肖 輝，吳 剛

(1．重慶交通大學(xué) 土木建筑學(xué)院，重慶 400074；2．安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,安徽 合肥 230088)

懸索橋因其強(qiáng)大的跨越能力和杰出的景觀效果得到了眾多的青睞，早在20世紀(jì)70年代，國內(nèi)陸續(xù)修建了一批跨徑在100 m左右的懸索橋，主要用于旅游風(fēng)景區(qū)、交通不便的山區(qū)以及一些特殊工程中，但限于當(dāng)時(shí)主纜材料的品質(zhì)和荷載標(biāo)準(zhǔn)，這類懸索橋存在著變形較大、鋼構(gòu)件容易銹蝕、承載潛力低等問題.懸索橋上的纜索，由于長年使用和所處環(huán)境的影響，經(jīng)常發(fā)生腐蝕和鋼絲破斷等損傷.輕度損傷雖不會(huì)影響橋梁的使用性能，但損傷若進(jìn)一步擴(kuò)大，發(fā)展至最壞的情況，可能會(huì)導(dǎo)致橋梁坍塌[1].基于安全運(yùn)營、超載或提高荷載等級等方面的考慮，這類懸索橋的檢測和評估便成為一個(gè)十分突出、亟待研究解決的課題.

本文通過對四川省攀枝花市錦屏電站印把子溝跨線橋的定期檢測，從橋梁外觀、橋面線形、吊桿長度、主塔偏位、主纜及吊桿的自振頻率等方面對該橋做了較為全面的檢測和性能評估，并對其運(yùn)營管理及養(yǎng)護(hù)提出了建議.

1 印把子溝跨線橋簡介

圖1 印把子溝跨線橋橋面圖Fig.1 Yibazi bridge deck figure

四川省攀枝花市錦屏電站印把子溝跨線橋?yàn)橹骺?20 m的單跨懸索橋，是為滿足錦屏二級引水隧洞和進(jìn)水口施工而設(shè)置的施工臨時(shí)橋.橋面凈寬為4.5 m+0.75 m×2，使用年限為9 ɑ，主纜跨中設(shè)計(jì)高程為(基準(zhǔn)溫度20 ℃)1 659.1 m，左右岸塔柱頂部主纜高程為1 671.1 m，左岸散索點(diǎn)高程為1 657.7 m;右岸散索點(diǎn)高程為1 668.9 m，左右兩岸后錨砼面到散索點(diǎn)距離為8 m，橋面跨中高程為1 657.4 m.工程于2005年4月29日開工,2006年1月10日完工.

設(shè)計(jì)荷載：汽-54級、掛-80級，僅通行一輛重車，不疊加人群荷載.

圖2 印把子溝跨線橋立面圖Fig.2 Yibazi bridge elevation

2 橋梁的定期檢測

2.1 檢測目的

為保證橋梁處于完好的技術(shù)狀態(tài)，提高其服務(wù)水平并延長使用年限，需對橋梁進(jìn)行定期的檢查和評定，即通過對橋梁結(jié)構(gòu)各部件所存在的缺損狀況進(jìn)行全面、細(xì)致、深入的現(xiàn)場檢查，查明其缺陷或潛在病害的性質(zhì)、所在部位、嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢，弄清缺損產(chǎn)生的原因，尤其對病害較嚴(yán)重的部件的技術(shù)狀態(tài)和安全狀態(tài)作出特別說明，并結(jié)合結(jié)構(gòu)材料的缺損狀況、結(jié)構(gòu)的整體性能和功能狀況進(jìn)行評估，還要建立養(yǎng)護(hù)檔案，提出后續(xù)的養(yǎng)護(hù)和維修建議[2].

2.2 檢測內(nèi)容

橋梁外觀檢測：以橋檢車作為輔助平臺(tái)并利用多種先進(jìn)檢測設(shè)備，根據(jù)JTJH 11—2004《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》[3]及其他現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，對橋梁工程進(jìn)行全面細(xì)致的外觀質(zhì)量檢查，對各類外觀缺陷與病害作相關(guān)標(biāo)注、測量并詳細(xì)記錄.

