江建龍、晏澍瑞

（江西省交通投資集團(tuán)有限責(zé)任公司九江管理中心，江西九江 332000）

1 國(guó)內(nèi)既有橋梁現(xiàn)狀

近年來(lái)，我國(guó)橋梁建設(shè)取得顯著進(jìn)步，但隨著服役時(shí)間的延長(zhǎng)，部分橋梁的病害問(wèn)題日趨嚴(yán)重。一方面，道路交通流量急劇增加，尤其是大量的大、重型車(chē)輛不斷增加，對(duì)橋梁提出了更高的要求。例如，在大型水電站、礦山等建設(shè)工程中，需要通過(guò)大噸位的汽車(chē)運(yùn)送特大型部件，目前已建成的橋梁已不能滿足使用需求。另一方面，由于原有橋梁的老化和破損，以及原有橋梁的設(shè)計(jì)水平不高，不能完全滿足我國(guó)道路交通發(fā)展的需要。

2 既有橋梁檢測(cè)與評(píng)估的目的及意義

隨著我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)建設(shè)的發(fā)展，特大型工業(yè)設(shè)備和集裝箱運(yùn)輸越來(lái)越頻繁，由此引發(fā)的超重車(chē)輛過(guò)橋事件時(shí)有發(fā)生，為確保超重車(chē)輛能夠安全通過(guò)橋梁，并為橋梁臨時(shí)加固提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)參考，需要對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估[1]。

橋梁遭受特大災(zāi)害，如泥石流、地震、洪水等造成嚴(yán)重?fù)p壞，或者在建造和使用過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷（如質(zhì)量事故、過(guò)度變形和意外撞擊等）時(shí)，檢測(cè)評(píng)估相關(guān)人員可以及時(shí)掌握橋梁的承載力情況。此外，如果現(xiàn)有橋梁資料不完整，通過(guò)檢查，可以重新建立和積累技術(shù)資料，為加強(qiáng)科學(xué)管理和提高橋梁技術(shù)水平提供基礎(chǔ)。例如，系統(tǒng)地收集橋梁技術(shù)數(shù)據(jù)，并建立橋梁數(shù)據(jù)庫(kù)，借助計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，更好地維護(hù)和管理橋梁，指導(dǎo)橋梁的養(yǎng)護(hù)、加固和維修工作。

對(duì)于一些重要的大橋或特大橋，建成之后，通過(guò)檢測(cè)評(píng)估，可以評(píng)定其設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量，確定工程的可靠度。對(duì)于采用新型結(jié)構(gòu)的橋梁，通過(guò)檢測(cè)評(píng)估，可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論的可靠性，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，這有助于不斷改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

此外，對(duì)經(jīng)過(guò)維修加固的橋梁進(jìn)行竣工檢測(cè)可以驗(yàn)證維修加固質(zhì)量，并驗(yàn)證加固方法的合理性和可靠性，了解橋梁的實(shí)際受力狀態(tài)，判斷結(jié)構(gòu)的安全承載能力和使用條件評(píng)價(jià)，為進(jìn)行橋梁的維修加固提供可靠依據(jù)[2]。

3 項(xiàng)目概況

在斜拉橋中，索道是承載主梁恒載、橋面系統(tǒng)以及活載至橋塔的荷載的重要承力元件，其使用狀況與橋梁的安全性有很大的關(guān)聯(lián)。由于大部分斜拉索壽命較短（約為橋梁基準(zhǔn)期的1/10，很多情況下不到20 年），且在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中易發(fā)生病害，因此對(duì)其進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)與日常養(yǎng)護(hù)尤為重要。A 橋是國(guó)內(nèi)第一座雙線、單塔、單索面斜拉橋，主橋跨度（114+120）m，已經(jīng)使用15 年。該橋斜拉索為32 對(duì)平行鋼絲索，雙排單索面豎琴式布置，斜拉索梁端錨固在箱梁中室靠橫隔梁處，梁上索距6.66m，塔端錨固在橋塔外表面，塔上索距3.92m。斜拉索采用極限強(qiáng)度為1670MPa 的φ5mm 鍍鋅低松弛高強(qiáng)鋼絲，鋼絲數(shù)分別為283 和301，采用冷鑄錨錨固。斜拉索設(shè)置雙層熱擠PE 護(hù)套防護(hù)，梁端防護(hù)罩填充發(fā)泡劑，錨頭端設(shè)置防水罩。為了保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性，需要對(duì)該橋梁的斜拉索進(jìn)行檢測(cè)和修補(bǔ)。

