海洋环境下钢-混结构桥梁营运期病害对桥梁养护的启示

■吴文生

（福建省高速公路集团有限公司泉州管理分公司，泉州 362000）

1 引言

随着中国钢材产量的提高，钢结构加工与制造技术的发展，钢桥的建造数量在不断地增加[1]。福建省拥有长达3751.5km的陆地海岸线，沿海岛屿达1500多个，江河水系发达。近年来新建的跨江、跨海桥梁，钢箱梁因其抗扭性能好、施工速度快、现场拼装方便、自重小、跨越能力大等优点受到广泛运用。

大桥建成之后，在漫长的设计使用年限内，大桥养护工作是维持桥梁营运安全的重要保障。福建省在钢结构桥梁建设起步较晚，已建成的大跨径钢结构有厦门海沧大桥、厦漳跨海大桥、泉州湾跨海大桥、琅岐闽江大桥等。在海洋环境下钢结构桥梁的养护缺乏相应的经验储备。本文作者将结合泉州湾跨海大桥主桥近年的养护定期检查结果，对现场病害进行总结，病害成因分析，为福建省海洋环境下钢结构桥梁营运期养护工作积累经验。

2 项目概况

泉州湾大桥路线主线全长26.67km。项目主体工程泉州湾跨海大桥，桥长 12.45km。通航主桥（70＋130＋400＋130＋70m）双塔分幅组合梁斜拉桥。桥面位于R=20000m、切线长T=400m、外矢距E=4m的圆弧竖曲线上，最大纵坡为2%。顶板设2%单向横坡，主梁底板保持水平。大桥于2012年1月10日开工建设，2015年5月12日完成交工验收，正式通车运营。主桥桥型布置图如图1所示，大桥建成整体如图2所示。

主梁采用分幅型式，单幅主梁为抗风性能好、造型美观的PK式流线形扁平组合梁，除索塔处主梁外，两侧均设置风嘴。两幅梁全宽56.49m（含风嘴），单幅梁含风嘴宽27.41m（含风嘴）、不含风嘴顶板宽23.85m，梁高3.5m（单幅箱梁中心线处），其中钢梁中心线处梁高3.1m。主梁标准横断面图如图3所示。斜拉索采用抗拉标准强度为1670MPa平行钢丝斜拉索。全桥共288根斜拉索。

图1 主桥桥型布置图

图2 泉州湾跨海大桥主桥照片

图3 主梁标准横断面图

3 营运期间钢结构桥梁养护重点

根据规范[2-3]的相关要求，对钢结构桥梁营运期间养护的重点整理汇于表1。

4 营运期间桥梁病害检查结果及成因分析

2017年，泉州湾跨海大桥进行了通车后两年的定期检查。相关检测单位对斜拉钢箱梁主桥进行了详细的外观检查。本文汇总大桥的定期检查情况，并对主桥病害进行成因分析。

表1 钢结构桥梁营运期间养护重点

4.1 桥梁病害检查结果

（1）主桥钢-混凝土组合梁结构主要存在的病害情况见表2。典型病害照片如图4～图5所示。

表2 主桥钢-混凝土组合梁主要病害情况汇总表

图4 箱梁内部混凝土顶板斜向裂缝

图5 箱梁内部钢结构焊缝锈蚀

（2）斜拉索系统主要存在的病害情况

本次对全桥全部斜拉索进行检查，斜拉索护套存在5处划痕，将军帽螺栓多处锈蚀，并有13处拼缝开裂现象，索塔钢锚梁连接螺杆存在27处缺失。锚头与锚拉板基本无破损。典型病害照片如图6～图7所示。

图6 斜拉索护套划痕

图7 南塔右柱第17排1号锚头螺杆缺失

（3）索塔主要存在的病害情况

本次对桥塔及横梁内表面包括塔冠、上塔柱（左、中、右肢）、上横梁（包括天窗）、中塔柱（左、中、右肢）、下横梁、下塔柱（左、中、右肢）的内表面及塔柱内隔板的顶底面进行检查，检查结果汇总见表3。典型病害照片如图8～图9所示。

