某钢管混凝土拱桥缺陷分析及加固建议

陶东阳

摘要：钢管混凝土拱桥在我国发展迅速，但存在的问题也逐渐显现。某钢管混凝土系杆拱桥在检测后发现该桥存在钢管脱空、吊杆锈蚀、锚头锈蚀等常见病害以及主粱振动、刚度不足等动力缺陷。依据检测结果，结合相关规范，对该桥提出加固建议，为以后钢管混凝土拱桥的检测与加固提供依据。

关键词：钢管混凝土；拱桥；缺陷；处治

1前言

据不完全统计，从1990年在四川建成旺苍东河大桥第一座钢管混凝土拱桥开始截至目前，我国已经建成的各类此类拱桥已超过330多座，我国已经成为世界上建造钢管混凝土拱桥最多的国家。但由于早期修建钢管混凝土拱桥时缺乏统一的设计、施工等规范，计算理论的不成熟以及交通量的增加导致这些拱桥的病害已经显现。笔者通过结合相关工程实例，并对某钢管凝土拱桥的病害和动力缺陷进行分析，为该类钢管混凝土拱桥的加固设计和安全评估提供一定的依据。

2钢管混凝土拱桥概况

某连续多跨钢管混凝土拱桥是一座五孔中承式钢管混凝土系杆拱桥，主拱拱肋共设置三道，截面形式采用哑铃型，横撑采用x形或直钢管，跨径形式为（30+3*80+30）m。大桥下部构造拱座、承台采用钢筋混凝土，承台顶面设四棱台拱座，横向做成整体式，每个承台下设钻孔灌注桩，分隔墩采用柱式墩，盖梁做成整体式。桥面形式为双向四车道，宽度26.0m，设计荷载为公路—I级，并于2008年8月建成通车，至今已运营9年。

3主要病害结果

3.1主拱圈、横向连接系缺陷

经检查该桥拱肋多处锚头正上方拱肋处焊缝开裂，拱肋焊缝局部开裂，拱肋及拱肋横撑表面涂层掉落，局部拱肋灌注混凝土不密实，管内脱空，其中多处脱空严重。

钢管混凝土只有在钢管与管内混凝土紧密结合起来才能够发挥其优越性，然而，由于两种材料的性质的不同，再加上施工工艺的缺陷，导致管内混凝土易于与钢管产生脱空、空洞等病害。钢管混凝土拱桥普遍存在脱空的现象，而且脱空对钢管混凝土拱桥会产生很大的影响，甚至直接威胁拱肋的承载力、刚度以及稳定性特性。

3.2槽形板缺陷

检查中发现整体桥面板性能良好，尚能满足使用要求。但在检查中发现在该桥的横梁顶部桥面设置伸缩缝位置，桥面晃动明显，桥面板与横梁拍击现象比较严重，槽形板与横梁拍击位置有不同程度的破损。

3.3支座缺陷

该桥上次大修时在伸缩缝处横梁上所设置的板式支座出现大面积缺失、脱空等他病害。产生这类病害的原因主要是，由于横梁处桥面槽形板切开后，飞燕及拱上立柱为主梁提供的刚度显著下降，造成主桥横向一阶振动频率降低，伸缩缝位置桥面板晃动明显，造成较多的支座脱空和缺失病害。

3.4拱座缺陷

检查中，使用裂缝测宽仪和钢卷尺检测后发现该桥存在拱座修补后开裂现象，同时拱座存在横向裂缝、竖向裂缝、斜向裂缝等病害。这些裂缝大多数宽度小于0.15mm，且大部分位于外侧。分析成因，主要是由于大体积混凝土施工浇筑时，产生大量水化热，混凝土降温不均匀导致裂缝产生。在温度作用下，钢管与混凝土变形不协调导致。拱肋集中力导致混凝土表面局部应力过大产生裂缝。

3.5桥梁动力缺陷

该桥梁原设计为主梁采用刚性系杆，墩梁固结的飞燕三角区域给全桥提供了极大的整体刚度。2009年经过大修以后，主梁被切割、设置3道伸缩缝，飞燕三角区域为主梁提供的刚度丧失，造成刚度下降。同时，原短立柱对桥梁的横向和竖向约束均被解除，造成主梁横向和竖向刚度的严重下降。桥梁切割后的第一阶振型为主梁反对称横飘，理论计算频率为0.221Hz，与实测的0.194H z较为接近，基频降低50%以上，桥梁动力刚度严重下降。

4加固建议

根据该桥的病害情况，可以采取一下加固措施：对钢管混凝土内脱空位置进行钻孔、灌浆处治：对主拱圈表层防护涂层脱落位置进行修补；吊杆下锚头重新灌注防腐油脂至饱满，吊杆不锈钢套管焊缝开裂位置进行焊接，并注浆至饱满：更换脱空、缺失支座：对拱座、横梁等裂缝，根据规范采用裂缝灌注胶或环氧砂浆进行封闭；选择合理的加固方式对桥梁进行加固，解决桥梁主梁横向一阶频率过低、槽形板与横梁拍击、桥面晃动明显等病害。

4.1主桥主拱肋钢管脱空病害处治

对主拱肋顶面部分钢管内不密实部位长度≥2m、宽度≥30cm的主拱脱空位置进行处理。通过在管内脱空段按1m左右间距钻孔，清理钢管内空洞区域，在孔中插入长约100mm钢管作注浆管，用环氧树脂胶封口固定，进行注浆处理。待标高较高孔浆体流出后，继续压浆至所溢出的浆体流速流畅及稳定时，停止注浆。灌浆料固化3d后，应用超声波及人工敲击检测效果。脱空部分填充饱满后，对注浆孔进行焊接处理，并打磨平整。

主拱肋脱空处理完成后，对主拱肋进行防腐涂装。

4.2混凝土裂缝处治

对该桥主梁、拱座以及横梁等混凝土构件的裂缝，可以通过裂缝封闭或灌浆进行处治。对于宽度<0.15mm的裂缝，采用环氧砂浆对其进行表面进行封闭处理。对于宽度≥0.15mm的裂缝，采用压力灌注环氧树脂法进行修补。裂缝处治完成后，涂刷混凝土防腐蚀耐久性弹性涂层。

4.3主梁动力缺陷处治

根据检测结果可以得知，造成伸缩缝处槽形板与横梁拍击，支座缺失、脱空以及主梁晃动的主要原因是因为主梁的一阶频率过低。由于在2009年进行大修时，由于增加了切缝数量，桥面板的整体性大大降低，当有重型车辆经过桥面时，主梁晃動明显，从而导致一系列新的病害。同时，原短立柱对桥梁的横向和竖向约束均被解除，造成梁横向和竖向刚度主的严重下降。可以通过新调整主梁切割位置，并减少切缝的数量，增强桥面板的整体性，以提高桥梁结构的横向和竖向基频，改善目前的动力刚度不足问题。

结语垓桥在运营9年以后，出现了一系列的静力和动力缺陷。根据检测结果，分析产生病害的原因，在考虑静力加固的同时，不能忽略了对动力方面的考虑，采用静力与动力加固相结合的方式，可以有效解决这些缺陷。