浅析系杆拱桥锚头锈蚀渗水原因与防护处理

唐 堂，吴高杰，郝曙光

(中设设计集团股份有限公司，南京 210014)

系杆拱桥凭借着造型优美、造价低、便于施工、跨越能力强等优势在我国交通工程领域，特别是在公路交通和城市交通中得到大力发展[1]。早期受技术条件的限制，国内在系杆拱桥锚头防水防腐设计、锚固工艺和施工工艺方面考虑不周，施工质量较为粗糙，现场监管不严，随着运营时间的增长，上述因素会造成吊杆锚头渗水锈蚀、钢丝束松弛等病害[2]。随着国民经济的持续发展，部分桥梁的实际车流量和汽车载重远超设计标准，增加了吊杆断裂、断丝和钢铰线夹片脱落的可能性，严重危及到桥梁的运营安全，甚至会造成灾难性事故。

近年来，更换吊杆的系杆拱桥越来越多，但工程费用较高。为延长使用寿命，定期对锚头进行专项检查与维修防护很有必要。根据系杆拱桥的结构特点，吊杆上锚头一般距离桥面较高，下锚头在河流上方，此类桥型亦基本不设置检修平台，所以，目前行业内基本通过搭设支架检查边侧锚头，利用桥检车、吊车或登高车检查中间较高处的锚头[3]。对于系杆拱桥锚头的检查，常规方法是采用工具将封锚混凝土凿除或将封锚钢板切割，检查完用混凝土封堵或者重新焊接封锚钢板，需要耗费大量的人力、财力和时间，而且很难定期对全桥所有锚头的渗水和锈蚀情况进行全面检查和处理。因此，在系杆拱桥的运营过程中如何便捷地检查锚头内部锈蚀和渗水情况并能及时处理具有十分重要的意义。

1 工程概况

如海运河大桥位于江海高速公路上，主桥采用预应力混凝土下承式系杆拱，为刚性系杆刚性拱，长82.4m，计算跨径80.3m，矢高为16.06m，拱轴线为二次抛物线。系杆采用箱形截面，梁高1.9m，宽1.2m，为全预应力混凝土构件；拱肋采用等截面工字形截面，梁高1.4m，宽1.2m，为钢筋混凝土构件，每片拱肋设间距为5m的刚性吊杆15根；拉索采用PES7-37成品索(双层PE结构)，一端张拉，一端固定，外套φ245mm(外)×12mm的无缝钢管；吊杆锚具采用LZM7-37型，系杆采用C50混凝土，横梁采用C50混凝土，均为全预应力混凝土构件。设计荷载标准为公路-Ⅰ级，桥梁于2010年7月建成通车。

2 锚头病害

将全桥60个锚头的防水罩切割打开后检查， 其中16个锚头保护罩内有积水，保护罩钢板普遍锈蚀；1个锚头端盖板缺失，27个锚头端盖板有锈迹或水迹；42个锚头的锚杯有锈迹或水迹；43个锚头的螺母有水珠、油珠或锈迹；系杆内预埋钢管均锈蚀；平行钢丝头均有封层、无法检测。检查结果如图1及表1～2所示。

病害构件 缺失有积水或水迹锈蚀或锈迹开裂或破损防水罩1个16个普遍/锚杯/42个/端盖板1个27个/螺母//43个/平行钢丝封层///3个预埋钢板//普遍/

表2 上锚头病害汇总

3 病害原因分析

根据本桥吊杆锚头特点，分析雨水主要从以下四个方面影响吊杆锚具：

3.1 拱肋顶面

拱肋顶面预埋钢板与防水罩焊接不密实，有细小空隙，部分防水罩与预埋钢板用锚固胶粘接后点焊连接，雨水可从空隙渗入吊杆锚箱内，顺延着上钢导管渗入到吊杆外套钢管内壁上，流至下锚头下钢导管中，再渗入到下锚头锚具上，长期积累在下锚头的防水罩中，使锚具各部件锈蚀。 根据上锚头检测情况来看，防水罩内壁和锚具外侧普遍未锈蚀，锚杯和螺母外侧面普遍有大量冷凝水水珠，由于防水罩内空间狭小，不易挥发，故一直保留在锚具上。

3.2 拱肋底面

拱肋底面预埋钢板与吊杆外套钢管焊接不密实，此处为吊杆外套钢管最上端，可能会有细小空隙，雨水从该处渗入吊杆外套钢管内壁上，流至下锚头下钢导管中，再渗入到下锚头锚具上，长期积累在下锚头的防水罩中，使锚具各部件锈蚀。

3.3 系杆顶面

系杆顶面平整度较差，多处凹凸不平，雨水过后系杆顶面多处有积水。根据检查结果，上锚头的锚杯、螺母未发生大面积锈蚀，而对应的下锚头锚杯内侧和端盖板有大量锈迹，且防水罩内有大量积水。系杆顶面预埋钢板N2与吊杆外套钢管下端焊接处有细小空隙，系杆与吊杆界面间有微裂缝，雨水易从此处渗入到下钢导管内，汇集在下锚头防水罩中。

