悬索桥定期检测与养护实例研究

肖 辉，吴 刚

(1．重庆交通大学 土木建筑学院，重庆 400074；2．安徽省交通规划设计研究院,安徽 合肥 230088)

悬索桥因其强大的跨越能力和杰出的景观效果得到了众多的青睐，早在20世纪70年代，国内陆续修建了一批跨径在100 m左右的悬索桥，主要用于旅游风景区、交通不便的山区以及一些特殊工程中，但限于当时主缆材料的品质和荷载标准，这类悬索桥存在着变形较大、钢构件容易锈蚀、承载潜力低等问题.悬索桥上的缆索，由于长年使用和所处环境的影响，经常发生腐蚀和钢丝破断等损伤.轻度损伤虽不会影响桥梁的使用性能，但损伤若进一步扩大，发展至最坏的情况，可能会导致桥梁坍塌[1].基于安全运营、超载或提高荷载等级等方面的考虑，这类悬索桥的检测和评估便成为一个十分突出、亟待研究解决的课题.

本文通过对四川省攀枝花市锦屏电站印把子沟跨线桥的定期检测，从桥梁外观、桥面线形、吊杆长度、主塔偏位、主缆及吊杆的自振频率等方面对该桥做了较为全面的检测和性能评估，并对其运营管理及养护提出了建议.

1 印把子沟跨线桥简介

图1 印把子沟跨线桥桥面图Fig.1 Yibazi bridge deck figure

四川省攀枝花市锦屏电站印把子沟跨线桥为主跨120 m的单跨悬索桥，是为满足锦屏二级引水隧洞和进水口施工而设置的施工临时桥.桥面净宽为4.5 m+0.75 m×2，使用年限为9 ɑ，主缆跨中设计高程为(基准温度20 ℃)1 659.1 m，左右岸塔柱顶部主缆高程为1 671.1 m，左岸散索点高程为1 657.7 m;右岸散索点高程为1 668.9 m，左右两岸后锚砼面到散索点距离为8 m，桥面跨中高程为1 657.4 m.工程于2005年4月29日开工,2006年1月10日完工.

设计荷载：汽-54级、挂-80级，仅通行一辆重车，不叠加人群荷载.

图2 印把子沟跨线桥立面图Fig.2 Yibazi bridge elevation

2 桥梁的定期检测

2.1 检测目的

为保证桥梁处于完好的技术状态，提高其服务水平并延长使用年限，需对桥梁进行定期的检查和评定，即通过对桥梁结构各部件所存在的缺损状况进行全面、细致、深入的现场检查，查明其缺陷或潜在病害的性质、所在部位、严重程度及发展趋势，弄清缺损产生的原因，尤其对病害较严重的部件的技术状态和安全状态作出特别说明，并结合结构材料的缺损状况、结构的整体性能和功能状况进行评估，还要建立养护档案，提出后续的养护和维修建议[2].

2.2 检测内容

桥梁外观检测：以桥检车作为辅助平台并利用多种先进检测设备，根据JTJH 11—2004《公路桥涵养护规范》[3]及其他现行的有关规范、标准，对桥梁工程进行全面细致的外观质量检查，对各类外观缺陷与病害作相关标注、测量并详细记录.

主要检查内容包括桥面构造的检查(人行道栏杆是否松动、开裂、锈蚀、破损，桥面钢板是否变形、断裂，排水系统是否堵塞，台背填土有无沉降或挤压隆起，台背路面有无下沉，伸缩缝有无破损)；检查索塔高程、塔柱倾斜度、桥面高程及梁体纵向位移时是否有异常变位；检测索体的振动频率、索力有无异常变化；检查主梁或加劲梁；检查锚碇及锚杆有无异常的拔动；检查锚头、散索鞍有无锈蚀破损，锚室有无开裂、变形、积水；检查主缆、吊杆的表面防护是否完好；检查索鞍是否有异常的错位、卡死、辊轴歪斜，构件是否有锈蚀、破损，主缆索跨过索鞍部分是否有挤扁现象；检查吊杆上端与主缆索的索夹是否有松动、移位和破损，下端与梁连接的螺栓有无松动；检查索塔的爬梯是否完好.