主要檢查內(nèi)容包括橋面構(gòu)造的檢查(人行道欄桿是否松動(dòng)、開裂、銹蝕、破損，橋面鋼板是否變形、斷裂，排水系統(tǒng)是否堵塞，臺(tái)背填土有無沉降或擠壓隆起，臺(tái)背路面有無下沉，伸縮縫有無破損)；檢查索塔高程、塔柱傾斜度、橋面高程及梁體縱向位移時(shí)是否有異常變位；檢測索體的振動(dòng)頻率、索力有無異常變化；檢查主梁或加勁梁；檢查錨碇及錨桿有無異常的拔動(dòng)；檢查錨頭、散索鞍有無銹蝕破損，錨室有無開裂、變形、積水；檢查主纜、吊桿的表面防護(hù)是否完好；檢查索鞍是否有異常的錯(cuò)位、卡死、輥軸歪斜，構(gòu)件是否有銹蝕、破損，主纜索跨過索鞍部分是否有擠扁現(xiàn)象；檢查吊桿上端與主纜索的索夾是否有松動(dòng)、移位和破損，下端與梁連接的螺栓有無松動(dòng)；檢查索塔的爬梯是否完好.

橋梁實(shí)體檢測采用鋼尺、全站儀等設(shè)備，對橋面線形、主纜線形、吊桿長度、主塔偏位進(jìn)行全面檢測，量測橋長、橋?qū)?；采用美國?dòng)態(tài)信號(hào)分析系統(tǒng)DP240測試主纜及吊桿的自振頻率，并對測試結(jié)果作出記錄；測量伸縮縫.

2.3 橋梁外觀檢測

2.3.1 橋面及附屬工程

本橋橋面鋼板焊縫局部開裂；橋面欄桿基本完好、無明顯銹蝕現(xiàn)象.

2.3.2 主纜及吊桿

檢查吊索系統(tǒng)是否遭受腐蝕，特別容易引起腐蝕的部位有索夾錐體鑄塊內(nèi)、大螺桿與加勁梁間的間隙內(nèi)(不便涂漆且會(huì)沿縫滲水)、十字撐與吊索連接部位等，對這些部位應(yīng)特別仔細(xì)檢查.此外，還應(yīng)檢查吊索有無傾斜、各緊固件是否松動(dòng).

經(jīng)檢查，本橋吊桿完好、無明顯變形；吊桿與主纜連接的索夾無松動(dòng)；主纜防護(hù)套老化破損部位較多，主纜鋼絲繩開始銹蝕.

2.3.3 主梁

本橋橋面下鋼板連接處的加筋螺栓有松動(dòng)的情況；鋼梁系防腐涂裝完好，無明顯銹蝕現(xiàn)象.

2.3.4 鞍座

本橋鞍座無明顯變位，鞍座上部分螺帽缺失；鞍座部分螺栓松動(dòng)、脫落，開始銹蝕；鞍座上面主纜錨固件開始銹蝕；鞍座緊索塊件開始銹蝕.

2.3.5 錨碇

本橋主纜與錨碇連接件工作正常，有輕微銹蝕現(xiàn)象；主纜錨碇完好，無變位現(xiàn)象；拉索與橋臺(tái)錨碇處有建筑垃圾；索塔檢查爬梯有變形.

2.3.6 下部結(jié)構(gòu)

本橋2號(hào)橋臺(tái)處支座橡膠板缺失；重車過橋時(shí)主梁縱向移動(dòng)較明顯；右岸橋臺(tái)護(hù)壁局部有垮塌；左岸主墩有沖刷現(xiàn)象；橋上兩重車同時(shí)過橋現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生.

