩個方向的高差很小，最大的高差只有0.016m，且多年來的實測數據比較穩定，連續3 年橋面高程變化量不超過±1cm，說明目前斜拉索的病害尚未引起橋面線形變化。

進行外觀檢驗時，在E12 號北索塔及W2 號南北索的3 條索塔端錨固區出現了混凝土裂紋，在加載期間，通過對裂紋的監控，發現裂紋的長度及寬度均無顯著擴大，表明索塔端錨固區裂紋是一種非結構性裂紋，目前還沒有對橋梁結構的安全性造成威脅。

5 斜拉索修復

對于產生較大病害的斜拉索，應更換，對產生較小病害的，應采取修補措施。更換斜拉索的原因有兩種，一是斜拉索外部或內部出現了嚴重的損傷（如斜拉索被腐蝕、被汽車碰撞、被火災破壞等）；二是斜拉索的受力能力較差（索力過大、風致振動較大等）。

A 橋斜拉索設置于橋面中線，并安裝了防撞護欄，自建成以來未發生車輛碰撞、火災等事故，因此不需要更換索具，對已有損傷進行修補即可。由于斜拉橋的上、下錨頭無保護，且索塔端錨固區出現了非結構性裂紋，此類病害不會對斜拉索的安全造成太大影響，但會嚴重影響索體的耐久性，因此對其進行上、下錨頭修補，對斜拉索上下錨頭先進行銹蝕處理，再次涂上牛油保護，最后對索塔端錨固區裂縫進行注漿加固[6]。

該橋梁共有7 條斜拉索，由于將軍帽處的封口不夠嚴密，導致斜拉索護罩中的發泡劑被水浸濕，護罩中出現了大量積水，斜拉索下錨頭被腐蝕，這類問題會嚴重影響斜拉索的安全與耐久性。將7 條斜拉索護套上的泡沫材料全部清理干凈，干燥后重新填充泡沫材料，然后在護套上蓋上一層封條，并將護套上的泡沫材料清理干凈，并使其處于干燥狀態。對PE 護套進行修補，部分斜拉索的PE 護套雖出現孔洞、裂紋，但沒有穿透PE 護套。雖然PE 護套破損并不嚴重，但其持續惡化會直接威脅斜拉索的安全性及耐久性，因此需對PE 護套破損部分進行修補。

6 結語

在A 橋斜拉索使用15 年后，對其外表及內部缺陷進行檢測，對其索力、減振效果及橋面線形進行分析，結果表明，該橋斜拉索主要病害為7 根斜拉索將軍帽密封不嚴，致使下部錨頭防護罩出現積水，錨頭腐蝕嚴重。同時，橋梁部分斜拉索的PE 護套出現部分蜂窩、裂縫，且內纜繩表面出現了腐蝕現象，但由于不影響結構的安全性，因此不需要更換。通過除銹，對裂縫進行注漿，并對防護罩采取更換發泡劑的方式，取得了良好的修補效果，該項目的成功經驗可為同類養護工程提供參考。