張妙平

(福建建工集團總公司，福建福州 350001)

鋼管混凝土拱橋的使用管理和養(yǎng)護

張妙平

(福建建工集團總公司，福建福州 350001)

從拱肋、吊桿、系桿、混凝土結構四方面詳細介紹了鋼管混凝土拱橋使用管理檢查的內容和養(yǎng)護方法，指出應對鋼管混凝土拱橋進行定期檢查和維修，以延長橋梁的使用壽命。

鋼管混凝土拱橋，維護，拱肋，檢查

0 引言

為了有效提高拱橋主拱肋的承載能力，鋼管混凝土拱橋結合了鋼材和混凝土兩種材料的優(yōu)勢，將混凝土填充進拱肋，提高了該橋型的適用跨徑，同時使相應的造價降低，使其得到了快速發(fā)展，但同時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)護的特殊要求，需定期進行維修改造。如不注意檢查將會縮短橋梁的使用壽命，甚至造成橋毀人亡的嚴重后果。四川宜賓小南門金沙江大橋的事故就是一個典型的例子［8，9］。因此，須加強已建橋梁的規(guī)范化管理和及時性檢查。

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，以避免鋼材和腐蝕介質直接接觸，這是鋼材防腐蝕的良好方法［1］。

除了要對防銹體系的設計重點考慮外，還要對涂層、焊縫經常進行檢查，看涂層有無損壞或剝落，焊縫處有無開裂。TB/T 2486標準對拱肋涂層有嚴格的要求，若發(fā)現(xiàn)存在涂膜劣化等級2級以上的漆膜損壞，工程師應在除銹的基礎上，根據原防銹體系進行補漆。拱肋的裂縫要及時處理，防止其繼續(xù)發(fā)展，裂紋端部用鉆機鉆出直徑2 mm～3 mm的圓孔，清除裂紋周圍的銹漬等并打磨，宜采用 CO2氣體保護焊進行修復［1，6］。

鋼管混凝土檢查的另一個重點是拱肋內部混凝土的密實性。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器共同作用實現(xiàn)混凝土的振搗，但由于拱肋為曲線線型，施工難度大，管內混凝土難以做到絕對密實，這就使鋼材與混凝土并沒有可靠的結合在一起。

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，同時混凝土實體的體積大，要達到整體膨脹需要較大的能量，這就存在一定的時間差，使鋼管與混凝土不能一起膨脹，造成兩者的脫離。相反，當夜晚溫度降低時，混凝土受到鋼管的緊箍力作用，收縮和徐變加速。這種反復作用下，鋼管與混凝土產生一定的脫離是很難避免的。使用過程中，管理部門必須定期對鋼管中混凝土的密實性進行檢測。

2 吊桿

吊桿鋼絲防腐形式很多，如外包塑料管或鋼管后內灌注水泥漿、外包PE等等。但由于這些防護方法仍舊沒能將吊桿鋼絲與外界完全隔絕，水氣還是能滲入鋼絲內部，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。對于已有開裂的吊桿保護層，用有機硅膠注入其中，并用防腐膠帶密閉開裂位置，接著使用玻璃纖維布在保護層外進行纏繞，使吊桿修復后的位置不發(fā)生脫落，最后現(xiàn)場焊接不銹鋼套管。對于排水的位置設置在下側錨頭錨墊板處，抽真空并填充氮氣，保證與空氣的隔絕［5］。

對于已有的銹蝕要及時進行除銹防銹。廣西三岸邕江大橋的做法是：1)更換保護罩，重新安裝不銹鋼管護套;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，然后涂刷藍星牌XL-C038型除銹劑;3)往保護罩內填充防腐油脂，首先清除墩頭間的殘膠，然后填充黃油;4)安裝保護罩。

隨著技術的發(fā)展，目前吊桿大多設計成可以隨時更換的形式，在進行吊桿更換時，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換的施工方案。工具吊桿作為過渡構件，安裝于待更換吊桿一側，張拉工具吊桿至待更換吊桿設計索力值，此時可逐步對原吊桿進行放張，注意隨時監(jiān)測工具吊桿的索力情況，放張完成逐根切除舊吊桿內的鋼絲，安裝新吊桿并進行張拉，最后拆除工具吊桿，完成更換吊桿的過程。在更換的過程中，要保持吊桿與縱橫梁間交點的上下位移控制在±3 mm內。

更換吊桿的過程中，吊桿與縱橫梁三者間交點的上下位移值是控制的關鍵，在進行千斤頂張拉和放張時，一定要分級進行作業(yè)，使索力的轉移平穩(wěn)，同時保持縱梁的位置基本不動?，F(xiàn)場操作人員明確分工，仔細觀測，每一次橋面變形，都需要預警，并分析原因，及時控制各項指標。在整個更換過程中，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。

