浅谈下承式钢管混凝土拱桥常见病害原因分析及处理

2018-07-04王学敏

福建交通科技 2018年3期

■王学敏

（泉州台商投资区市政管理有限责任公司，泉州 362124）

0 前言

钢管系杆拱桥是一种特殊形式的拱桥，具有拱桥的一般特征，又有自身的独有特点。它是一种集拱与梁的优点于一身的桥型，它将拱与梁两种基本结构形式组合在一起，共同承受荷载，充分发挥梁受弯、拱受压的结构性能和组合作用。其在两拱脚间设置水平系杆，用以平衡拱脚水平分力，而使基础不受水平推力或受推力较小。与通常的拱桥和梁桥相比，有地基适应性强、结构受力合理、用料省、建筑高度低、施工方法多、造型美观等方面的优势，是生命力较强的一种结构形式。

1 工程项目概况

百崎湖大桥系由主桥和引桥组成的两幅桥，总长488m。主桥上部构造采用下承式钢管混凝土系杆拱，拱墩固结，桥跨布设成（51+80+51）m。引桥上部构造采用预应力砼连续箱梁，通过现浇连续接头及张拉负弯矩钢束形成连续体系，桥跨布设成一联5×30m。主桥与引桥之间设有伸缩量D-160型伸缩缝，两桥台处设有K-80型伸缩缝，主墩处拱内侧设有伸缩量K-40型伸缩缝。该桥于2005年11月开工，2007年11月底竣工通车。

引桥桥墩采用Φ140cm钢筋砼三柱式墩身，Φ150cm钢筋砼钻孔灌注桩基础；两岸桥台为肋式台，钻孔灌注桩基础。主桥桥墩采用薄壁门式框架墩，Φ200cm钢筋砼钻孔灌注桩基础。

设计荷载：汽车-超20，验算荷载：挂车-120；设计洪水频率：大桥1/100；地震基本烈度：Ⅶ度，按Ⅶ度设防；通航标准：考虑通航小型游艇。大桥现场实拍见图1和图2所示，结构示意图见图3。

图1 百崎湖大桥立面图

图2 百崎湖大桥正面图

2 病害现状

经检测，百崎湖大桥上部结构目前存在的主要病害如下：

（1）采用敲击法对钢管混凝土拱肋密实性进行检查，主要病害有：南、北幅桥拱肋上下弦管的顶部及侧壁混凝土均存在脱空现象；拱肋弦管、腹板多处出现锈蚀、漆皮剥落。

（2）全桥多根拱肋横撑多处出现局部锈蚀。

图3 百崎湖大桥主桥结构示意图（单位：cm）

（3）多道加劲纵梁出现露筋、混凝土不密实及混凝土缺失等现象，其中病害较多出现在现浇段。

（4）各拱脚处钢箱牛腿均出现不同程度的表面油漆变色、起皮、剥落，钢构件表面锈蚀等现象。

（5）各系杆、系杆锚头均基本完好、未发现锈蚀，而各处系杆锚头保护罩均出现漏油、锈蚀等现象。

（6）全桥部分吊杆上锚头处出现保护罩内防腐油脂部分渗漏、上保护罩表面锈蚀现象，但各保护罩内防腐油脂仍完全覆盖上张拉端锚杯；大部分吊杆出现吊杆上预埋管内防腐油脂渗漏（见图4）、吊杆与桥面交接处防水罩锈蚀，6根吊杆表面出现开裂；各吊杆下锚头均出现防腐油脂渗漏、保护罩内积水及预埋件锈蚀现象，张拉端锚杯及内部拉索均完好、未发现锈迹。

（7）全桥共两道横梁出现病害。

图4 吊杆上预埋管内防腐油脂渗漏

3 病害原因分析

3.1 拱肋、拱肋横撑锈蚀、漆皮剥落等病害

引起油漆脱落的原因较多，下面主要从四个方面进行探讨：

（1）油漆的性能与质量

防锈漆和防污漆两种性质不同的涂料，所起的保护作用不同。

（2）钢材表面处理程度

钢材表面处理包括清除钢材表面的污垢、油脂、铁锈、氧化皮焊渣、已失效旧漆膜。据有关单位研究，油漆的附着力75%决定于钢材表面的处理程度。中小型钢材表面处理一般采用喷砂除锈、手工和机械打磨清理的方法。喷砂除锈应用铁砂、黄砂等为磨料，其较合适的粒径为通过18目至40目。手工和机械打磨清理采用手工和动力工具除锈，应首先铲除较厚的锈蚀层，并清除油脂和污垢，再清除钢材表面的浮灰和碎屑等污物。

