張妙平

(福建建工集團(tuán)總公司，福建福州 350001)

鋼管混凝土拱橋的使用管理和養(yǎng)護(hù)

張妙平

(福建建工集團(tuán)總公司，福建福州 350001)

從拱肋、吊桿、系桿、混凝土結(jié)構(gòu)四方面詳細(xì)介紹了鋼管混凝土拱橋使用管理檢查的內(nèi)容和養(yǎng)護(hù)方法，指出應(yīng)對(duì)鋼管混凝土拱橋進(jìn)行定期檢查和維修，以延長(zhǎng)橋梁的使用壽命。

鋼管混凝土拱橋，維護(hù)，拱肋，檢查

0 引言

為了有效提高拱橋主拱肋的承載能力，鋼管混凝土拱橋結(jié)合了鋼材和混凝土兩種材料的優(yōu)勢(shì)，將混凝土填充進(jìn)拱肋，提高了該橋型的適用跨徑，同時(shí)使相應(yīng)的造價(jià)降低，使其得到了快速發(fā)展，但同時(shí)在后期的使用中也出現(xiàn)了一系列病害。

鋼管混凝土拱橋有其自身的管理和養(yǎng)護(hù)的特殊要求，需定期進(jìn)行維修改造。如不注意檢查將會(huì)縮短橋梁的使用壽命，甚至造成橋毀人亡的嚴(yán)重后果。四川宜賓小南門(mén)金沙江大橋的事故就是一個(gè)典型的例子［8，9］。因此，須加強(qiáng)已建橋梁的規(guī)范化管理和及時(shí)性檢查。

1 拱肋

拱肋處于自然環(huán)境中，表面鋼管受大氣腐蝕影響很大，對(duì)拱腳部分則還可能有其他的環(huán)境腐蝕，如海水腐蝕、淡水腐蝕、土壤腐蝕等等。鋼管表面都必須采用涂層防護(hù)，以避免鋼材和腐蝕介質(zhì)直接接觸，這是鋼材防腐蝕的良好方法［1］。

除了要對(duì)防銹體系的設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮外，還要對(duì)涂層、焊縫經(jīng)常進(jìn)行檢查，看涂層有無(wú)損壞或剝落，焊縫處有無(wú)開(kāi)裂。TB/T 2486標(biāo)準(zhǔn)對(duì)拱肋涂層有嚴(yán)格的要求，若發(fā)現(xiàn)存在涂膜劣化等級(jí)2級(jí)以上的漆膜損壞，工程師應(yīng)在除銹的基礎(chǔ)上，根據(jù)原防銹體系進(jìn)行補(bǔ)漆。拱肋的裂縫要及時(shí)處理，防止其繼續(xù)發(fā)展，裂紋端部用鉆機(jī)鉆出直徑2 mm～3 mm的圓孔，清除裂紋周?chē)匿P漬等并打磨，宜采用 CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行修復(fù)［1，6］。

鋼管混凝土檢查的另一個(gè)重點(diǎn)是拱肋內(nèi)部混凝土的密實(shí)性。拱肋灌制混凝土，用高壓把混凝土從拱腳灌入，并向上頂升，利用混凝土的自重及附著式振動(dòng)器共同作用實(shí)現(xiàn)混凝土的振搗，但由于拱肋為曲線線型，施工難度大，管內(nèi)混凝土難以做到絕對(duì)密實(shí)，這就使鋼材與混凝土并沒(méi)有可靠的結(jié)合在一起。

在白天日照影響下，拱肋吸熱升溫，鋼管壁薄體積小，吸收一定熱量就能迅速膨脹，而混凝土受鋼材隔絕，升溫緩慢，同時(shí)混凝土實(shí)體的體積大，要達(dá)到整體膨脹需要較大的能量，這就存在一定的時(shí)間差，使鋼管與混凝土不能一起膨脹，造成兩者的脫離。相反，當(dāng)夜晚溫度降低時(shí)，混凝土受到鋼管的緊箍力作用，收縮和徐變加速。這種反復(fù)作用下，鋼管與混凝土產(chǎn)生一定的脫離是很難避免的。使用過(guò)程中，管理部門(mén)必須定期對(duì)鋼管中混凝土的密實(shí)性進(jìn)行檢測(cè)。

2 吊桿

吊桿鋼絲防腐形式很多，如外包塑料管或鋼管后內(nèi)灌注水泥漿、外包PE等等。但由于這些防護(hù)方法仍舊沒(méi)能將吊桿鋼絲與外界完全隔絕，水氣還是能滲入鋼絲內(nèi)部，降低吊桿的安全性，有的甚至發(fā)生了惡性事故。

廣西三岸邕江大橋維修中的防水阻潮和除銹措施值得借鑒。對(duì)于已有開(kāi)裂的吊桿保護(hù)層，用有機(jī)硅膠注入其中，并用防腐膠帶密閉開(kāi)裂位置，接著使用玻璃纖維布在保護(hù)層外進(jìn)行纏繞，使吊桿修復(fù)后的位置不發(fā)生脫落，最后現(xiàn)場(chǎng)焊接不銹鋼套管。對(duì)于排水的位置設(shè)置在下側(cè)錨頭錨墊板處，抽真空并填充氮?dú)?，保證與空氣的隔絕［5］。

