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        淺談下承式鋼管混凝土拱橋常見病害原因分析及處理

        2018-07-04 03:09:48王學(xué)敏
        福建交通科技 2018年3期
        關(guān)鍵詞:錨頭系桿油漆

        ■王學(xué)敏

        (泉州臺商投資區(qū)市政管理有限責(zé)任公司,泉州 362124)

        0 前言

        鋼管系桿拱橋是一種特殊形式的拱橋,具有拱橋的一般特征,又有自身的獨有特點。它是一種集拱與梁的優(yōu)點于一身的橋型,它將拱與梁兩種基本結(jié)構(gòu)形式組合在一起,共同承受荷載,充分發(fā)揮梁受彎、拱受壓的結(jié)構(gòu)性能和組合作用。其在兩拱腳間設(shè)置水平系桿,用以平衡拱腳水平分力,而使基礎(chǔ)不受水平推力或受推力較小。與通常的拱橋和梁橋相比,有地基適應(yīng)性強、結(jié)構(gòu)受力合理、用料省、建筑高度低、施工方法多、造型美觀等方面的優(yōu)勢,是生命力較強的一種結(jié)構(gòu)形式。

        1 工程項目概況

        百崎湖大橋系由主橋和引橋組成的兩幅橋,總長488m。主橋上部構(gòu)造采用下承式鋼管混凝土系桿拱,拱墩固結(jié),橋跨布設(shè)成(51+80+51)m。引橋上部構(gòu)造采用預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁,通過現(xiàn)澆連續(xù)接頭及張拉負彎矩鋼束形成連續(xù)體系,橋跨布設(shè)成一聯(lián)5×30m。主橋與引橋之間設(shè)有伸縮量D-160型伸縮縫,兩橋臺處設(shè)有K-80型伸縮縫,主墩處拱內(nèi)側(cè)設(shè)有伸縮量K-40型伸縮縫。該橋于2005年11月開工,2007年11月底竣工通車。

        引橋橋墩采用Φ140cm鋼筋砼三柱式墩身,Φ150cm鋼筋砼鉆孔灌注樁基礎(chǔ);兩岸橋臺為肋式臺,鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。主橋橋墩采用薄壁門式框架墩,Φ200cm鋼筋砼鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

        設(shè)計荷載:汽車-超20,驗算荷載:掛車-120;設(shè)計洪水頻率:大橋1/100;地震基本烈度:Ⅶ度,按Ⅶ度設(shè)防;通航標準:考慮通航小型游艇。大橋現(xiàn)場實拍見圖1和圖2所示,結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

        圖1 百崎湖大橋立面圖

        圖2 百崎湖大橋正面圖

        2 病害現(xiàn)狀

        經(jīng)檢測,百崎湖大橋上部結(jié)構(gòu)目前存在的主要病害如下:

        (1)采用敲擊法對鋼管混凝土拱肋密實性進行檢查,主要病害有:南、北幅橋拱肋上下弦管的頂部及側(cè)壁混凝土均存在脫空現(xiàn)象;拱肋弦管、腹板多處出現(xiàn)銹蝕、漆皮剝落。

        (2)全橋多根拱肋橫撐多處出現(xiàn)局部銹蝕。

        圖3 百崎湖大橋主橋結(jié)構(gòu)示意圖(單位:cm)

        (3)多道加勁縱梁出現(xiàn)露筋、混凝土不密實及混凝土缺失等現(xiàn)象,其中病害較多出現(xiàn)在現(xiàn)澆段。

        (4)各拱腳處鋼箱牛腿均出現(xiàn)不同程度的表面油漆變色、起皮、剝落,鋼構(gòu)件表面銹蝕等現(xiàn)象。

        (5)各系桿、系桿錨頭均基本完好、未發(fā)現(xiàn)銹蝕,而各處系桿錨頭保護罩均出現(xiàn)漏油、銹蝕等現(xiàn)象。

        (6)全橋部分吊桿上錨頭處出現(xiàn)保護罩內(nèi)防腐油脂部分滲漏、上保護罩表面銹蝕現(xiàn)象,但各保護罩內(nèi)防腐油脂仍完全覆蓋上張拉端錨杯;大部分吊桿出現(xiàn)吊桿上預(yù)埋管內(nèi)防腐油脂滲漏(見圖4)、吊桿與橋面交接處防水罩銹蝕,6根吊桿表面出現(xiàn)開裂;各吊桿下錨頭均出現(xiàn)防腐油脂滲漏、保護罩內(nèi)積水及預(yù)埋件銹蝕現(xiàn)象,張拉端錨杯及內(nèi)部拉索均完好、未發(fā)現(xiàn)銹跡。