（3）环境因素

环境（温度、湿度的影响）与油漆的质量有密切的关系。最理想的作业环境应在干燥天气（相对湿度低于85%）、气温在5～250C下进行。在烈日、雨天、潮湿天气下严禁施工，涂刷应在露水干后、太阳未落之前的时间段进行。当相对湿度超过85%后，钢材表面会产生水分而凝聚，不但使刚除锈清洁的钢材表面很快重新生锈，降低油漆的附着力，而且对已涂过的底漆，也会降低面漆的附着力。当温度超过350C，由于溶剂和稀释剂的挥发太快，膜层表面很快地结成一层薄的干皮，形成一个封闭层，使下面涂料中的溶剂不能完全挥发，这样会出现皱皮、起泡、起小孔、涂层表面不平滑等现象。

（4）施工工艺因素

漆膜的厚度决定了油漆的抗电位和防水渗透能力大小，在油漆施工中应随时使用漆膜测厚仪测定膜的厚度，确保漆膜的一定厚度。而漆膜的厚度受到施工工艺（施工方法、涂漆度数等）、油漆的型号、环境等诸多因素的影响，但主要还是施工工艺更为关键。

3.2 加劲纵梁露筋、混凝土不密实及缺失等病害

露筋产生的原因主要是混凝土浇筑时垫块发生了位移，钢筋贴近模板，以致混凝土保护层厚度不够所造成。有时也因混凝土振捣不密实或模板湿润不够，吸水过多造成掉角而露筋。

3.3 主桥吊杆病害

吊杆损伤发生的部位包括吊杆杆身和锚头，一般锚头比吊杆杆身损伤严重，下锚头比上锚头严重。损伤的形式包括吊杆滑丝、断丝、锈蚀、断裂、锚头锈蚀、局部承压板锈蚀等。吊杆发生锈蚀的原因主要有以下两点：

（1）吊杆暴露在大气环境中，雨水和车辆尾气的侵蚀将导致吊杆的锈蚀。由于防水罩失效，雨水会顺着吊杆聚集至下预埋管处，致使钢丝和锚头长期处于潮湿状态，从而出现锈蚀。另外，在长期行车荷载作用下，吊杆产生振动，使得吊杆内填充物容易脱落，产生防腐油脂渗漏现象，还会造成减震器松动。

（2）吊杆不仅承受桥面系永久荷载和温度荷载的影响，还因为受到桥面车辆活载的反复冲击作用而处于疲劳受力状态，在此状态下吊杆易发生应力腐蚀。应力腐蚀对钢筋危害很大，这是一种腐蚀介质和拉应力共同作用下钢筋产生晶间或穿晶断裂的现象。腐蚀介质、钢材应力水平和钢材材质情况是影响钢材应力腐蚀严重程度的主要因素。

4 病害修复措施

根据病害现状及成因分析，各病害的修复处理措施如下：

（1）对于南、北幅桥拱肋上下弦管的顶部及侧壁混凝土均存在脱空病害的现象，因本工程静动载试验检测结果合格，故建议暂不进行处理。

（2）对于拱肋弦管、腹板多处出现锈蚀、漆皮剥落，以及全桥多根拱肋横撑多处局部锈蚀病害，建议进行除锈后重新涂装修复。

（3）对于加劲纵梁出现露筋、混凝土不密实及混凝土缺失现象，可凿除疏松混凝土至密实部位，对钢筋除锈后采用高强聚合物砂浆修复处理。

（4）对拱脚处钢箱牛腿出现不同程度的表面油漆变色起皮、剥落，钢构件表面锈蚀的现象，采用除锈后重新涂装的处理方案。

（5）对系杆锚头保护罩出现漏油、锈蚀等现象，需打开保护罩，清理锚头，在锚头表面喷涂氨基阻锈剂（质量指标见表1，使用后的各检验指标见表2），然后涂抹专用防腐建筑油脂进行防护，最后重新焊接封锚钢板，喷涂专用防腐漆。

（6）对吊杆上锚头处出现保护罩内防腐油脂部分渗漏、上保护罩表面锈蚀现象，可参照系杆及锚具的修复措施。

对吊杆出现上预埋管内防腐油脂渗漏病害，拆除旧减震块，清理上预埋管油污，上端预埋管内填充防腐聚氨酯后重新安装新的减震块；对吊杆与桥面交接处防水罩锈蚀，进行除锈处理后重新涂装修复，对6根吊杆表面出现开裂等病害，将吊杆PE开裂处做清创、防腐，采用氨基阻锈剂对外露钢丝进行防腐处理，清洁整根拉索PE表面，用热收缩PE从下至上整体缠包，加热成形，对缠包PE的上端采用专用热塑焊机进行封闭防水处理。

表1 喷涂型阻锈迹的质量指标

表2 采用喷涂型阻锈剂后的检验指标

对吊杆下头出现防腐油脂渗漏、保护罩内积水及预埋件锈蚀等现象，建议在下锚头保护罩下端面开排水孔，采用真空泵将积水排尽，利用排水孔，内部干燥处理，拆掉旧保护罩，清理油污，并用有机溶剂进行清洗，在锚头喷涂氨基阻锈剂，表面涂抹专用防腐建筑油脂，要求厚度不小于2mm，安装新保护罩。该施工措施的现场照片见图 5～7所示。