表3 主桥索塔主要病害情况汇总表

（4）索力测试结果

用环境随机振动法测定斜拉索的索力。实测索力分布如图10所示。本期实测索力和设计的索力比较，基本相对误差在±10%内。

4.2 病害成因分析

根据现场检查结果，对典型病害进行成因分析，为养护措施的开展提供针对性的方向。病害产生可能原因分析：

图8 竖向裂缝

图9 混凝土网裂

图10 右幅外侧索面索力分布图

（1）索塔竖向裂缝

调查泉州湾大桥交工验收报告发现，交工时就存在较多竖向裂缝，最可能导致裂缝出现的原因是变形荷载引起。首先，混凝土在浇注过程水化热作用下，内部升温很大，外表面混凝土降温较快，由于壁表面和中心之间水化热的不均匀降温和不均匀收缩将引起显著的自约束应力；另外，桥塔是一个“回”字形箱体结构，由于混凝土材料传热性质和桥塔的壁厚原因，在周期性温差（日温差）作用下，会出现传热及热应力的“滞后”现象，塔外温度变化较塔内温度变化明显，容易形成箱形截面塔体内外侧不均匀的温差与收缩差，引起弯曲应力，其与自约束应力两者叠加，可能会导致裂缝出现。

（2）主梁存在少量桥面板纵向裂缝、斜向裂缝

钢-混凝土组合梁是通过抗剪连接件将钢梁与混凝土桥面板连接起来，共同承受外部作用、协调变形的梁。钢-混凝土组合梁混凝土桥面板由于材料热惰性不同受到抗剪连接件的纵向剪力作用会发生纵向开裂的现象。另外混凝土自身的收缩徐变也是桥面板裂缝的主要原因之一。

（3）主梁局部存在锈蚀的迹象

锈蚀发生的直接原因是钢材长期暴露于潮湿的空气中引发的化学反应，发生锈蚀的间接原因是箱内空气湿度较大，空气湿度较大的原因有：

①检测发现箱内有积水现象，桥面板有渗水痕迹；

②箱梁门未密封甚至敞开；

③箱梁内除湿系统未能正常运行，不能及时降低空气湿度。

5 检查结果对养护工作的启示

（1）由于在海洋环境下，高盐、高湿度的因素会促进钢结构桥梁的腐蚀发展，养护工作要以结构的抗腐蚀保护措施的完整性、钢结构构件和现场焊接部位作为日常养护的重点项目。

（2）及时对已发现的病害情况进行整改，按照修复规范，开展病害修复工作，特别是在如何做到耐腐蚀的修复是关键。

（3）针对检查结果，编制泉州湾跨海大桥养护手册，对可能长期存在的病害要开展针对性的检查养护工作。

（4）由于泉州湾跨海大桥目前运营时间较短，钢结构部位疲劳病害尚未表现。本文结合其它同类型桥梁的长期病害检查结果，作为未来养护工作开展过程中需要加强检查和管理养护的地方。

6 结语

（1）“建桥难，养桥更难”。特别是在高盐、高湿恶劣海洋环境下，作为一项投入巨大的桥梁工程，养护管理部门应该以高度的责任心来养护、维持桥梁营运期间的状态，保障桥梁的安全性。

（2）管理养护者在日常管理养护中学习、吸取经验，特别是针对海洋环境下钢结构部位的检查，在日常养护中要作为重点。

（3）收集至交工验收以来的钢结构病害检查数据，对病害历年发展情况进行总结分析，对有延续性的发展病害作为下一次周期性检查的关注重点。

（4）目前部分桥梁的损坏是有养护不到位引起的，需要对养护工作者敲响警钟，现场养护过程中，对疲劳裂纹的检测及处理要及时。