        (7)全橋共兩道橫梁出現(xiàn)病害。

        圖4 吊桿上預(yù)埋管內(nèi)防腐油脂滲漏

        3 病害原因分析

        3.1 拱肋、拱肋橫撐銹蝕、漆皮剝落等病害

        引起油漆脫落的原因較多,下面主要從四個方面進行探討:

        (1)油漆的性能與質(zhì)量

        防銹漆和防污漆兩種性質(zhì)不同的涂料,所起的保護作用不同。

        (2)鋼材表面處理程度

        鋼材表面處理包括清除鋼材表面的污垢、油脂、鐵銹、氧化皮焊渣、已失效舊漆膜。據(jù)有關(guān)單位研究,油漆的附著力75%決定于鋼材表面的處理程度。中小型鋼材表面處理一般采用噴砂除銹、手工和機械打磨清理的方法。噴砂除銹應(yīng)用鐵砂、黃砂等為磨料,其較合適的粒徑為通過18目至40目。手工和機械打磨清理采用手工和動力工具除銹,應(yīng)首先鏟除較厚的銹蝕層,并清除油脂和污垢,再清除鋼材表面的浮灰和碎屑等污物。

        (3)環(huán)境因素

        環(huán)境(溫度、濕度的影響)與油漆的質(zhì)量有密切的關(guān)系。最理想的作業(yè)環(huán)境應(yīng)在干燥天氣 (相對濕度低于85%)、氣溫在5~250C下進行。在烈日、雨天、潮濕天氣下嚴禁施工,涂刷應(yīng)在露水干后、太陽未落之前的時間段進行。當(dāng)相對濕度超過85%后,鋼材表面會產(chǎn)生水分而凝聚,不但使剛除銹清潔的鋼材表面很快重新生銹,降低油漆的附著力,而且對已涂過的底漆,也會降低面漆的附著力。當(dāng)溫度超過350C,由于溶劑和稀釋劑的揮發(fā)太快,膜層表面很快地結(jié)成一層薄的干皮,形成一個封閉層,使下面涂料中的溶劑不能完全揮發(fā),這樣會出現(xiàn)皺皮、起泡、起小孔、涂層表面不平滑等現(xiàn)象。

        (4)施工工藝因素

        漆膜的厚度決定了油漆的抗電位和防水滲透能力大小,在油漆施工中應(yīng)隨時使用漆膜測厚儀測定膜的厚度,確保漆膜的一定厚度。而漆膜的厚度受到施工工藝(施工方法、涂漆度數(shù)等)、油漆的型號、環(huán)境等諸多因素的影響,但主要還是施工工藝更為關(guān)鍵。

        3.2 加勁縱梁露筋、混凝土不密實及缺失等病害

        露筋產(chǎn)生的原因主要是混凝土澆筑時墊塊發(fā)生了位移,鋼筋貼近模板,以致混凝土保護層厚度不夠所造成。有時也因混凝土振搗不密實或模板濕潤不夠,吸水過多造成掉角而露筋。

        3.3 主橋吊桿病害

        吊桿損傷發(fā)生的部位包括吊桿桿身和錨頭,一般錨頭比吊桿桿身損傷嚴重,下錨頭比上錨頭嚴重。損傷的形式包括吊桿滑絲、斷絲、銹蝕、斷裂、錨頭銹蝕、局部承壓板銹蝕等。吊桿發(fā)生銹蝕的原因主要有以下兩點:

        (1)吊桿暴露在大氣環(huán)境中,雨水和車輛尾氣的侵蝕將導(dǎo)致吊桿的銹蝕。由于防水罩失效,雨水會順著吊桿聚集至下預(yù)埋管處,致使鋼絲和錨頭長期處于潮濕狀態(tài),從而出現(xiàn)銹蝕。另外,在長期行車荷載作用下,吊桿產(chǎn)生振動,使得吊桿內(nèi)填充物容易脫落,產(chǎn)生防腐油脂滲漏現(xiàn)象,還會造成減震器松動。

        (2)吊桿不僅承受橋面系永久荷載和溫度荷載的影響,還因為受到橋面車輛活載的反復(fù)沖擊作用而處于疲勞受力狀態(tài),在此狀態(tài)下吊桿易發(fā)生應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕對鋼筋危害很大,這是一種腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力共同作用下鋼筋產(chǎn)生晶間或穿晶斷裂的現(xiàn)象。腐蝕介質(zhì)、鋼材應(yīng)力水平和鋼材材質(zhì)情況是影響鋼材應(yīng)力腐蝕嚴重程度的主要因素。

