摘要：20世紀(jì)90年代我國(guó)修建了大量的鋼管混凝土拱橋，隨著20多年過(guò)去，目前大量拱橋服役時(shí)間接近吊桿設(shè)計(jì)更換年限;大量拱橋吊桿需要維修加固處治。文章以四川山區(qū)省道公路某典型中承式鋼管混凝土拱橋吊桿加固設(shè)計(jì)為例，對(duì)比分析了更換原橋吊桿與保留原吊桿基礎(chǔ)上新增輔助吊桿兩種方案，經(jīng)綜合比選，提出新增輔助吊桿、保留原吊桿方案更優(yōu)。

[作者簡(jiǎn)介]熊倫（1989—），男，碩士，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。

鋼管混凝土拱橋具有結(jié)構(gòu)輕盈、承載能力高、跨越能力強(qiáng)、施工快捷方便等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)公路工程中得到大量應(yīng)用[1]，尤其對(duì)于西南山區(qū)，山高谷深，中承式有推力鋼管混凝土拱橋是跨河、跨溝橋梁結(jié)構(gòu)的重要形式。但由于大多數(shù)鋼管混凝土拱橋于20世紀(jì)90年代開始建造，當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)水平低，受建造技術(shù)手段制約，經(jīng)多年超荷運(yùn)營(yíng)后，各拱橋均出現(xiàn)不同程度的病害，整體性差、承載能力難以滿足現(xiàn)行公路橋涵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);常見病害主要為吊桿及其上下錨頭銹蝕、混凝土縱梁與橫梁表面開裂，支座變形脫空，橋面鋪裝大范圍開裂等;隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，交通量、尤其重載車輛顯著增加，鋼管混凝土拱橋帶病運(yùn)營(yíng)越來(lái)越普遍，安全事故時(shí)有發(fā)生，造成惡劣的社會(huì)影響;因此加強(qiáng)在役鋼管混凝土拱橋的健康監(jiān)控、檢測(cè)與加固十分必要[2-3]。

目前針對(duì)鋼管混凝土拱橋吊桿病害，常用的加固方案主要為更換吊桿。吳昊[4]以某中承式鋼管混凝土拱橋?yàn)楸尘?，?duì)該橋的主要病害進(jìn)行了詳細(xì)分析，從橫梁加固、吊桿更換等方面提出了加固方案與處治措施。古云秋[5]以健跳大橋?yàn)槔?，?duì)比分析了吊桿更換常用的拱肋兜吊法與橋面兜吊方案的優(yōu)缺點(diǎn)。林桂萍等[6]以某中承式有推力鋼管拱橋?yàn)槔岢隽嗽鲈O(shè)吊桿和縱向鋼梁的方案，提高了該橋的安全儲(chǔ)備，取得了較好的加固效果。

由于目前針對(duì)鋼管混凝土吊桿拱橋吊桿病害采用的處治措施主要為吊桿更換，但在吊桿更換過(guò)程中需設(shè)置兜吊系統(tǒng)、鑿除原吊桿，在施工過(guò)程中存在安全隱患。本文基于某中承式有推力拱橋檢測(cè)結(jié)果，認(rèn)為該橋雖已運(yùn)營(yíng)20多年，但吊桿技術(shù)狀況較好，無(wú)顯著病害，為降低吊桿更換過(guò)程中的施工風(fēng)險(xiǎn)，可采取保留原吊桿、新增輔助吊桿的處治方案。

1 工程概況

某中承式拱橋主橋采用一孔跨徑160 m的鋼管混凝土拱橋，拱肋為鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)，行車道設(shè)置在拱肋中間，人行道設(shè)置在拱肋外側(cè)（圖1）。橋面結(jié)構(gòu)采用吊桿吊T型橫梁、縱置小T型梁式橋面板。橋面縱向設(shè)2 %單向坡，橫向設(shè)1.5 %雙向坡，橋梁全寬14.1 m，全長(zhǎng)207.6 m。該橋于1998年7月建成通車，至今未加固改造過(guò)，且日常養(yǎng)護(hù)較少。

