張智力，崔 鑫

（1.上海市青浦區(qū)道路運(yùn)輸管理事務(wù)中心，上海市201799；2.上海市建筑科學(xué)研究院有限公司，上海市201108）

0 引 言

矮塔斜拉橋是一種介于連續(xù)剛構(gòu)和斜拉橋之間的一種橋型[1]，由于其具有較好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和美學(xué)效果，近年來在國(guó)內(nèi)得到了快速的發(fā)展。從結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)上看，矮塔斜拉橋的主梁梁高介于連續(xù)梁和斜拉橋之間，塔高小于常規(guī)斜拉橋，斜拉索的數(shù)量少于常規(guī)斜拉橋且主梁邊跨和主跨均包含無索區(qū)段。從結(jié)構(gòu)受力特征上看，矮塔斜拉橋以梁受彎、塔受壓、索受拉來承受外界荷載，受力特征更類似于體外索加固的預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋[2]。矮塔斜拉橋在軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用的相對(duì)較少[3]，同時(shí)在軌道交通運(yùn)營(yíng)荷載、外界環(huán)境不利作用以及自身結(jié)構(gòu)材料退化的影響下，橋梁各部件均易出現(xiàn)不同程度的損傷，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營(yíng)造成影響，因此，應(yīng)定期對(duì)其技術(shù)狀況進(jìn)行評(píng)估以確保橋梁的安全運(yùn)營(yíng)[4]。本文以某在役軌道交通矮塔斜拉橋?yàn)楣こ瘫尘?，針?duì)矮塔斜拉橋的受力特點(diǎn)，在外觀檢查的基礎(chǔ)上，通過橋梁靜態(tài)幾何形態(tài)監(jiān)測(cè)、橋梁動(dòng)態(tài)工作性能監(jiān)測(cè)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)和對(duì)比，為后續(xù)類似橋梁的檢測(cè)評(píng)估提供參考。

1 工程概況

某軌道交通采用單索面矮塔斜拉橋，塔墩分離，跨徑布置為80 m+140 m+80 m，見圖1。

圖1 橋梁里面示意圖（對(duì)稱示意一半）（單位：mm）

橋梁索塔和斜拉索布置在雙線之間，軌道線間距為7.5 m，見圖2。該軌道交通橋梁行駛車輛采用A 型車，軸重不大于160 kN，最高運(yùn)行速度為160 km/h。主橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土單箱雙室斜腹板箱梁，支點(diǎn)處梁高5.6 m，跨中梁高3.0 m。橋塔高度為20.5 m，橋塔順橋向側(cè)面為弧形造型，并設(shè)有索鞍錨固槽口，橫橋向側(cè)面設(shè)有箭頭造型的裝飾。箱梁采用C60 高強(qiáng)度混凝土，索塔采用C50 混凝土。全橋共有2×10對(duì)斜拉索，斜拉索在箱梁上的中心距為5.0 m。每對(duì)斜拉索有兩根，橫向間距1.3 m。斜拉索采用應(yīng)力幅參數(shù)250 MPa 的低應(yīng)力平行鋼絞線斜拉索，Ryb=1 860 MPa。主橋中墩和邊墩均采用鉆孔灌注樁和矩形承臺(tái)。主橋邊墩選用JQZ-8000 支座，中墩采用JQZ-4000 支座，活動(dòng)中墩設(shè)液壓LUD 速度鎖定器（LUD2000/400）兩組。

圖2 橋梁主塔橫斷面示意圖（單位：mm）

2 橋梁靜態(tài)幾何形態(tài)監(jiān)測(cè)

橋梁結(jié)構(gòu)的幾何形態(tài)監(jiān)測(cè)是橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)定的最直接和最關(guān)鍵的指標(biāo)之一[5]。通過橋梁結(jié)構(gòu)定期幾何形態(tài)的監(jiān)測(cè)和分析，可以建立結(jié)構(gòu)的技術(shù)檔案，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)形態(tài)的變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，為類似橋梁的監(jiān)測(cè)提供參考[6]。

2.1 主梁幾何形態(tài)測(cè)量

主梁幾何形態(tài)測(cè)量應(yīng)包括橋面沉降和梁底線形測(cè)量。采用精密水準(zhǔn)儀對(duì)橋面永久線形測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。橋面共設(shè)45 個(gè)測(cè)試斷面，每個(gè)斷面沿橫向各布置2 個(gè)測(cè)點(diǎn)，全橋設(shè)2 條測(cè)線，共90 個(gè)測(cè)點(diǎn)。本次測(cè)量結(jié)果與上次測(cè)量結(jié)果相比，主跨跨中位置存在一定程度下?lián)希渲袞|側(cè)主跨跨中最大累計(jì)沉降值10.0 mm，西側(cè)主跨跨中最大累計(jì)沉降值9.1 mm；南、北邊跨均存在上拱現(xiàn)象，北邊跨跨中平均上拱5.0 mm，南邊跨跨中平均上拱5.9 mm，見圖3、圖4。由于兩次測(cè)試之間存在整體溫差，分析表明，造成橋面沉降的主要原因?yàn)檎w溫度的影響；此外，從受力特征上看矮塔斜拉索類似于體外索連續(xù)剛構(gòu)，收縮徐變也是引起橋面沉降的原因，后續(xù)應(yīng)定期在每年夏天和冬天對(duì)橋面沉降進(jìn)行測(cè)量和對(duì)比分析。