        4 病害修復(fù)措施

        根據(jù)病害現(xiàn)狀及成因分析,各病害的修復(fù)處理措施如下:

        (1)對于南、北幅橋拱肋上下弦管的頂部及側(cè)壁混凝土均存在脫空病害的現(xiàn)象,因本工程靜動載試驗檢測結(jié)果合格,故建議暫不進行處理。

        (2)對于拱肋弦管、腹板多處出現(xiàn)銹蝕、漆皮剝落,以及全橋多根拱肋橫撐多處局部銹蝕病害,建議進行除銹后重新涂裝修復(fù)。

        (3)對于加勁縱梁出現(xiàn)露筋、混凝土不密實及混凝土缺失現(xiàn)象,可鑿除疏松混凝土至密實部位,對鋼筋除銹后采用高強聚合物砂漿修復(fù)處理。

        (4)對拱腳處鋼箱牛腿出現(xiàn)不同程度的表面油漆變色起皮、剝落,鋼構(gòu)件表面銹蝕的現(xiàn)象,采用除銹后重新涂裝的處理方案。

        (5)對系桿錨頭保護罩出現(xiàn)漏油、銹蝕等現(xiàn)象,需打開保護罩,清理錨頭,在錨頭表面噴涂氨基阻銹劑(質(zhì)量指標見表1,使用后的各檢驗指標見表2),然后涂抹專用防腐建筑油脂進行防護,最后重新焊接封錨鋼板,噴涂專用防腐漆。

        (6)對吊桿上錨頭處出現(xiàn)保護罩內(nèi)防腐油脂部分滲漏、上保護罩表面銹蝕現(xiàn)象,可參照系桿及錨具的修復(fù)措施。

        對吊桿出現(xiàn)上預(yù)埋管內(nèi)防腐油脂滲漏病害,拆除舊減震塊,清理上預(yù)埋管油污,上端預(yù)埋管內(nèi)填充防腐聚氨酯后重新安裝新的減震塊;對吊桿與橋面交接處防水罩銹蝕,進行除銹處理后重新涂裝修復(fù),對6根吊桿表面出現(xiàn)開裂等病害,將吊桿PE開裂處做清創(chuàng)、防腐,采用氨基阻銹劑對外露鋼絲進行防腐處理,清潔整根拉索PE表面,用熱收縮PE從下至上整體纏包,加熱成形,對纏包PE的上端采用專用熱塑焊機進行封閉防水處理。

        表1 噴涂型阻銹跡的質(zhì)量指標

        表2 采用噴涂型阻銹劑后的檢驗指標

        對吊桿下頭出現(xiàn)防腐油脂滲漏、保護罩內(nèi)積水及預(yù)埋件銹蝕等現(xiàn)象,建議在下錨頭保護罩下端面開排水孔,采用真空泵將積水排盡,利用排水孔,內(nèi)部干燥處理,拆掉舊保護罩,清理油污,并用有機溶劑進行清洗,在錨頭噴涂氨基阻銹劑,表面涂抹專用防腐建筑油脂,要求厚度不小于2mm,安裝新保護罩。該施工措施的現(xiàn)場照片見圖 5~7所示。

        圖5 吊桿下涂防腐油脂施工前圖

        圖6 吊桿下涂防腐油脂施工后圖

        圖7 吊桿下涂防腐油脂施工圖

        (7)主橋橫梁

        對行車道板及橫梁混凝土掉塊、露筋銹蝕等病害,進行鑿除疏松混凝土并對鋼筋進行除銹后采用聚合物砂漿修復(fù)。

        5 結(jié)語

        (1)各病害按照上述措施進行修復(fù)后,檢測人員重新對該橋進行了檢測,發(fā)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)各構(gòu)件修復(fù)效果良好,特別是主要部件如吊桿和系桿,評分分別由原先的63.5和70.5,提高到了72.5和83.5,上部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評分由原先的71.3提高到了82.8。

        (2)下承式鋼管混凝土拱橋的安全問題是運營養(yǎng)護管理部門面臨的一個大課題,特別是對于吊桿、系桿等主要部件,應(yīng)安排專人嚴格按養(yǎng)護規(guī)范進行定期檢查,加強監(jiān)測,并及時處理。

        [1]CJJ99-2003,城市橋梁養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范.

        [2]JTGD64-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計規(guī)范.

        [3]JTGD60-2015,公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范.

        [4]百崎湖大橋維修設(shè)計.2016.

        [5]沈浩.某中承式鋼管混凝土拱橋檢測及病害分析.江蘇建筑,2015(1):58-61.

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