拱桥吊杆更换后健康检测与诊断

2013-08-06马志华

城市道桥与防洪 2013年4期

马志华

（南通市公路管理处,江苏南通 226001）

0 前言

吊杆作为拱桥关键而又易损的构件，由于在运输或施工过程中的损伤或使用过程中的老化、镀锌钢丝腐蚀、开裂、断丝等原因，相当一部分在拱桥建成后不久便出现严重损伤，有的不得不提前维修或更换，甚至极个别断裂导致桥梁倒塌。在目前发现的拱桥病害中，吊杆病害占绝大部分。例如1999年重庆綦江彩虹桥吊杆断裂损毁、2001年四川宜宾南门大桥短吊杆断裂及局部桥面垮塌、2007年江苏省常州运村运河大桥坍塌、2011年福建省武夷山公馆大桥桥面垮塌、2011年新疆维吾尔自治区库尔勒市孔雀河大桥短吊杆断裂及局部桥面垮塌等等[1-4]。严峻的事实使得桥梁工作者尤其学术界对柔性吊杆拱桥的安全性问题愈来愈重视。从已有毁桥事故或吊杆更换的现象看，柔性吊杆拱桥桥面坍垮或吊杆更换的起因大多是运营阶段吊杆断裂或功能严重退化。但是，目前从业人员对柔性吊杆的潜在危险或关键性病害尚缺乏行之有效的检测手段与评价标准，对其损伤退化行为尚缺乏足够深刻的认识。

为进一步了解和掌握退役吊杆的实际服役状况，把握柔性吊杆乃至拱桥结构的安全性、耐久性，本文选取南通市某拱桥更换后的柔性吊杆，对其索体和锚头进行了详细的外观检查和试验室检测（护套和锚头剖开）。掌握了吊杆索体和锚头的实际服役状况，获取了柔性吊杆拱桥常见病害类型，为拱桥柔性吊杆的养护、更换及维修加固措施提供了技术依据。

1 工程概况

研究对象为主跨70 m的钢管混凝土系杆拱桥。桥宽17.2 m，矢跨比为1：5，拱轴线为抛物线。上部结构由哑铃形钢管混凝土拱肋、横向风撑、平行钢丝束吊杆、预应力混凝土系杆与横梁、桥面板组成。哑铃形钢管混凝土拱肋由两个φ700×10mm钢管和10 mm厚缀板连接而成，内灌40号微膨胀混凝土。风撑由两个K撑和两个一字撑组成，风撑钢管采用φ900×12 mm钢管。吊杆由91丝φ5平行钢丝束组成，间距4m。桥面系采用纵横梁格上铺桥面板体系，纵横梁格由系杆和横梁形成。下部结构桥台按空腹式轻型桥台设计，桩基础采用直径1200 mm钻孔灌注桩。汽车荷载等级：汽-20级，挂-100，双向4车道。大桥总体布置如图1所示。

图1 某钢管混凝土系杆拱桥总体布置实景

2 外观检查

选取大桥技术状况劣化较严重的2#、4#、9#和10#吊杆为调查试件，重点查清吊杆护套、内部钢丝及锚头表观状况。

2.1 2#吊杆检查结果

2#吊杆外观检查的结果表明：吊杆下锚头技术状况劣化，锚杯外螺纹、锚帽轻锈蚀，表面出现成片红色锈斑，锚杯内环氧树脂保护层局部破损；上锚头、护套表观状况良好，索体下段（与下锚头连接）护套表面有刮痕。检查结果如图2所示。

图2 2#吊杆下锚头锚杯外螺纹、锚帽锈蚀，表面出现成片红色锈斑，护套表面刮痕实景

2.2 4#吊杆检查结果

4#吊杆外观检查的结果表明：吊杆上、下锚头技术状况劣化，锚杯外螺纹、锚帽、连接杆锈蚀，表面被黄色锈斑覆盖；索体表观状况劣化较严重，索体上段表面坑洞、刮痕，露出内层黑色HDPE，下段护套局部有较深刮痕。检查结果如图3所示。