2.4 工程實(shí)體檢測

2.4.1 主要結(jié)構(gòu)尺寸(見表1)

表1 主要結(jié)構(gòu)尺寸匯總表Tab.1 The main structure size summary form m

2.4.2 全站儀線性測量

(1)吊桿長度測量

采用高精度全站儀免棱鏡測量各吊桿上下端鋼銷中心坐標(biāo)，上端銷坐標(biāo)可推算主纜線形.吊桿上下端銷中心長度見表2.

表2 吊桿長度實(shí)測值Tab.2 The measured length of hanger m

(2)塔偏位測量

塔頂在四角立棱鏡，采用全站儀測量其坐標(biāo)點(diǎn)，塔下端采用免棱鏡測量角點(diǎn)坐標(biāo)，塔偏位列于表3中.左岸上游塔柱有明顯縱向偏位(偏跨中傾斜)，下游塔柱無明顯偏位，塔頂平面有縱向錯(cuò)動(dòng)約7cm；右岸上游塔柱、下游塔柱均無明顯偏位，見表3.

表3 塔偏位測量值Tab.3 Tower partial level measurement value m

(3)橋面線形

采用全站儀測量橋中線線形，分別測量左岸塔處、跨中、右塔處3個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)(見表4)，左塔處橋面與跨中高差值為0.128 m，右塔處橋面與跨中高差值為0.084 m，表明跨中橋面比理論標(biāo)高下沉約0.1 m.

表4 橋面中線線形測量Tab.4 Bridge deck midline linear measurement m

(4)主纜線形測量

采用全站儀免棱鏡測量各吊桿上端鋼銷中心坐標(biāo)，加上索夾高度，即為主纜中心高程，塔頂索鞍處直接測量中跨、邊跨主纜中線交匯點(diǎn)坐標(biāo)(見表5).上游實(shí)測矢高為12.081 m，下游實(shí)測矢高為12.114 m，設(shè)計(jì)矢高為12 m，上游主纜下垂8.1 cm，下游主纜下垂11.4 cm.

表5 主纜線形Tab.5 The cable form m

2.4.3 橋梁自振頻率測試

通過現(xiàn)場測量主纜的固有頻率，使用振動(dòng)弦理論計(jì)算索力.

(1)主纜自振頻率測試

左岸邊跨上游主纜的自振頻率為3.112 5 Hz，左岸邊跨下游主纜的自振頻率為3.05 Hz；右岸邊跨上游主纜的自振頻率為3.416 Hz，右岸邊跨下游主纜的自振頻率為3.35 Hz.

由于吊桿的約束影響，主纜中跨的自振倍頻關(guān)系不明顯.

(2)橋面振動(dòng)測試

橋面的自振頻率為1.465 Hz.

(3)吊桿自振頻率測試

由于吊桿較短，剛度相對較大，弦振動(dòng)的倍頻關(guān)系不太明顯，推算的拉力誤差較大，僅做分析參考.

3 橋梁的技術(shù)狀況評定

表6 橋梁技術(shù)狀況評定表Tab.6 Evaluation table of the bridge technical status

4 結(jié)論

橋梁綜合評定得分為60.1，橋梁綜合評定等級為二類，但綜合評分接近三類，需要進(jìn)行中修，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù).

5 分析及建議

(1)依據(jù)橋面實(shí)測線形分析，中跨比理論標(biāo)高下沉約10 cm；依據(jù)主纜實(shí)測線形分析，上游主纜下垂8.1 cm，下游主纜下垂11.4 cm，建議由設(shè)計(jì)單位驗(yàn)算是否需要調(diào)緊索.

(2)在懸索橋主纜中出現(xiàn)的破壞鋼絲束和鋼絲束延性的喪失尤其受到關(guān)注，它們表明主纜的強(qiáng)度損失率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于僅由鋼絲束橫截面面積損失推出的破壞率，也表明了假設(shè)鋼絲束材料為完全延性，通過累加所有鋼絲束的強(qiáng)度來計(jì)算主纜強(qiáng)度的計(jì)算方法通常過高地估計(jì)了橋梁的安全度.盡管短期強(qiáng)度可以證明這種方法的正確性，但對于鋼絲束的長期耐久性來說是不夠的.