桥梁实体检测采用钢尺、全站仪等设备，对桥面线形、主缆线形、吊杆长度、主塔偏位进行全面检测，量测桥长、桥宽；采用美国动态信号分析系统DP240测试主缆及吊杆的自振频率，并对测试结果作出记录；测量伸缩缝.

2.3 桥梁外观检测

2.3.1 桥面及附属工程

本桥桥面钢板焊缝局部开裂；桥面栏杆基本完好、无明显锈蚀现象.

2.3.2 主缆及吊杆

检查吊索系统是否遭受腐蚀，特别容易引起腐蚀的部位有索夹锥体铸块内、大螺杆与加劲梁间的间隙内(不便涂漆且会沿缝渗水)、十字撑与吊索连接部位等，对这些部位应特别仔细检查.此外，还应检查吊索有无倾斜、各紧固件是否松动.

经检查，本桥吊杆完好、无明显变形；吊杆与主缆连接的索夹无松动；主缆防护套老化破损部位较多，主缆钢丝绳开始锈蚀.

2.3.3 主梁

本桥桥面下钢板连接处的加筋螺栓有松动的情况；钢梁系防腐涂装完好，无明显锈蚀现象.

2.3.4 鞍座

本桥鞍座无明显变位，鞍座上部分螺帽缺失；鞍座部分螺栓松动、脱落，开始锈蚀；鞍座上面主缆锚固件开始锈蚀；鞍座紧索块件开始锈蚀.

2.3.5 锚碇

本桥主缆与锚碇连接件工作正常，有轻微锈蚀现象；主缆锚碇完好，无变位现象；拉索与桥台锚碇处有建筑垃圾；索塔检查爬梯有变形.

2.3.6 下部结构

本桥2号桥台处支座橡胶板缺失；重车过桥时主梁纵向移动较明显；右岸桥台护壁局部有垮塌；左岸主墩有冲刷现象；桥上两重车同时过桥现象时有发生.

2.4 工程实体检测

2.4.1 主要结构尺寸(见表1)

表1 主要结构尺寸汇总表Tab.1 The main structure size summary form m

2.4.2 全站仪线性测量

(1)吊杆长度测量

采用高精度全站仪免棱镜测量各吊杆上下端钢销中心坐标，上端销坐标可推算主缆线形.吊杆上下端销中心长度见表2.

表2 吊杆长度实测值Tab.2 The measured length of hanger m

(2)塔偏位测量

塔顶在四角立棱镜，采用全站仪测量其坐标点，塔下端采用免棱镜测量角点坐标，塔偏位列于表3中.左岸上游塔柱有明显纵向偏位(偏跨中倾斜)，下游塔柱无明显偏位，塔顶平面有纵向错动约7cm；右岸上游塔柱、下游塔柱均无明显偏位，见表3.

表3 塔偏位测量值Tab.3 Tower partial level measurement value m

(3)桥面线形

采用全站仪测量桥中线线形，分别测量左岸塔处、跨中、右塔处3个点的坐标(见表4)，左塔处桥面与跨中高差值为0.128 m，右塔处桥面与跨中高差值为0.084 m，表明跨中桥面比理论标高下沉约0.1 m.

表4 桥面中线线形测量Tab.4 Bridge deck midline linear measurement m

(4)主缆线形测量

采用全站仪免棱镜测量各吊杆上端钢销中心坐标，加上索夹高度，即为主缆中心高程，塔顶索鞍处直接测量中跨、边跨主缆中线交汇点坐标(见表5).上游实测矢高为12.081 m，下游实测矢高为12.114 m，设计矢高为12 m，上游主缆下垂8.1 cm，下游主缆下垂11.4 cm.

表5 主缆线形Tab.5 The cable form m

2.4.3 桥梁自振频率测试

通过现场测量主缆的固有频率，使用振动弦理论计算索力.

(1)主缆自振频率测试

左岸边跨上游主缆的自振频率为3.112 5 Hz，左岸边跨下游主缆的自振频率为3.05 Hz；右岸边跨上游主缆的自振频率为3.416 Hz，右岸边跨下游主缆的自振频率为3.35 Hz.

由于吊杆的约束影响，主缆中跨的自振倍频关系不明显.

(2)桥面振动测试

桥面的自振频率为1.465 Hz.

