楊秋娥, 丁念明
(湖南省高速公路集團有限公司, 湖南 長沙 410022)
懸索橋在運營過程中因“剛度小”的特點,在車輛荷載作用下會產(chǎn)生較大變形和振動。加上懸索橋常處于潮濕、復雜和惡劣的山區(qū)環(huán)境,這種環(huán)境會不可避免地對橋梁各部件特別是纜索造成不同程度的損傷,而對于懸索橋這種特殊橋型,輕微的損傷都會造成其永久危害。因此,對懸索橋進行定期檢查和技術狀況評定極其重要。針對某運營25年的鋼結(jié)構(gòu)懸索橋,楊健等通過外觀檢查、主纜線形和鋼桁架變形測量等,分析、評估其性能狀態(tài),并提出建設性的養(yǎng)護管理措施;肖輝等對四川印把子溝跨線懸索橋進行定期檢測,為橋梁養(yǎng)護管理提供參考。該文對湖南高速公路某懸索橋進行客觀、詳實的檢查,了解其總體技術狀況,提出有針對性的養(yǎng)護、維修或加固處治建議,為下一步的養(yǎng)護施工提供工作范圍及技術支持,確保橋梁的安全運營。
某懸索橋橫跨峽谷,谷頂寬約420 m,谷頂與谷底高差達280 m左右,是湖南省內(nèi)高速公路上的一座特大型橋梁。橋梁全長1 194.20 m,兩座主塔高度分別為137.488、123.192 m,跨徑布置為(200+856+190) m。鋼桁梁全長854 m,桁高6.5 m,桁寬28 m,節(jié)間長度6 m(見圖1)。橋塔下橫梁處設豎向支座及橫向抗風支座,跨中設柔性中央扣。全橋共69對吊索,吊索標準間距為12 m,端吊索至索塔的距離為20 m。索塔采用門式框架結(jié)構(gòu),兩岸錨碇均采用重力式錨碇。其標準橫斷面見圖2。
為全面掌握該橋使用狀況,評估其結(jié)構(gòu)性能,從而校核橋梁基本數(shù)據(jù)信息、完善和更新橋梁管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫,并為橋梁管養(yǎng)提供基礎數(shù)據(jù)和安全養(yǎng)護運營措施,于2017年12月—2018年3月對該橋進行細致檢查及變位測量,評定其技術狀況。
對橋梁主體結(jié)構(gòu)及其附屬構(gòu)造物的技術狀況進行全面檢查,其中目測對象主要為主纜、吊索、索塔、鋼桁加勁梁、錨碇、支座、橋面系及伸縮縫等。此外,根據(jù)該橋結(jié)構(gòu)特點,進行橋面線形、主纜線形及索塔傾斜度測量,檢查砼材質(zhì)狀況(包括砼強度、碳化深度、鋼筋保護層厚度和鋼筋銹蝕等)。
分別對該橋上部、下部結(jié)構(gòu)和橋面系進行外觀檢查。上部結(jié)構(gòu)檢查結(jié)果見表1。
下部結(jié)構(gòu)檢查如下:1) 兩側(cè)錨碇存在的問題。前、后錨室錨坑內(nèi)存在較深積水;前錨室洞門內(nèi)的地面有積水、雜物堆積;通風除濕系統(tǒng)未正常運轉(zhuǎn);錨碇室內(nèi)砼表面有大面積水蝕痕跡,局部存在縱橫泛白、鐘乳現(xiàn)象;錨室內(nèi)鋼模板未拆除,存在銹蝕情況[見圖4(a)]。前錨面部分錨頭防護帽出油孔處油杯或蓋子缺失[見圖4(b)],個別錨頭防護帽內(nèi)防腐油脂溢出。后錨面?zhèn)€別錨頭經(jīng)常被積水淹沒,錨頭防護帽銹蝕。2) 其他構(gòu)件如索塔基礎、散索鞍及河床等狀況良好,未發(fā)現(xiàn)明顯異常。
圖1 某懸索橋橋型布置示意圖(單位:cm)
圖2 某懸索橋標準橫斷面示意圖(單位:cm)
表1 橋梁上部結(jié)構(gòu)檢查結(jié)果
圖3 橋梁上部結(jié)構(gòu)典型圖片
橋面系檢查結(jié)果見表2。
圖4 橋梁下部結(jié)構(gòu)典型圖片
檢查構(gòu)件檢查狀態(tài)描述橋面鋪裝全橋鋪裝基本完好,右幅橋面存在一處沉陷[見圖5(a)]伸縮縫全橋伸縮縫型鋼主體及橡膠條均完好,伸縮縫錨固區(qū)砼出現(xiàn)較多縱橋向裂縫護欄護欄撞擊、刮蹭、變形、錯位、基座開裂破損排水系統(tǒng)3處PVC管接頭松動或開裂,21處PVC管與鑄鐵泄水管脫開[見圖5(b)]照明、標志狀況良好,未發(fā)現(xiàn)明顯病害附屬設施狀況良好,未發(fā)現(xiàn)明顯病害
圖5 橋面系典型圖片
依據(jù)JTG H11-2004《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》,大跨徑或特殊結(jié)構(gòu)橋梁需進行橋面線形、主纜線形及主塔偏位測量。
(1) 橋面線形。此次測量為該橋的第二次測量,由于沒有竣工線形測量數(shù)據(jù),將線形測量結(jié)果與2016年首次測量結(jié)果進行對比,兩次測量結(jié)果的誤差見圖6。由圖6可知:兩次橋面線形誤差在6 mm以內(nèi),線形基本一致,說明橋梁線形從2016年4月至今未發(fā)生明顯變化,橋梁線形狀態(tài)良好。