懸索橋主纜主要的劣化有電氣化學(xué)腐蝕導(dǎo)致的截面變小、鼓絲導(dǎo)致的磨損及表面裂紋，如這些劣化繼續(xù)，將導(dǎo)致鋼絲破斷.

①腐蝕

主纜腐蝕是由于接觸水和空氣后形成腐蝕電極所導(dǎo)致的.懸索橋易腐蝕的部位有主纜的錨固部位附近、主纜纜體下側(cè)、排水不通暢的部位(主纜的內(nèi)部、索箍、壓力環(huán)等).腐蝕將導(dǎo)致纜索的截面變小，直接導(dǎo)致主纜的強(qiáng)度降低，放任腐蝕的話，最壞的情況就是橋梁坍塌.應(yīng)該對橋梁定期進(jìn)行檢測，準(zhǔn)確評估其安全性，根據(jù)需要進(jìn)行維修加固，可在制索階段進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆栏幚恚F(xiàn)場填充主纜間的空隙并對表面采取防腐蝕的涂裝.本懸索橋?qū)嵤┝烁鼮楹侠淼姆栏g措施，采用了往主纜內(nèi)送入干燥空氣的送氣干燥系統(tǒng).

②鼓絲

鼓絲就是振幅極小的絲股間的相對滑動(dòng)，但由于反復(fù)進(jìn)行，接觸的構(gòu)件相互摩擦，導(dǎo)致磨損或表面產(chǎn)生裂紋，進(jìn)而影響構(gòu)件的耐久性.本懸索橋主纜單根索股內(nèi)的鋼絲相對位移、鄰接的索股間接觸部位的相對位移及纜索和固定部位(纜索插口、散索鞍、索鞍、索箍等)間位移造成鼓絲，這些位移是由于活荷載、風(fēng)荷載等引起的振動(dòng)及應(yīng)力的變化所導(dǎo)致的.

本橋主纜防護(hù)套已老化破損，主纜鋼絲繩開始銹蝕，建議立即更換主纜防護(hù)套，防止主纜繼續(xù)銹蝕，確保其耐久性.

(3)主梁端部原設(shè)計(jì)的板式橡膠支座已破損脫落，重車過橋時(shí)主梁縱橫飄動(dòng)，應(yīng)予更換或增設(shè)支座；安設(shè)支座時(shí)需進(jìn)行超墊，避免橋端脫空.

(4)對主梁底部螺栓逐一檢查擰緊.

(5)對鞍座及錨碇處連接件的銹蝕部分應(yīng)予以防護(hù)處理，及時(shí)除銹，涂刷防銹漆和防銹保護(hù)膏.

(6)右岸主塔為淺基礎(chǔ)，其外壁距支座基礎(chǔ)邊緣僅5 m左右，右岸橋臺(tái)護(hù)壁有局部垮塌現(xiàn)象，建議進(jìn)行支護(hù)處理.

(7)左岸主塔樁基有沖刷現(xiàn)象，洪水期致使主塔橫向擺動(dòng)，建議拋填塊石護(hù)樁，在樁頂上部主塔的上下游兩柱之間增設(shè)交叉式鋼支撐.

(8)橋上兩重車同時(shí)過橋現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，根據(jù)JTG/TJ 22—2008《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]建議懸索橋主纜不宜更換或加強(qiáng)，主纜或錨碇承載能力不足時(shí)可降低荷載等級使用.由于本橋的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為僅通行一輛重車，為保證橋梁的正常使用，要控制同時(shí)只能有一輛重車通行.

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉海燕，陳開利．懸索橋主纜的檢測與加固技術(shù)[J]．橋梁檢測與加固，2009(2)：38-39．

[2] 印把子溝跨線橋定期檢查檢測報(bào)告[R].安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院工程測試中心，2010.

[3] JTGH 11—2004.公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范[S].2004.

[4] JTG/TJ 22—2008.公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．2008.