該橋上部結(jié)構(gòu)拱肋高3.2 m，寬1.5 m，每肋為上下各2根直徑×壁厚為600×12 mm內(nèi)灌混凝土鋼管，并通過(guò)橫向綴板、豎向各2根直徑×壁厚為245×8 mm腹桿連接而成的N型鋼管混凝土桁架。兩肋中距9.1 m，拱肋橋面以上設(shè)四道橫撐，兩端橋面以下各設(shè)2道K字橫撐，并與拱座連接，橫撐均為空鋼管桁架。橋面與拱肋交叉處設(shè)肋間固結(jié)橫梁作為桁架的橫撐。拱上立柱采用4根直徑為245 mm鋼管混凝土桿件組成的格構(gòu)柱，用鋼板制作柱頂、柱腳構(gòu)造與立柱橫梁、拱肋桁架相連。吊桿采用12束15.24 mm高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，兩端用改進(jìn)后的YM15-12錨具作吊具。下端錨具采用鎖頭器錨固，并設(shè)有可調(diào)節(jié)橫梁高度的螺母，上端錨具采用夾片錨固，并用壓板固定。吊桿采用外套鋼管，管內(nèi)壓水泥砂漿作防護(hù)。

對(duì)該橋進(jìn)行檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)吊桿下部錨頭結(jié)構(gòu)普遍積水，吊桿從拱端錨頭至梁端錨頭全段都有不同程度銹蝕，部分已有蝕坑。吊桿結(jié)構(gòu)受力的鋼絞線、夾片、錨板等結(jié)構(gòu)腐蝕會(huì)對(duì)吊桿抗拉性能及抗疲勞性能造成影響，嚴(yán)重影響吊桿體系及大橋整體運(yùn)營(yíng)安全，需要及時(shí)對(duì)吊桿進(jìn)行加固維修處治。

2 病害原因分析

該橋梁吊桿結(jié)構(gòu)采用老式的鋼絞線外套鋼管（圖2），并在管內(nèi)灌注水泥漿，該種吊桿結(jié)構(gòu)形式國(guó)內(nèi)現(xiàn)存很少，新橋已基本不采用。該吊桿結(jié)構(gòu)防護(hù)性能較差，吊桿與橋面連接處雨水滲透，以及部分吊桿索體鋼管焊接處有裂紋，造成吊桿下部結(jié)構(gòu)普遍積水。因?yàn)楹缥?yīng)及水汽擴(kuò)散，吊桿從拱端錨頭至梁端錨頭全段都有不同程度銹蝕，部分已有蝕坑。從結(jié)構(gòu)分析，腐蝕最嚴(yán)重的地方是從橋面到梁端錨頭的鋼絞線裸露段。

3 更換原吊桿方案

原橋吊桿選用12束15.2 mm鋼絞線整束擠壓式吊桿，索體采用fpk=1860 MPa的鋼絞線，公稱截面積0.00 168 m2。其產(chǎn)品設(shè)計(jì)破斷力為3 124.8 kN;根據(jù)吊桿有限元計(jì)算分析，得到吊桿安全系數(shù)為2.43，不滿足JTG/T D65-06-2015《公路鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.8條中安全綜合系數(shù)不小于2.5的相關(guān)要求;同時(shí)根據(jù)JTG D60-2015《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》，對(duì)于可更換的吊索，設(shè)計(jì)使用年限為20年，本橋于1998年通車運(yùn)營(yíng)，距今已有22年，已超過(guò)設(shè)計(jì)使用年限，故建議對(duì)吊桿進(jìn)行處治。

吊桿更換方案采取對(duì)原吊桿進(jìn)行原位更換，新吊桿選用19束15.2 mm鋼絞線整束擠壓式吊桿，索體采用fpk=1860 MPa的環(huán)氧涂層鋼絞線，公稱截面積0.002 66 m2。其產(chǎn)品設(shè)計(jì)破斷力為4 947.6 kN;計(jì)算得到吊桿安全系數(shù)3.85;滿足規(guī)范要求。新吊桿采用防護(hù)性更好的拉索結(jié)構(gòu)，同時(shí)做好吊桿與橋面連接處的防水措施。