图3 4#吊杆上、下锚头锚杯锈蚀，表面被黄色锈斑覆盖，护套表面坑洞、较深刮痕实景

2.3 9#吊杆检查结果

9#吊杆外观检查的结果表明：吊杆上、下锚头技术状况劣化，锚杯外螺纹、锚帽、连接杆锈蚀，有黄色锈斑；锚杯内环氧树脂保护层破损、钢丝墩头锈蚀；索体下段护套局部有刮痕。检查结果如图4所示。

图4 9#吊杆上、下锚头锈蚀，有黄色锈斑，锚杯内环氧树脂保护层破损、钢丝墩头锈蚀，护套刮痕实景

2.4 10#吊杆检查结果

10#吊杆外观检查的结果表明：吊杆下锚头技术状况劣化，锚杯外螺纹、锚帽、连接杆锈蚀，表面被黄色锈斑覆盖；锚杯内环氧树脂保护层局部破损；索体下段护套局部有刮痕，护套和连接杆处有间隙，露出黑色HDPE。检查结果如图5所示。

图5 10#吊杆下锚头锈蚀，有黄色锈斑，护套和连接杆处有间隙，露出黑色HDPE实景

3 试验室检测

经过外观检查的吊杆，为进一步了解索体内钢丝的锈蚀状况、锚杯内钢丝和环氧填充料的结合情况，掌握吊杆的健康状况，将其中锈蚀较严重的4根吊杆及锚头送至浦江缆索厂进行了深入的检测。重点打开了2#吊杆上锚头，4#吊杆上、下锚头，9#吊杆下锚头。重点查清锚头及护套内部是否积水或冷凝水，钢丝（索体及锚头内部）是否存在锈蚀、开裂、断丝、脱锚，环氧填充料是否密实、有无锈斑残留。

3.1 2#吊杆检测结果

试验室检测结果表明：上锚头及护套内有冷凝水；锚杯内表面轻微锈蚀，环氧铁珠浇注体不密实，表面有蜂窝及锈斑残留，锚杯内钢丝完好；索体内钢丝镀锌层轻微锈蚀，表面出现白色锌粉。检查结果如图6所示。

图6 2#吊杆锚头及护套内有冷凝水，环氧铁珠表面有蜂窝及锈斑残留，钢丝镀锌层轻微锈蚀，出现白色锌粉实景

3.2 4#吊杆检测结果

试验室检测结果表明：上、下锚头及护套内均有冷凝水；锚杯内表面有深色锈斑，分丝板锈蚀，表面被深色铁锈覆盖，环氧铁珠浇注体表面有蜂窝及锈斑残留；索体上段护套内钢丝表面有白色斑点，表面镀锌层轻微锈蚀；索体下段护套内钢丝表面覆满白色锌粉，局部出现黄色锈斑，但按钢丝锈蚀的分级标准，锈蚀程度为II级，对钢丝力学性能影响较小。检查结果如图7所示。

图7 4#吊杆锚杯内表面有深色锈斑，分丝板锈蚀，索体下段护套内钢丝表面覆满白色锌粉，局部出现黄色锈斑实景

3.3 9#吊杆检查结果

试验室检测结果表明：上锚头及护套内均有冷凝水；锚杯内表面及钢丝墩头锈蚀，有黄色锈斑；锚杯内钢丝完好，护套内钢丝表面覆满白色锌粉，部分钢丝表面颜色变暗。检查结果如图8所示。

图8 9#吊杆锚杯内表面及钢丝墩头锈蚀，有黄色锈斑，护套内钢丝表面覆满白色锌粉，部分钢丝表面颜色变暗实景

3.4 锈蚀钢丝含锌量测试

为了解护套内钢丝表面镀锌层的锈蚀程度，从锈蚀钢丝中选取了锈蚀较为严重的三根进行了含锌量测试，测试现场如图9所示。测试结果如表1所列。根据《斜拉桥热挤聚乙烯高强钢丝拉索技术条件》（GB/T18365-2001）规定[5]，钢丝单位面积镀锌重量应不小于300 g/m2，一般在300 g/m2～350 g/m2之间。由表1可知：3个试验样本的镀锌层含量在313 g/m2～347 g/m2之间，所以钢丝镀锌层仅轻微锈蚀，而钢丝基体没有发生锈蚀，钢丝力学性能不受影响。