4 斜拉索檢測(cè)評(píng)估

4.1 外觀與內(nèi)部缺陷檢測(cè)評(píng)估

4.1.1 上、下錨頭外觀檢測(cè)

通常斜拉橋的斜拉索塔端錨固在橋塔箱室內(nèi)部，上錨頭處于密封環(huán)境，雨水通過(guò)上錨頭進(jìn)入索體的概率較小，而該橋上錨頭錨固在橋塔外表面，長(zhǎng)年受雨水侵蝕，可能導(dǎo)致雨水進(jìn)入索體。對(duì)A 橋全橋64 根上錨頭進(jìn)行形貌檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)全橋上錨頭無(wú)水，34 根斜拉索上錨頭油不足。53%的錨頭護(hù)罩上出現(xiàn)漏油的情況；3條斜拉索（北端E12 索，南北端W2 索）上部錨固區(qū)出現(xiàn)了混凝土裂紋，裂紋寬度為0.14～0.21mm，占全部上部錨頭數(shù)的4.7%。

A 橋底部的下錨頭在箱梁中間的內(nèi)側(cè)，都已安裝防護(hù)罩，檢驗(yàn)時(shí)必須將防護(hù)罩和錨杯的蓋子打開(kāi)。通過(guò)檢查，發(fā)現(xiàn)下錨頭主要病害如下：在下錨頭錨杯中均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)鋼絲墩頭回縮或積水的現(xiàn)象，但有7 根斜拉索（索號(hào)分別是W10 南側(cè)索、W15 南側(cè)索、W16 南側(cè) 索、W5 北側(cè)索、W6 北側(cè)索、W15 北側(cè)索、W16 北側(cè)索）下錨頭保護(hù)罩內(nèi)有積水，占總數(shù)量的10.9%；在下錨頭錨杯處，由于沒(méi)有黃油保護(hù)，所以在保護(hù)罩內(nèi)有積水的情況下，斜拉索錨頭的腐蝕比較嚴(yán)重，錨杯內(nèi)壁也存在銹蝕現(xiàn)象。在其他斜拉索中，錨頭及錨杯的外觀都比較好，只有錨頭外側(cè)有輕微銹蝕[3]。

4.1.2 防護(hù)罩檢查

在斜拉索防護(hù)罩中注滿發(fā)泡劑，掀開(kāi)64 個(gè)斜拉索上的將軍帽，對(duì)其進(jìn)行檢查：W10 南側(cè)索、W15 南側(cè)索、W16 南側(cè)索、W5 北側(cè)索、W6 北側(cè)索、W15 北側(cè)索和W16 北側(cè)索套筒內(nèi)的發(fā)泡劑被水浸泡，并在索套上鉆了個(gè)洞，且有水從洞里流出，其他斜拉索的套筒內(nèi)發(fā)泡劑干燥。被水浸泡的斜拉索和下錨頭護(hù)罩中有水的情況一樣，這說(shuō)明雨水是從上向下灌入的，這也是下錨頭護(hù)罩出現(xiàn)積水的重要因素。

4.1.3 PE 護(hù)套外觀檢查及索體內(nèi)部缺陷檢查

該項(xiàng)目利用斜拉索探傷機(jī)器人（可360°全景拍攝自由段）對(duì)斜拉索進(jìn)行探傷，并根據(jù)漏磁探傷原理，對(duì)斜拉索內(nèi)高強(qiáng)度鋼索的腐蝕及斷絲情況進(jìn)行無(wú)損探傷。