圖3 橋面累計(jì)沉降曲線（與上次測(cè)量結(jié)果對(duì)比）

圖4 東西側(cè)梁底線形測(cè)量結(jié)果

在主橋梁底布置15 個(gè)測(cè)試斷面，上下游各布置一個(gè)梁底線形測(cè)點(diǎn)，梁底線形測(cè)量結(jié)果表明，梁底恒載線形較為平順，為相對(duì)于上次測(cè)試結(jié)果，梁底線形變化趨勢(shì)與橋面沉降趨勢(shì)一致。

2.2 主塔幾何形態(tài)測(cè)量

主塔幾何形態(tài)應(yīng)包括主塔傾斜和主塔塔座底軸線偏位。

主塔傾斜測(cè)試結(jié)果表明，與上次測(cè)試結(jié)果相比，順橋向北側(cè)索塔南偏5.4 mm，南側(cè)索塔北偏6.0 mm，橫橋向北側(cè)索塔西偏3.5 mm，橫橋向南側(cè)索塔東偏3.2 mm。為測(cè)量索塔塔座底軸線偏位，在索塔正下方箱梁底板同一斷面兩側(cè)邊緣各設(shè)置一個(gè)永久觀測(cè)點(diǎn)，主塔塔座底軸線偏位測(cè)試結(jié)果表明，索塔塔座底軸線變化較小，北側(cè)塔座底軸東偏0.4 mm，南側(cè)塔座底軸東偏1.0 mm。

2.3 墩柱幾何形態(tài)測(cè)量

墩柱幾何形態(tài)應(yīng)包括墩臺(tái)沉降和墩臺(tái)傾斜測(cè)量。墩臺(tái)沉降測(cè)試結(jié)果表明，較上次測(cè)量，墩臺(tái)最大沉降值為4.3 mm；墩柱傾斜測(cè)試表明，墩臺(tái)最大傾斜度為1.3‰。墩柱基本保持穩(wěn)定，未發(fā)生明顯變化。

3 橋梁動(dòng)態(tài)工作性能監(jiān)測(cè)

橋梁結(jié)構(gòu)是承受動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)物，在橋梁日常運(yùn)營(yíng)中，不僅需定期監(jiān)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，而且應(yīng)定期監(jiān)測(cè)列車運(yùn)行狀態(tài)下引起的車致振動(dòng)及動(dòng)力響應(yīng)。

3.1 基于頻率法的斜拉索索力監(jiān)測(cè)

索力測(cè)量采用環(huán)境激勵(lì)的頻率測(cè)試方法，通過測(cè)試斜拉索的頻率推算索力。斜拉索由于自然環(huán)境隨機(jī)激振產(chǎn)生的橫向振動(dòng)信號(hào)，通過信號(hào)處理分析獲得斜拉索的前若干階自振頻率值，按兩端鉸接的公式進(jìn)行索力計(jì)算，計(jì)算中考慮了斜拉索抗彎剛度、斜拉索邊界條件、索管和套筒的影響[7]。檢測(cè)結(jié)果表明，在恒載作用下全橋索力分布在1 488.5 kN～2 563.7 kN 之間，有一定程度的離散性。對(duì)比上一次測(cè)試結(jié)果可知，共2 根斜拉索的索力相對(duì)變化量較大，在分別為-16.5%和16.2%，其他斜拉索的索力相對(duì)變化量在-4.2%～8.3%之間，索力變化情況相對(duì)穩(wěn)定。全橋拉索索力總體對(duì)稱性較差。恒載作用下東、西側(cè)有8 對(duì)斜拉索的索力相對(duì)差值在14.4%～40.4%之間，恒載作用下邊跨和中跨有，15 對(duì)斜拉索的索力相對(duì)差值在12.5%～44.0%之間。

