曹火勇，彭世恩

(1.中鐵八局集團(tuán)有限公司，四川 成都 610037；2.四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610041)

0 前 言

我國(guó)第一座鋼管混凝土拱橋是1990年建成的跨徑115 m四川省旺蒼縣東河大橋，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，二十多年來(lái)在我國(guó)已建和在建鋼管混凝土拱橋約有 400 多座。同時(shí)該類橋型在我國(guó)修建的數(shù)量不斷增多、跨徑不斷增大。在結(jié)構(gòu)體系分為上承式、中承式、拱梁組合式、飛燕式和下承式剛架系桿拱5 大類。在截面形式分單圓管、啞鈴形和桁式。鋼管拱架設(shè)方法采用支架法、懸臂法和轉(zhuǎn)體法為主，其中懸臂拼裝法應(yīng)用最多，適用跨徑最大、范圍最廣。

在早期設(shè)計(jì)和修建的鋼管混凝土拱橋中，由于前期設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)不足，后期運(yùn)營(yíng)車輛荷載提高，橋梁管養(yǎng)的不到位，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)營(yíng)后，該類橋型出現(xiàn)了或多或少的病害。如能及時(shí)發(fā)現(xiàn)病害和處治，橋梁基本功能恢復(fù)后還能繼續(xù)為社會(huì)服務(wù)。本文以近十年參與的鋼管混凝土拱橋維修加固設(shè)計(jì)施工為據(jù)，該類橋型病害原因和維修加固設(shè)計(jì)、施工做介紹，希望能對(duì)鋼管混凝土拱橋后期維修加固和管養(yǎng)提供一定的參考作用。

1 鋼管混凝土拱橋常見病害和原因分析

1)鋼管混凝土拱橋拱肋的常見病害及原因：①鋼管內(nèi)混凝土的脫空(見圖1)，比較常見的脫空有拱腳區(qū)段混凝土的不密實(shí)性、拱頂區(qū)段空洞以及鋼管與混凝土之間脫粘，主要原因是前期施工中混凝土的質(zhì)量問(wèn)題，管內(nèi)混凝土的收縮徐變，承受壓力作用下的橫向變形，在溫度作用下，鋼管與混凝土線膨脹系數(shù)不同等造成；②鋼管銹蝕和涂層破壞，鋼管中銹蝕主要是由于大氣腐蝕原因或施工中防銹措施不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，后期人為破壞等原因；③鋼管拱橋的變形和偏位，主要原因有施工中控制精度不夠，運(yùn)營(yíng)中拱肋自身承載力不足引起的壓彎屈曲和由于脫空面大后引起的屈服應(yīng)力局部失穩(wěn)；④拱腳位置外包混凝土開裂是由于主拱受力作用下產(chǎn)生泊松效應(yīng)，外包混凝土和鋼管之間的溫度線膨脹系數(shù)不一致，后期外包混凝土的收縮徐變，部分是人為和車輛的撞擊造成。

圖1 鋼管與混凝土之間脫空

2)鋼管混凝土拱橋中吊桿的斷裂引起財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡較多，社會(huì)關(guān)注度較大，主要是由于吊桿的突然斷裂沒有征兆，很難提前預(yù)警和避免。主要病害有：①吊桿保護(hù)層開裂，老化，由于原材料老化、抗拉能力降低、施工不當(dāng)和兩者的熱膨脹系數(shù)不一致；②鋼套管內(nèi)的砂漿開裂，滲水嚴(yán)重，導(dǎo)致此處鋼吊桿銹蝕斷裂，由于防水達(dá)不到要求，水滲入后造成銹蝕加快，吊桿承載力不能滿足要求；③防護(hù)罩銹蝕破損或脫落，吊桿錨頭銹蝕嚴(yán)重，防護(hù)罩的破損導(dǎo)致錨罩內(nèi)積水、錨墊板等銹蝕，由于防護(hù)罩銹蝕引起；④吊桿斷裂或斷絲，原因主要是強(qiáng)度問(wèn)題、疲勞問(wèn)題和銹蝕問(wèn)題，其中表現(xiàn)出銹蝕問(wèn)題最為突出，絕大部分吊桿斷裂(見圖2)均是此類病害原因引起；⑤吊桿力受力不均勻，由于施工中下料和安裝不當(dāng)引起，吊桿力損傷引起應(yīng)力重分布，連續(xù)橋面板設(shè)計(jì)中對(duì)內(nèi)力的變化影響。

圖2 吊桿位置銹蝕斷裂

3)對(duì)于下承式系桿拱橋和飛燕式系桿拱橋中還存在有系桿銹蝕和斷裂病害，早期設(shè)計(jì)的系桿拱橋中認(rèn)為系桿是永久構(gòu)件，系桿保護(hù)方式主要為系桿與保護(hù)鋼箱置于橋面板上，箱內(nèi)填塞瀝青麻絮和黃油等低效防護(hù)，外部再包以混凝土成為永久防護(hù)。此種保護(hù)方式后期營(yíng)運(yùn)一段時(shí)間后普遍存在密封不嚴(yán)、極易遭受周圍環(huán)境腐蝕和系桿有效力松弛等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)系桿會(huì)出現(xiàn)銹蝕、斷裂(見圖3)等情況。