3.4 系杆底面

下锚头防水罩与系杆底面预埋钢板焊接质量较差，空隙较多，雨水易从系杆外侧面或内侧面与桥面板之间的间隙流淌到系杆底面，进而渗入到防水罩中。

4 维修处理方案

根据本桥目前的运营状态，基本可以满足正常使用需求，建议对桥梁实施以下维修处理方案，以保证锚具的耐久性，如表3及图2～4所示。

表3 维修处理方案

图2 拱肋顶面防水处治方案

图3 系杆顶面防水处治方案

图4 系杆底面防水处治方案

5 防护施工

5.1 锚具除锈、涂抹防腐油脂

采用打磨机打磨预埋钢板，用钢丝刷清除锚具各构件的锈迹，除锈防锈采用TB/T1527—2004中涂装体系，无机富锌底漆1道厚度40 um，无机富锌面漆1道厚度30 um。

锚具需填充油脂部位主要有两部分，即锚杯内封层与端盖板间空腔、锚杯外侧面。锚杯内封层与端盖板间空腔内采用人工除锈，涂抹、填充防腐油脂，腔内填满油脂后封闭端盖板；锚杯外侧面采用人工涂抹防腐油脂，油脂覆盖深度应不小于3cm，涂抹完毕用保鲜膜或塑料膜包裹密实。

5.2 可拆卸的密封式不锈钢防水罩

将全桥锚头原有防水罩改用可拆卸的不锈钢防水罩，如图5所示。拱肋顶面、系杆底面原有的预埋钢板除锈与涂刷防锈漆后焊接圆环，圆环上预留6个螺栓孔，用于固定不锈钢防水罩。检查人员可以借助于登高车和吊架，用普通的六角扳手将螺栓拧下即可检查锚头是否渗水锈蚀、防腐油脂是否老化风干，并能及时填充防腐油脂。全桥120个锚头进行全面的检查和维修处理仅需要3～5天的时间，不再需要切割防水罩检查锚头。施工过程中应注意以下事项：

(1) 圆环在与拱肋顶面、系杆底面的预埋钢板焊接前，应将预埋钢板打磨干净、平整，并在预埋钢板上画出焊接圆环的准确位置后再将圆环焊接到预埋钢板上，以保证圆环在焊接后不偏位。

(2) 不锈钢防水罩与焊接圆环间采用橡胶垫片密封，防水罩安装后采用水泥基防水材料将防水罩底边沿与周围混凝土间高差调平。

(3) 圆环内径至系杆底面预埋钢板内径边缘至少保留2cm的距离，应在现场实测相关数据后再制作不锈钢防水罩和焊接圆环。

图5 可拆卸的密封式不锈钢防水罩

5.3 系杆顶面的混凝土防护平台

浇筑混凝土时掺入水泥基渗透结晶型掺合剂可以防止水渗入结构内部，加入过程的顺序应根据配料厂的操作程序和设备类型不同而变化。在系杆顶面吊杆外套钢管周围浇筑掺入水泥基渗透结晶型掺合剂的防护平台，如图6所示。施工时将计算好的掺合剂粉料先与30%的水在容器内搅拌，形成非常稀的灰浆，再将骨料、砂子、水泥和70%的水等外加剂倒入容器内进行搅拌，至少搅拌5分钟，保证掺合剂均匀分布在整个混凝土中。

图6 系杆顶面浇筑混凝土防护平台

5.4 滴水檐(L型铝箔)

滴水檐采用L形铝箔(边长3cm)，安装在拱肋顶面、拱肋底面和系杆底面，沿桥纵向布置。施工工艺流程为：施工准备→安装位置画线→混凝土表面清理→涂环氧树脂→安装滴水檐。施工时应注意：在安装滴水檐的部位画线，清理画线区域内的混凝土表面，确保混凝土表面无污物、无孔洞、平整；在清理好的画线区域内涂环氧树脂底胶，安装滴水檐；系杆底面滴水檐采用方形铝箔四周环绕安装，拱肋顶面和底面的滴水檐采用方形铝箔呈“U”型安装。

6 结语

通过对某系杆拱桥进行全桥锚头专项检查，发现锚头普遍存在锈蚀和渗水两种病害。根据桥梁实际情况，分析了锚头病害的原因，提出采用可拆卸式的不锈钢防水罩作为主要的防护体系，定期打开锚头检查锚头的渗水和锈蚀情况，及时除锈、填充防腐油脂；同时，增设滴水檐和掺入水泥基渗透结晶型掺合剂的混凝土防护平台作为次要的防护体系。此方法可以有效延长吊杆的使用寿命，且不再需要切割防水罩才能检查锚头，仅需要3～5天的时间就可以对全桥120个锚头进行全面的检查和维修处理，大大节省了人力、财力和精力，可为此类桥梁的锚头检查、维修改造和运营养护提供参考与借鉴。