3 系桿

設置系桿的目的是平衡水平推力。系桿一般采用雙層防護裝置加以保護，兩端采用專用體外索錨具，有夾片放松裝置，外加防護罩［2］。系桿經常會因疲勞而受損，錨固端排水不當會造成積水銹蝕，進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有進行有效保護，在內部簡單的注入黃油，隨著黃油的損失，系桿間存在空隙，外保護層不當所造成的滲水就引起系桿的腐蝕。2000年相關單位進行加固時，發(fā)現(xiàn)系桿預應力鋼絲單束銹斷了 31 根，占總數的 12．9%［1，7］，見圖 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，見圖2。

系桿設置在拱腳，平衡拱肋產生的大部分水平推力，在整個結構中起到重要的作用。系桿內部的張力無疑是相當大的數值，如果由于卸去舊系桿的張力導致系桿承載力不夠，將導致拱腳向外移動，可能拉斷所有的系桿并整體倒塌，如果由于新系桿張力過大導致拱腳向內移動，可能使新系桿斷裂，所以系桿的更換技術復雜，同時有極高的風險。因此工程師應在各個部位使用應變片、傳感器及其他精密測量進行實時監(jiān)控，所有數據用計算機進行運算并檢查無誤后，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程中，系桿鋼絞線的應力會發(fā)生損失，進行定期檢查時，如發(fā)現(xiàn)損失值已超過容許范圍，或者各鋼絞線有不一致的損失導致松緊不均勻，應予補張拉或調整各鋼束應力，使其保持共同受力［10］。

4 混凝土結構

對于混凝土結構部分，除了定期檢查鋼筋混凝土的縱、橫梁，橋面板等有無裂縫、滲水、表面風化、剝落、露筋和鋼筋銹蝕情況，還特別要注意系桿、吊桿等預應力錨固區(qū)和拱座。

一般的，在接養(yǎng)大橋以后及投入運行后3年～5年或每隔5年～10年要對裸露的鋼管混凝土作一次全面的探測。探 測的內容主要是管內混凝土的密實性，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程中用超聲波對鋼管拱進行全面檢測［7］，結果表明鋼管與混凝土剝離的比例達30%，縫隙寬度0．5 mm～310 mm。外觀檢查，鋼管銹蝕比較嚴重，見圖3。

經過研究，為確保拱的安全，采用中科院中化-798灌漿材料進行壓漿處理。該材料滲透性強，幾乎無收縮，60 d后強度可達60 MPa。拱的防銹處理采用熱噴金屬防護，電弧噴鋁，厚度不小于150 μm。主要工序為噴砂除銹、電弧噴鋁和表面封閉漆。壓漿圖見圖4。

圖3 鋼管表面銹蝕

圖4 壓漿圖

預應力錨固區(qū)的混凝土經常出現(xiàn)開裂，沿預應力筋方向混凝土表面出現(xiàn)縱向裂縫。若出現(xiàn)空洞、風化剝落等情況先將部分清除，再根據情況采用高標號混凝土或水泥砂漿填補，若產生裂縫，裂縫不大時采用壓力灌漿法灌注環(huán)養(yǎng)樹脂封閉，嚴重時應按具體情況采取加固措施，并加強觀察［3］。

橋道系、支座、伸縮縫等是直接與車輛作用，直接暴露于環(huán)境中極易損害部分，要經常檢查與養(yǎng)護。解放大橋橋面破壞圖見圖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

對于拱座，經常檢查拱座是否滑動、傾斜、下沉，是否有凍脹、開裂、露筋等現(xiàn)象，保持拱座、過渡墩結構表面的整潔，及時清除其表面的青苔、雜草和污穢物。及時修補結構表面的混凝土剝落、蜂窩麻面、裂縫等病害［1］。邳州京杭運河特大橋在每年豐水來臨之前，拱座處常水位以下的主拱肋和拱肋，采用黃油、瑪脂之類的防水油脂進行涂抹，也采用玻璃布包扎，盡量減少河水浸泡造成對鋼構件的銹蝕［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．邳州京杭運河特大橋運營養(yǎng)護維修要點［J］．上海公路，2005(9)：11-13．

［4］荊秀芬．鋼管混凝土系桿拱橋養(yǎng)護技術研究［J］．橋梁建設，2002(6)：52-55．

［5］劉道宣．三岸邕江大橋吊桿的早期病害與養(yǎng)護［J］．廣東交通科技，2003(6)：78-79．

［6］林宏石，李志能．鋼管混凝土系桿拱橋的養(yǎng)護［J］．公路，2001(18)：35-37．

［7］李烈佩，羅 宇．佛陳大橋系桿拱的加固及認識［J］．廣東公路交通，2001(4)：102-103．

［8］張秀成，謝 奎，任毅勇．淺析“宜賓市小南門金沙江大橋”橋塌原因與修繕方案［J］．河南城建高等專科學校學報，2002(32)：55-57．

［9］魏建東．宜賓小南門大橋的搶修加固與恢復工程［J］．公路，2003(21)：76-78．

［10］王永新，王信棠，張小江．鋼管混凝土拱橋的科學管養(yǎng)［J］．技術論壇，2009(30)：89-90．

［11］李先強．中承式吊桿拱橋加固改造的一次成功嘗試［J］．當代建設，2002(4)：72-73．

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