圖6 主橋線形誤差
(2) 主纜線形。主纜線形兩次測量結(jié)果的誤差見圖7。由圖7可知:上、下游側(cè)主纜線形誤差在3 cm以內(nèi),測量結(jié)果與2016年首次測量結(jié)果基本一致,說明主纜線形從2016年4月至今未發(fā)生明顯變化,主纜線形較平順。
圖7 主纜線形誤差
(3) 主塔偏位。主塔縱橫向偏位測量結(jié)果見表3。由表3可知:橋塔縱橫向偏位量均在規(guī)范允許范圍的0.3H%以內(nèi);測量結(jié)果與2016年首次測量數(shù)據(jù)基本一致,橋塔未出現(xiàn)明顯變位。
表3 主塔橫、縱向測量結(jié)果
(1) 砼強度。依據(jù)JTG/T J21-2011《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》中砼強度檢測評定標準,該橋上、下部結(jié)構(gòu)的砼強度評定標度值基本為1,個別測區(qū)為2,說明所選測區(qū)砼強度均處于良好或較好的狀態(tài)。
(2) 砼碳化深度。該橋砼碳化深度與保護層厚度的比值Kc均小于0.5,砼碳化深度對保護層保護鋼筋的效能無影響或影響輕微。
(3) 鋼筋保護層厚度。該橋鋼筋保護層厚度評定標度值基本為1,根據(jù)JTG/T J21-2011,所選測區(qū)砼保護層對結(jié)構(gòu)耐久性影響不顯著;個別T梁底板或腹板所選測區(qū)的鋼筋保護層厚度評定標度值為2,對結(jié)構(gòu)耐久性有輕度影響。
(4) 鋼筋銹蝕電位。該橋測區(qū)測點的電位值均大于-200 mV,根據(jù)JTG/T J21-2011,測區(qū)的鋼筋銹蝕狀態(tài)屬于無銹蝕活動性或銹蝕活動性不確定,評定標度值為1,滿足要求。
采用索力儀對主橋吊索索力進行測試,方法如下:在恒載狀態(tài)下,采用弦振法通過無線索力測試分析系統(tǒng)測試吊索的自振頻率,由測得的基頻及吊索長度、線容重等參數(shù)計算吊索索力。共對全橋138根吊索的恒載索力進行測試,測試結(jié)果與計算值的誤差見圖8。由圖8可知:上、下游側(cè)吊索索力與計算值的誤差在0.1%左右,在恒載作用下吊索的實測索力與計算值基本吻合,沒有出現(xiàn)明顯偏差,吊索受力基本正常。
圖8 吊索索力與計算值的誤差
采用JTG/T H21-2011《公路橋梁技術狀況評定標準》推薦的分層綜合評定與五類橋梁單項控制指標相結(jié)合的方法進行全橋技術狀況評定,評定流程為評定橋梁各構(gòu)件→評定橋梁各部件→分別評定橋面系、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)→根據(jù)式(1)計算全橋總體技術狀況評分Dr,評定橋梁的總體技術狀況。
Dr=IDWD+ISPWSP+ISDWSD
(1)
式中:ID、ISP和ISD分別為橋面系、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的技術狀況評分;WD、WSP和WSD分別為橋面系、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的權重。
根據(jù)全橋總體技術狀況評分確定橋梁狀況等級,共分為五類,分別為全新狀態(tài)和功能完好的一類等級(Dr=95~100)、具有輕微缺損且對橋梁使用功能無影響的二類等級(Dr=80~94)、具有中等缺損但還能維持正常使用功能的三類等級(Dr=60~79)、主要構(gòu)件有較大缺損且嚴重影響橋梁使用功能的四類等級(Dr=40~59)、主要構(gòu)件存在嚴重缺損且不能正常使用的五類等級(Dr=0~39)。
采用以上評價方法,根據(jù)橋梁定期檢查結(jié)果分別對橋面系、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)進行部件評分,進而對全橋進行總體技術狀況評分,結(jié)果見表4。
表4 橋梁技術狀況評定結(jié)果
由表4可知:該橋的總體狀況評分為82.67,綜合評定為二類,處于“有輕微缺損,對橋梁使用功能無影響”的狀態(tài),能滿足橋梁使用功能,但需進行必要的維修。
(1) 對于主橋預制橋面板盆式支座的鋼構(gòu)件銹蝕,建議整體頂升鋼縱梁及橋面板,更換銹蝕嚴重的支座,對局部銹蝕的支座除銹后進行防腐涂裝。
(2) 及時抽干4個錨碇前、后錨室內(nèi)的積水,恢復錨室內(nèi)通風和抽濕設備的運轉(zhuǎn),保持錨室內(nèi)干燥無積水;針對錨碇滲漏水問題進行專題研究,確定永久處治措施。