外觀檢測(cè)結(jié)果表明：8 根斜拉索PE 護(hù)套表面局部存在蜂窩，索號(hào)分別為E10 南側(cè)索、W10 南側(cè)索、W15南側(cè)索、E5 北側(cè)索、W5 北側(cè)索、W6 北側(cè)索、W8 北側(cè)索及W15 北側(cè)索，占斜拉索總數(shù)的12.5%。斜拉索中，有16 條PE 護(hù)套出現(xiàn)了裂紋，占總長(zhǎng)度的25.0%；部分出現(xiàn)的孔洞和裂紋是聚乙烯外套管表面損壞，還沒(méi)有完全穿透聚乙烯外套管[4]。引發(fā)PE 護(hù)套病害的主要因素有：材料運(yùn)輸、施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，聚乙烯護(hù)套材料的老化，以及活荷載的重復(fù)荷載等。

NDT 測(cè)試結(jié)果顯示：7 條斜拉索下錨頭護(hù)罩內(nèi)有水漬的線材沒(méi)有斷絲，線材最大部分的腐蝕速率為1.53%～5.27%。根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/T H21—2011)，該斜拉索鋼索的腐蝕程度為3級(jí)，由此推測(cè)鋼索的表面腐蝕嚴(yán)重，且有一些鐵銹脫落?！冻鞘袠蛄吼B(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ 99—2017)要求，因腐蝕導(dǎo)致鋼索面總損失率大于10%時(shí)需更換索具，目前該橋不符合更換索具要求。

4.2 力學(xué)性能檢測(cè)評(píng)估

4.2.1 索力測(cè)試結(jié)果分析

斜拉索索力超限是影響其使用壽命的一個(gè)重要原因，該項(xiàng)目前期已完成多項(xiàng)索力檢測(cè)，數(shù)據(jù)均顯示，A 橋在靜載狀態(tài)下，拉索強(qiáng)度基本保持穩(wěn)定，其中2022 年拉索實(shí)測(cè)索力與成橋索力偏差在5%以下，占總數(shù)量的82.8%，其中11 條拉索實(shí)測(cè)索力與成橋索力偏差大于5%，下錨頭防護(hù)罩積水嚴(yán)重的7 根斜拉索索力測(cè)試結(jié)果如表1 所示。

表1 下錨頭防護(hù)罩積水嚴(yán)重的7 根斜拉索索力測(cè)試結(jié)果

通過(guò)對(duì)靜載荷下實(shí)測(cè)索力、最不利荷載組合造成的索力增量和對(duì)斜拉索鋼絲腐蝕率的折減進(jìn)行分析，得出全橋斜拉索的最小安全系數(shù)為2.63，因此7 條下錨頭護(hù)罩內(nèi)有較大積水的斜拉索，最小安全系數(shù)為2.77，符合使用期內(nèi)斜拉索的索力安全系數(shù)不小于2.5 的要求[5]

4.2.2 斜拉索減振效果分析

斜拉索對(duì)數(shù)衰減率達(dá)到0.02 以上時(shí)可有效抑制斜拉索的渦激振動(dòng)；對(duì)數(shù)衰減率達(dá)到0.03 以上時(shí)能有效防止斜拉索的風(fēng)雨振；對(duì)數(shù)衰減率達(dá)到0.05 以上時(shí)可防止并排斜拉索的尾流馳振。

抽檢A 橋12 根斜拉索進(jìn)行對(duì)數(shù)衰減率測(cè)試，實(shí)測(cè)值如表2 所示。由表2 可知，除W16 南側(cè)索的對(duì)數(shù)衰減率為0.04 外，其他11 根斜拉索的對(duì)數(shù)衰減率均大于等于0.05，且橋梁建成至今也未出現(xiàn)斜拉索的尾流馳振現(xiàn)象，表明A 橋斜拉索的減振效果較好。

表2 斜拉索對(duì)數(shù)衰減率實(shí)測(cè)值

4.2.3 其他測(cè)試結(jié)果分析

斜拉橋的索力變化與其橋面的線形密切相關(guān)，通過(guò)對(duì)橋面固定觀測(cè)點(diǎn)的觀察，發(fā)現(xiàn)A 橋的橋面線形平穩(wěn)，南北兩個(gè)方向的高差很小，最大的高差只有0.016m，且多年來(lái)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，連續(xù)3 年橋面高程變化量不超過(guò)±1cm，說(shuō)明目前斜拉索的病害尚未引起橋面線形變化。