對(duì)于已有的銹蝕要及時(shí)進(jìn)行除銹防銹。廣西三岸邕江大橋的做法是：1)更換保護(hù)罩，重新安裝不銹鋼管護(hù)套;2)錨杯除銹涂油。取下錨杯，將錨杯表面的銹跡用鋼絲刷除銹，并清理干凈，然后涂刷藍(lán)星牌XL-C038型除銹劑;3)往保護(hù)罩內(nèi)填充防腐油脂，首先清除墩頭間的殘膠，然后填充黃油;4)安裝保護(hù)罩。

隨著技術(shù)的發(fā)展，目前吊桿大多設(shè)計(jì)成可以隨時(shí)更換的形式，在進(jìn)行吊桿更換時(shí)，必須注意防水排水。合肥市某中承式吊桿拱橋在加固改造中，采用工具吊桿使力二次轉(zhuǎn)換的施工方案。工具吊桿作為過(guò)渡構(gòu)件，安裝于待更換吊桿一側(cè)，張拉工具吊桿至待更換吊桿設(shè)計(jì)索力值，此時(shí)可逐步對(duì)原吊桿進(jìn)行放張，注意隨時(shí)監(jiān)測(cè)工具吊桿的索力情況，放張完成逐根切除舊吊桿內(nèi)的鋼絲，安裝新吊桿并進(jìn)行張拉，最后拆除工具吊桿，完成更換吊桿的過(guò)程。在更換的過(guò)程中，要保持吊桿與縱橫梁間交點(diǎn)的上下位移控制在±3 mm內(nèi)。

更換吊桿的過(guò)程中，吊桿與縱橫梁三者間交點(diǎn)的上下位移值是控制的關(guān)鍵，在進(jìn)行千斤頂張拉和放張時(shí)，一定要分級(jí)進(jìn)行作業(yè)，使索力的轉(zhuǎn)移平穩(wěn)，同時(shí)保持縱梁的位置基本不動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)操作人員明確分工，仔細(xì)觀測(cè)，每一次橋面變形，都需要預(yù)警，并分析原因，及時(shí)控制各項(xiàng)指標(biāo)。在整個(gè)更換過(guò)程中，縱梁的位置基本上處于不變的狀態(tài)［11］，位移值控制在±3 mm內(nèi)。

3 系桿

設(shè)置系桿的目的是平衡水平推力。系桿一般采用雙層防護(hù)裝置加以保護(hù)，兩端采用專(zhuān)用體外索錨具，有夾片放松裝置，外加防護(hù)罩［2］。系桿經(jīng)常會(huì)因疲勞而受損，錨固端排水不當(dāng)會(huì)造成積水銹蝕，進(jìn)而使系桿在水中生銹，引發(fā)斷裂的病害。

廣東佛陳大橋的系桿并沒(méi)有進(jìn)行有效保護(hù)，在內(nèi)部簡(jiǎn)單的注入黃油，隨著黃油的損失，系桿間存在空隙，外保護(hù)層不當(dāng)所造成的滲水就引起系桿的腐蝕。2000年相關(guān)單位進(jìn)行加固時(shí)，發(fā)現(xiàn)系桿預(yù)應(yīng)力鋼絲單束銹斷了 31 根，占總數(shù)的 12．9%［1，7］，見(jiàn)圖 1。所以必須更換系桿。新系桿139Ф7鍍鋅絲冷鑄墩頭錨，每邊4束，每束都采用熱擠 PE外防護(hù)，見(jiàn)圖2。

系桿設(shè)置在拱腳，平衡拱肋產(chǎn)生的大部分水平推力，在整個(gè)結(jié)構(gòu)中起到重要的作用。系桿內(nèi)部的張力無(wú)疑是相當(dāng)大的數(shù)值，如果由于卸去舊系桿的張力導(dǎo)致系桿承載力不夠，將導(dǎo)致拱腳向外移動(dòng)，可能拉斷所有的系桿并整體倒塌，如果由于新系桿張力過(guò)大導(dǎo)致拱腳向內(nèi)移動(dòng)，可能使新系桿斷裂，所以系桿的更換技術(shù)復(fù)雜，同時(shí)有極高的風(fēng)險(xiǎn)。因此工程師應(yīng)在各個(gè)部位使用應(yīng)變片、傳感器及其他精密測(cè)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，所有數(shù)據(jù)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算并檢查無(wú)誤后，再操作下一步驟［7］。

圖1 廣東佛陳大橋系桿斷裂

圖2 廣東佛陳大橋新系桿錨頭

在鋼管混凝土拱橋投入使用的過(guò)程中，系桿鋼絞線的應(yīng)力會(huì)發(fā)生損失，進(jìn)行定期檢查時(shí)，如發(fā)現(xiàn)損失值已超過(guò)容許范圍，或者各鋼絞線有不一致的損失導(dǎo)致松緊不均勻，應(yīng)予補(bǔ)張拉或調(diào)整各鋼束應(yīng)力，使其保持共同受力［10］。