(3)吊杆自振频率测试

由于吊杆较短，刚度相对较大，弦振动的倍频关系不太明显，推算的拉力误差较大，仅做分析参考.

3 桥梁的技术状况评定

表6 桥梁技术状况评定表Tab.6 Evaluation table of the bridge technical status

4 结论

桥梁综合评定得分为60.1，桥梁综合评定等级为二类，但综合评分接近三类，需要进行中修，加强养护.

5 分析及建议

(1)依据桥面实测线形分析，中跨比理论标高下沉约10 cm；依据主缆实测线形分析，上游主缆下垂8.1 cm，下游主缆下垂11.4 cm，建议由设计单位验算是否需要调紧索.

(2)在悬索桥主缆中出现的破坏钢丝束和钢丝束延性的丧失尤其受到关注，它们表明主缆的强度损失率远远大于仅由钢丝束横截面面积损失推出的破坏率，也表明了假设钢丝束材料为完全延性，通过累加所有钢丝束的强度来计算主缆强度的计算方法通常过高地估计了桥梁的安全度.尽管短期强度可以证明这种方法的正确性，但对于钢丝束的长期耐久性来说是不够的.

悬索桥主缆主要的劣化有电气化学腐蚀导致的截面变小、鼓丝导致的磨损及表面裂纹，如这些劣化继续，将导致钢丝破断.

①腐蚀

主缆腐蚀是由于接触水和空气后形成腐蚀电极所导致的.悬索桥易腐蚀的部位有主缆的锚固部位附近、主缆缆体下侧、排水不通畅的部位(主缆的内部、索箍、压力环等).腐蚀将导致缆索的截面变小，直接导致主缆的强度降低，放任腐蚀的话，最坏的情况就是桥梁坍塌.应该对桥梁定期进行检测，准确评估其安全性，根据需要进行维修加固，可在制索阶段进行适当的防腐处理，现场填充主缆间的空隙并对表面采取防腐蚀的涂装.本悬索桥实施了更为合理的防腐蚀措施，采用了往主缆内送入干燥空气的送气干燥系统.

②鼓丝

鼓丝就是振幅极小的丝股间的相对滑动，但由于反复进行，接触的构件相互摩擦，导致磨损或表面产生裂纹，进而影响构件的耐久性.本悬索桥主缆单根索股内的钢丝相对位移、邻接的索股间接触部位的相对位移及缆索和固定部位(缆索插口、散索鞍、索鞍、索箍等)间位移造成鼓丝，这些位移是由于活荷载、风荷载等引起的振动及应力的变化所导致的.

本桥主缆防护套已老化破损，主缆钢丝绳开始锈蚀，建议立即更换主缆防护套，防止主缆继续锈蚀，确保其耐久性.

(3)主梁端部原设计的板式橡胶支座已破损脱落，重车过桥时主梁纵横飘动，应予更换或增设支座；安设支座时需进行超垫，避免桥端脱空.

(4)对主梁底部螺栓逐一检查拧紧.

(5)对鞍座及锚碇处连接件的锈蚀部分应予以防护处理，及时除锈，涂刷防锈漆和防锈保护膏.

(6)右岸主塔为浅基础，其外壁距支座基础边缘仅5 m左右，右岸桥台护壁有局部垮塌现象，建议进行支护处理.

(7)左岸主塔桩基有冲刷现象，洪水期致使主塔横向摆动，建议抛填块石护桩，在桩顶上部主塔的上下游两柱之间增设交叉式钢支撑.

(8)桥上两重车同时过桥现象时有发生，根据JTG/TJ 22—2008《公路桥梁加固设计规范》[4]建议悬索桥主缆不宜更换或加强，主缆或锚碇承载能力不足时可降低荷载等级使用.由于本桥的设计标准为仅通行一辆重车，为保证桥梁的正常使用，要控制同时只能有一辆重车通行.

参考文献：

[1] 刘海燕，陈开利．悬索桥主缆的检测与加固技术[J]．桥梁检测与加固，2009(2)：38-39．

[2] 印把子沟跨线桥定期检查检测报告[R].安徽省交通规划设计研究院工程测试中心，2010.

[3] JTGH 11—2004.公路桥涵养护规范[S].2004.

[4] JTG/TJ 22—2008.公路桥梁加固设计规范[S]．2008.