吊桿更換方案在更換吊桿過(guò)程中需對(duì)吊桿橫梁吊點(diǎn)位置進(jìn)行鉆孔以便取出原吊桿，鉆孔過(guò)程中對(duì)原吊桿橫梁損傷較大，而原吊桿橫梁設(shè)計(jì)為尺寸較小的T型截面，吊桿錨固底部?jī)H40 cm寬，對(duì)于19束鋼絞線的錨頭，需鉆孔直徑為16 cm，使得吊桿橫梁兩側(cè)僅余理論值12 cm，在鉆孔過(guò)程中，尤其對(duì)于橋面底部高空作業(yè)，難以保證施工精度，鉆孔過(guò)程中極易導(dǎo)致原吊桿橫梁破壞，使得整個(gè)橋面系存在坍塌風(fēng)險(xiǎn)，因此在更換吊桿前需對(duì)吊桿橫梁預(yù)先進(jìn)行加固處治。

結(jié)合目前常用的吊桿橫梁加固技術(shù)，常用的方式有外貼鋼板法與外包混凝土2種（圖3）。外貼鋼板法略增加原結(jié)構(gòu)自重和尺寸，可能損傷原結(jié)構(gòu)鋼筋，鋼板通過(guò)錨栓與吊桿橫梁有效連接，可有效保證兩者共同受力，加固效果較好，施工較易控制，工期較短。外包混凝土方案明顯增加原結(jié)構(gòu)自重和尺寸，可能損傷原結(jié)構(gòu)的鋼筋;腹板兩側(cè)外包混凝土厚度僅10 cm，后澆混凝土與既有橫梁腹板結(jié)合面連接強(qiáng)度較差，不易保證兩者共同受力，施工難以控制，工期較長(zhǎng)。通過(guò)上述綜合比較，選擇外貼鋼板的方式對(duì)吊桿橫梁進(jìn)行處治。

4 增設(shè)輔助吊桿及鋼縱梁方案

由于原吊桿原位置更換方案在施工過(guò)程中需設(shè)置兜吊系統(tǒng)、鑿除原吊桿，對(duì)原吊桿橫梁損傷較大，需要對(duì)原吊桿橫梁進(jìn)行加固，對(duì)于橋下江面上高空作業(yè)施工時(shí)存在安全隱患。而鑒于該橋雖已運(yùn)營(yíng)20多年，但吊桿整體狀態(tài)較好，同時(shí)結(jié)合國(guó)內(nèi)多座吊桿拱橋加固時(shí)橋下增設(shè)鋼縱梁的思路，采用在吊桿橫梁兩側(cè)增設(shè)輔助吊桿、保留原吊桿、新增鋼縱梁的綜合處治方案（圖4）;該方案無(wú)需拆除原橋吊桿，不用設(shè)置臨時(shí)兜吊系統(tǒng)，無(wú)需在原吊桿橫梁上設(shè)置錨栓孔，對(duì)原吊桿橫梁損傷小，新增橋下縱梁可加強(qiáng)原橋結(jié)構(gòu)整體性;同時(shí)該方案所新增的鋼構(gòu)件可在工廠內(nèi)加工，橋位現(xiàn)場(chǎng)采用高強(qiáng)螺栓形成整體，橋下作業(yè)少，安全風(fēng)險(xiǎn)低，工期短，成本低，施工質(zhì)量可靠，加固效果較好。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以四川山區(qū)省道公路某典型中承式鋼管混凝土拱橋吊桿加固設(shè)計(jì)為例，對(duì)比分析了更換原橋吊桿與保留原吊桿基礎(chǔ)上新增輔助吊桿2種加固設(shè)計(jì)方案。

由于吊桿更換過(guò)程中需設(shè)置兜吊系統(tǒng)、鑿除原吊桿，在施工過(guò)程中存在安全隱患。而新增輔助吊桿可很好地與新增鋼縱梁結(jié)合，可顯著改善原橋結(jié)構(gòu)受力模式，且施工安全風(fēng)險(xiǎn)低，施工快速便捷;在同類橋梁加固維修處治中，若原吊桿狀況較好，條件允許時(shí)建議優(yōu)先選用增設(shè)輔助吊桿與鋼縱梁的加固方式。

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