3.2 自振特性監(jiān)測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)采用豎向傳感器采集的主梁實(shí)測(cè)自振頻率見表1。本次試驗(yàn)中實(shí)測(cè)頻率與理論計(jì)算頻率的比值大于1.05，說明橋梁上部結(jié)構(gòu)整體性能和受力體系未發(fā)生明顯改變，主梁剛度狀況良好。阻尼實(shí)測(cè)結(jié)果表明，本橋主梁一階對(duì)稱豎彎振型的實(shí)測(cè)阻尼比為1.764%，一階對(duì)稱橫彎振型的實(shí)測(cè)阻尼比為1.938%，斜拉橋上部結(jié)構(gòu)整體剛度較好，無明顯結(jié)構(gòu)性損傷。

表1 自振特性測(cè)試結(jié)果

3.3 動(dòng)位移監(jiān)測(cè)

采用激光撓度檢測(cè)儀對(duì)主梁的跨中、北塔塔頂、南塔塔頂動(dòng)位移進(jìn)行檢測(cè)。在一列列車通過橋梁的過程中，記錄主梁跨中測(cè)點(diǎn)的動(dòng)撓度時(shí)程曲線，并根據(jù)動(dòng)撓度曲線計(jì)算撓度動(dòng)態(tài)增量，結(jié)果見圖5 和圖6。

圖5 主梁跨中動(dòng)撓度時(shí)程曲線

圖6 北側(cè)索塔塔頂動(dòng)撓度時(shí)程曲線

運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下實(shí)測(cè)主梁跨中動(dòng)位移最大值為22.504 mm，位移動(dòng)態(tài)增量為0.02，動(dòng)撓度最大值小于《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50157—2013）規(guī)定的豎向撓度容許值，說明橋梁的行車性能以及橋面平整度均良好。北側(cè)索塔順橋向動(dòng)位移最大值為8.255 mm，南側(cè)索塔順橋向動(dòng)位移最大值為7.023 mm，均未超過規(guī)范允許值。

4 橋梁外觀檢查

根據(jù)矮塔斜拉橋的受力特點(diǎn)，矮塔斜拉橋主梁和主塔易出現(xiàn)混凝土破損、開裂，鋼筋銹蝕等病害；斜拉索易出現(xiàn)錨頭滲水和銹蝕等病害[8]。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果表明，箱梁梁底以及腹板局部存在縱向、斜向裂縫析白現(xiàn)象；箱室內(nèi)部頂板出現(xiàn)縱橋向裂縫，裂縫寬度0.04～0.10 mm，該類裂縫屬于頂板收縮裂縫；橫隔梁普遍出現(xiàn)豎向裂縫，最大裂縫寬度達(dá)到0.25 mm，最大豎向裂縫長(zhǎng)度達(dá)到1.5 m，見圖7；斜拉索表面PE護(hù)套整體狀況良好，未發(fā)現(xiàn)明顯破損、裂縫、老化等病害，下端錐形筒導(dǎo)管整體狀況較好、存在輕度銹蝕現(xiàn)象，錐形筒頂部密封效果較好，下端密封混凝土未出現(xiàn)開裂。錨頭整體狀況較好，沒有出現(xiàn)滲油、銹蝕等病害，見圖8。

圖7 頂板縱向裂縫

圖8 錨頭狀況較好

根據(jù)《鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則》（TG/GW103—2010）第5.10.2 條以及《鐵路橋隧建筑物劣化評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（TB/T 2820.1～2820.8）依次對(duì)索塔、斜拉索、箱梁、支座和橋墩進(jìn)行技術(shù)狀況評(píng)級(jí)，該橋的結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件劣化輕微，對(duì)其使用功能和行車安全無影響。

5 結(jié) 論

基于本次軌道交通矮塔斜拉橋檢測(cè)評(píng)估實(shí)踐可知：

（1）該矮塔斜拉橋整體技術(shù)狀況較好，結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件劣化輕微，應(yīng)定期進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)對(duì)耐久性病害進(jìn)行處理。該斜拉橋主跨跨中橋面有沉降的趨勢(shì)，后期應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

（2）軌道交通矮塔斜拉橋的定期檢測(cè)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注橋梁靜態(tài)幾何形態(tài)監(jiān)測(cè)、橋梁動(dòng)態(tài)工作性能監(jiān)測(cè)和外觀檢查。

（3）軌道交通矮塔斜拉橋靜態(tài)幾何形態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)針對(duì)主梁、主塔和墩柱等部位針對(duì)性布置測(cè)點(diǎn)，不同測(cè)點(diǎn)之間的實(shí)測(cè)值并非獨(dú)立，可以進(jìn)行互相印證。橋梁動(dòng)態(tài)工作性能監(jiān)測(cè)可以定期監(jiān)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和列車運(yùn)行狀態(tài)下的動(dòng)力響應(yīng).

（4）應(yīng)定期檢查矮塔斜拉橋的混凝土結(jié)構(gòu)和斜拉索錨頭，隨時(shí)掌握橋梁技術(shù)狀況和發(fā)展趨勢(shì)。