進(jìn)行外觀檢驗(yàn)時(shí)，在E12 號(hào)北索塔及W2 號(hào)南北索的3 條索塔端錨固區(qū)出現(xiàn)了混凝土裂紋，在加載期間，通過(guò)對(duì)裂紋的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)裂紋的長(zhǎng)度及寬度均無(wú)顯著擴(kuò)大，表明索塔端錨固區(qū)裂紋是一種非結(jié)構(gòu)性裂紋，目前還沒(méi)有對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全性造成威脅。

5 斜拉索修復(fù)

對(duì)于產(chǎn)生較大病害的斜拉索，應(yīng)更換，對(duì)產(chǎn)生較小病害的，應(yīng)采取修補(bǔ)措施。更換斜拉索的原因有兩種，一是斜拉索外部或內(nèi)部出現(xiàn)了嚴(yán)重的損傷（如斜拉索被腐蝕、被汽車(chē)碰撞、被火災(zāi)破壞等）；二是斜拉索的受力能力較差（索力過(guò)大、風(fēng)致振動(dòng)較大等）。

A 橋斜拉索設(shè)置于橋面中線，并安裝了防撞護(hù)欄，自建成以來(lái)未發(fā)生車(chē)輛碰撞、火災(zāi)等事故，因此不需要更換索具，對(duì)已有損傷進(jìn)行修補(bǔ)即可。由于斜拉橋的上、下錨頭無(wú)保護(hù)，且索塔端錨固區(qū)出現(xiàn)了非結(jié)構(gòu)性裂紋，此類(lèi)病害不會(huì)對(duì)斜拉索的安全造成太大影響，但會(huì)嚴(yán)重影響索體的耐久性，因此對(duì)其進(jìn)行上、下錨頭修補(bǔ)，對(duì)斜拉索上下錨頭先進(jìn)行銹蝕處理，再次涂上牛油保護(hù)，最后對(duì)索塔端錨固區(qū)裂縫進(jìn)行注漿加固[6]。

該橋梁共有7 條斜拉索，由于將軍帽處的封口不夠嚴(yán)密，導(dǎo)致斜拉索護(hù)罩中的發(fā)泡劑被水浸濕，護(hù)罩中出現(xiàn)了大量積水，斜拉索下錨頭被腐蝕，這類(lèi)問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重影響斜拉索的安全與耐久性。將7 條斜拉索護(hù)套上的泡沫材料全部清理干凈，干燥后重新填充泡沫材料，然后在護(hù)套上蓋上一層封條，并將護(hù)套上的泡沫材料清理干凈，并使其處于干燥狀態(tài)。對(duì)PE 護(hù)套進(jìn)行修補(bǔ)，部分斜拉索的PE 護(hù)套雖出現(xiàn)孔洞、裂紋，但沒(méi)有穿透PE 護(hù)套。雖然PE 護(hù)套破損并不嚴(yán)重，但其持續(xù)惡化會(huì)直接威脅斜拉索的安全性及耐久性，因此需對(duì)PE 護(hù)套破損部分進(jìn)行修補(bǔ)。

6 結(jié)語(yǔ)

在A 橋斜拉索使用15 年后，對(duì)其外表及內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)其索力、減振效果及橋面線形進(jìn)行分析，結(jié)果表明，該橋斜拉索主要病害為7 根斜拉索將軍帽密封不嚴(yán)，致使下部錨頭防護(hù)罩出現(xiàn)積水，錨頭腐蝕嚴(yán)重。同時(shí)，橋梁部分斜拉索的PE 護(hù)套出現(xiàn)部分蜂窩、裂縫，且內(nèi)纜繩表面出現(xiàn)了腐蝕現(xiàn)象，但由于不影響結(jié)構(gòu)的安全性，因此不需要更換。通過(guò)除銹，對(duì)裂縫進(jìn)行注漿，并對(duì)防護(hù)罩采取更換發(fā)泡劑的方式，取得了良好的修補(bǔ)效果，該項(xiàng)目的成功經(jīng)驗(yàn)可為同類(lèi)養(yǎng)護(hù)工程提供參考。