圖3 系桿箱內(nèi)系桿斷裂

4)橋面部分相關(guān)病害常表現(xiàn)為：橋面鋪裝縱向裂縫明顯，原設(shè)計(jì)主要采用預(yù)制混凝土板和小T梁的構(gòu)件為主；鋼筋混凝土橋面板出現(xiàn)裂縫和混凝土表面堿化泛白現(xiàn)象，個(gè)別橋有混凝土橋面斷板現(xiàn)象發(fā)生，主要由于橋面板的整體性差和常規(guī)的收縮徐變裂縫原因等；局部橋梁出現(xiàn)橫梁的開裂和此處的錨頭漏油受污染嚴(yán)重；開裂主要由于混凝土的收縮徐變裂縫，橫梁設(shè)計(jì)上受力不合理，施工不當(dāng)如將吊桿處箍筋截?cái)嗟?；梁板中支座脫空和掉落的現(xiàn)象也較多。

2 鋼管混凝土拱橋病害處理措施

以筆者關(guān)注的近幾年針對(duì)鋼管混凝土拱橋的維修加固為例，加固的拱橋類型有2座飛燕式系桿拱橋，1座下承式系桿拱橋，3座中承式鋼管拱橋，拱圈類型為啞鈴和桁架式為主，跨徑在150～250 m，主要的橋梁見圖4～7。

圖4 202 m飛燕式系桿拱橋

圖5 200 m飛燕式系桿拱橋

圖6 150 m下承式拱橋

圖7 130 m中承式拱橋

這些拱橋存在或多或少的常見病害，針對(duì)各橋的具體特征，在病害處治和維修加固中提出了相應(yīng)的處治措施，具體措施如下。

拱肋病害中如主拱受力滿足后期營(yíng)運(yùn)要求，對(duì)脫空常用措施灌注環(huán)氧膠，根據(jù)脫空范圍大小采用稀漿或稠漿，保證其鋼管和混凝土的聯(lián)合受力，防止其進(jìn)一步脫空增長(zhǎng)承載能力不足；油漆中主要采用重新噴涂工藝保證其拱圈的耐久性，增強(qiáng)其拱圈的美觀；在受力出現(xiàn)病害下需補(bǔ)充其拱圈的結(jié)構(gòu)尺寸，調(diào)整其結(jié)構(gòu)體系等措施，如都不可行或維修造價(jià)較高常采用拆除重建方案。

對(duì)于吊桿斷裂，破損等病害或已達(dá)使用壽命的吊桿，對(duì)不同的橋，更換方式也不相同，這幾座橋中用了：①直接采用原吊桿位置原位更換，適當(dāng)增加其安全系數(shù)和改變錨頭的形式；②將原吊桿更換為雙吊桿方式；③原吊桿兩側(cè)同時(shí)增加其兩根吊桿，增強(qiáng)其安全系數(shù)；④吊桿兩側(cè)采用騎馬吊的形式增加兩對(duì)吊索。

在系桿力不足和病害處治設(shè)計(jì)中，由于系桿檢測(cè)和更換補(bǔ)強(qiáng)難度較大，根據(jù)現(xiàn)有的加固設(shè)計(jì)，考慮了兩種方案進(jìn)行系桿補(bǔ)強(qiáng)：①在系桿箱中對(duì)原系桿進(jìn)行補(bǔ)張拉，僅對(duì)局部系桿補(bǔ)張拉，達(dá)到增加其系桿力目的；②將原系桿全部更換為后期可達(dá)、可測(cè)、可換的成品系桿，此種方案難度較大，需要考驗(yàn)其設(shè)計(jì)和施工單位的技術(shù)水平，處理過(guò)對(duì)202 m飛燕式系桿拱橋利用此種方式更換系桿，從現(xiàn)階段營(yíng)運(yùn)情況看達(dá)到了系桿補(bǔ)強(qiáng)的目的，能夠滿足其安全和運(yùn)營(yíng)要求。

橋面板和橫梁病害表現(xiàn)較為明顯，后期整體性較差，常規(guī)上在加固設(shè)計(jì)如造價(jià)和結(jié)構(gòu)安全系數(shù)滿足要求，均建議將橋面調(diào)整為梁格結(jié)構(gòu)。常用第一種方案是在混凝土橫梁增加鋼縱梁來(lái)形成梁格體系；第二種將整個(gè)橋面板和橫梁一起更換為橫隔梁形式的鋼混組合橋面板；第三種將橫梁換為鋼構(gòu)件，橋面板仍用混凝土梁板。從幾種形式看，如果條件允許的話，建議整體更換為鋼混組合橋面板體系，能夠很好地解決橋面系和橫梁位置其余病害。

3 結(jié) 論

通過(guò)以上對(duì)鋼管混凝土拱橋的病害、病害原因分析等，從以前設(shè)計(jì)的幾個(gè)案例來(lái)詳細(xì)介紹了其處治措施，從處治效果看基本能夠滿足其安全要求，保證了橋梁后期運(yùn)營(yíng)的安全。對(duì)此類橋梁維修加固設(shè)計(jì)、施工和管養(yǎng)等有一定的參考價(jià)值。

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