4 混凝土結(jié)構(gòu)

對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)部分，除了定期檢查鋼筋混凝土的縱、橫梁，橋面板等有無(wú)裂縫、滲水、表面風(fēng)化、剝落、露筋和鋼筋銹蝕情況，還特別要注意系桿、吊桿等預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)和拱座。

一般的，在接養(yǎng)大橋以后及投入運(yùn)行后3年～5年或每隔5年～10年要對(duì)裸露的鋼管混凝土作一次全面的探測(cè)。探 測(cè)的內(nèi)容主要是管內(nèi)混凝土的密實(shí)性，鋼管與混凝土之間是否有較大的空隙。如廣東佛陳大橋在檢修過(guò)程中用超聲波對(duì)鋼管拱進(jìn)行全面檢測(cè)［7］，結(jié)果表明鋼管與混凝土剝離的比例達(dá)30%，縫隙寬度0．5 mm～310 mm。外觀檢查，鋼管銹蝕比較嚴(yán)重，見(jiàn)圖3。

經(jīng)過(guò)研究，為確保拱的安全，采用中科院中化-798灌漿材料進(jìn)行壓漿處理。該材料滲透性強(qiáng)，幾乎無(wú)收縮，60 d后強(qiáng)度可達(dá)60 MPa。拱的防銹處理采用熱噴金屬防護(hù)，電弧噴鋁，厚度不小于150 μm。主要工序?yàn)閲娚俺P、電弧噴鋁和表面封閉漆。壓漿圖見(jiàn)圖4。

圖3 鋼管表面銹蝕

圖4 壓漿圖

預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)的混凝土經(jīng)常出現(xiàn)開(kāi)裂，沿預(yù)應(yīng)力筋方向混凝土表面出現(xiàn)縱向裂縫。若出現(xiàn)空洞、風(fēng)化剝落等情況先將部分清除，再根據(jù)情況采用高標(biāo)號(hào)混凝土或水泥砂漿填補(bǔ)，若產(chǎn)生裂縫，裂縫不大時(shí)采用壓力灌漿法灌注環(huán)養(yǎng)樹(shù)脂封閉，嚴(yán)重時(shí)應(yīng)按具體情況采取加固措施，并加強(qiáng)觀察［3］。

橋道系、支座、伸縮縫等是直接與車(chē)輛作用，直接暴露于環(huán)境中極易損害部分，要經(jīng)常檢查與養(yǎng)護(hù)。解放大橋橋面破壞圖見(jiàn)圖5。特別指出，鋼管混凝土拱橋橋面板最容易出現(xiàn)裂縫的地方很多是在吊桿位置，并且多為橫向裂縫，見(jiàn)圖6。

圖5 解放大橋橋面露筋

圖6 安溪銘選大橋吊桿位置裂縫

對(duì)于拱座，經(jīng)常檢查拱座是否滑動(dòng)、傾斜、下沉，是否有凍脹、開(kāi)裂、露筋等現(xiàn)象，保持拱座、過(guò)渡墩結(jié)構(gòu)表面的整潔，及時(shí)清除其表面的青苔、雜草和污穢物。及時(shí)修補(bǔ)結(jié)構(gòu)表面的混凝土剝落、蜂窩麻面、裂縫等病害［1］。邳州京杭運(yùn)河特大橋在每年豐水來(lái)臨之前，拱座處常水位以下的主拱肋和拱肋，采用黃油、瑪脂之類(lèi)的防水油脂進(jìn)行涂抹，也采用玻璃布包扎，盡量減少河水浸泡造成對(duì)鋼構(gòu)件的銹蝕［3］。

［1］陳寶春．鋼管混凝土拱橋［M］．第2版．北京：人民交通出版社，2006．

［2］楊文淵，徐 編．橋梁維修與加固［M］．北京：人民交通出版社，1989：12．

［3］朱新春．邳州京杭運(yùn)河特大橋運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)維修要點(diǎn)［J］．上海公路，2005(9)：11-13．

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［8］張秀成，謝 奎，任毅勇．淺析“宜賓市小南門(mén)金沙江大橋”橋塌原因與修繕?lè)桨福跩］．河南城建高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2002(32)：55-57．

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Usage management and maintenance of concrete-filled tube arch bridge

ZHANG Miao-ping

(Fujian Construction Industry Group Headquarter Co．，Ltd，F(xiàn)uzhou 350001，China)

The paper introduces the usage management and maintenance of concrete-filled tube arch bridge from four aspects of arch rib，suspender，tie bar and concrete structure，and points out regular inspection and maintenance for concrete-filled tube arch bridge，so as to prolong its life expectancy．

concrete-filled tube arch bridge，maintenance，arch rib，inspection

U443

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.057

1009-6825(2013)10-0161-02

2013-01-01

張妙平(1984-)，男，碩士，工程師