某悬索桥定期检查及技术状况研究

2020-02-07杨秋娥丁念明

公路与汽运 2020年1期

杨秋娥，丁念明

(湖南省高速公路集团有限公司，湖南长沙 410022)

悬索桥在运营过程中因“刚度小”的特点，在车辆荷载作用下会产生较大变形和振动。加上悬索桥常处于潮湿、复杂和恶劣的山区环境，这种环境会不可避免地对桥梁各部件特别是缆索造成不同程度的损伤，而对于悬索桥这种特殊桥型，轻微的损伤都会造成其永久危害。因此，对悬索桥进行定期检查和技术状况评定极其重要。针对某运营25年的钢结构悬索桥，杨健等通过外观检查、主缆线形和钢桁架变形测量等，分析、评估其性能状态，并提出建设性的养护管理措施；肖辉等对四川印把子沟跨线悬索桥进行定期检测，为桥梁养护管理提供参考。该文对湖南高速公路某悬索桥进行客观、详实的检查，了解其总体技术状况，提出有针对性的养护、维修或加固处治建议，为下一步的养护施工提供工作范围及技术支持，确保桥梁的安全运营。

1 工程概况

某悬索桥横跨峡谷，谷顶宽约420 m，谷顶与谷底高差达280 m左右，是湖南省内高速公路上的一座特大型桥梁。桥梁全长1 194.20 m，两座主塔高度分别为137.488、123.192 m，跨径布置为(200+856+190) m。钢桁梁全长854 m，桁高6.5 m，桁宽28 m，节间长度6 m(见图1)。桥塔下横梁处设竖向支座及横向抗风支座，跨中设柔性中央扣。全桥共69对吊索，吊索标准间距为12 m，端吊索至索塔的距离为20 m。索塔采用门式框架结构，两岸锚碇均采用重力式锚碇。其标准横断面见图2。

2 桥梁定期检查

为全面掌握该桥使用状况，评估其结构性能，从而校核桥梁基本数据信息、完善和更新桥梁管理系统数据库，并为桥梁管养提供基础数据和安全养护运营措施，于2017年12月—2018年3月对该桥进行细致检查及变位测量，评定其技术状况。

2.1 检查内容

对桥梁主体结构及其附属构造物的技术状况进行全面检查，其中目测对象主要为主缆、吊索、索塔、钢桁加劲梁、锚碇、支座、桥面系及伸缩缝等。此外，根据该桥结构特点，进行桥面线形、主缆线形及索塔倾斜度测量，检查砼材质状况(包括砼强度、碳化深度、钢筋保护层厚度和钢筋锈蚀等)。

2.2 桥梁外观检查

分别对该桥上部、下部结构和桥面系进行外观检查。上部结构检查结果见表1。

下部结构检查如下：1) 两侧锚碇存在的问题。前、后锚室锚坑内存在较深积水；前锚室洞门内的地面有积水、杂物堆积；通风除湿系统未正常运转；锚碇室内砼表面有大面积水蚀痕迹，局部存在纵横泛白、钟乳现象；锚室内钢模板未拆除，存在锈蚀情况[见图4(a)]。前锚面部分锚头防护帽出油孔处油杯或盖子缺失[见图4(b)]，个别锚头防护帽内防腐油脂溢出。后锚面个别锚头经常被积水淹没，锚头防护帽锈蚀。2) 其他构件如索塔基础、散索鞍及河床等状况良好，未发现明显异常。

图1 某悬索桥桥型布置示意图(单位：cm)

图2 某悬索桥标准横断面示意图(单位：cm)

表1 桥梁上部结构检查结果

图3 桥梁上部结构典型图片

桥面系检查结果见表2。

图4 桥梁下部结构典型图片

检查构件检查状态描述桥面铺装全桥铺装基本完好,右幅桥面存在一处沉陷[见图5(a)]伸缩缝全桥伸缩缝型钢主体及橡胶条均完好,伸缩缝锚固区砼出现较多纵桥向裂缝护栏护栏撞击、刮蹭、变形、错位、基座开裂破损排水系统3处PVC管接头松动或开裂,21处PVC管与铸铁泄水管脱开[见图5(b)]照明、标志状况良好,未发现明显病害附属设施状况良好,未发现明显病害

图5 桥面系典型图片

2.3 桥梁线形及主塔偏位检查

依据JTG H11-2004《公路桥涵养护规范》，大跨径或特殊结构桥梁需进行桥面线形、主缆线形及主塔偏位测量。

(1) 桥面线形。此次测量为该桥的第二次测量，由于没有竣工线形测量数据，将线形测量结果与2016年首次测量结果进行对比，两次测量结果的误差见图6。由图6可知：两次桥面线形误差在6 mm以内，线形基本一致，说明桥梁线形从2016年4月至今未发生明显变化，桥梁线形状态良好。

图6 主桥线形误差

(2) 主缆线形。主缆线形两次测量结果的误差见图7。由图7可知：上、下游侧主缆线形误差在3 cm以内，测量结果与2016年首次测量结果基本一致，说明主缆线形从2016年4月至今未发生明显变化，主缆线形较平顺。

图7 主缆线形误差

(3) 主塔偏位。主塔纵横向偏位测量结果见表3。由表3可知：桥塔纵横向偏位量均在规范允许范围的0.3H%以内；测量结果与2016年首次测量数据基本一致，桥塔未出现明显变位。

表3 主塔横、纵向测量结果

2.4 砼材质状况检查

(1) 砼强度。依据JTG/T J21-2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》中砼强度检测评定标准，该桥上、下部结构的砼强度评定标度值基本为1，个别测区为2，说明所选测区砼强度均处于良好或较好的状态。

(2) 砼碳化深度。该桥砼碳化深度与保护层厚度的比值Kc均小于0.5，砼碳化深度对保护层保护钢筋的效能无影响或影响轻微。

(3) 钢筋保护层厚度。该桥钢筋保护层厚度评定标度值基本为1，根据JTG/T J21-2011，所选测区砼保护层对结构耐久性影响不显著；个别T梁底板或腹板所选测区的钢筋保护层厚度评定标度值为2，对结构耐久性有轻度影响。

(4) 钢筋锈蚀电位。该桥测区测点的电位值均大于-200 mV，根据JTG/T J21-2011，测区的钢筋锈蚀状态属于无锈蚀活动性或锈蚀活动性不确定，评定标度值为1，满足要求。

2.5 吊索恒载索力检查

采用索力仪对主桥吊索索力进行测试，方法如下：在恒载状态下，采用弦振法通过无线索力测试分析系统测试吊索的自振频率，由测得的基频及吊索长度、线容重等参数计算吊索索力。共对全桥138根吊索的恒载索力进行测试，测试结果与计算值的误差见图8。由图8可知：上、下游侧吊索索力与计算值的误差在0.1%左右，在恒载作用下吊索的实测索力与计算值基本吻合，没有出现明显偏差，吊索受力基本正常。

图8 吊索索力与计算值的误差

3 桥梁技术状况评定

3.1 桥梁技术状况评价分析依据及方法

采用JTG/T H21-2011《公路桥梁技术状况评定标准》推荐的分层综合评定与五类桥梁单项控制指标相结合的方法进行全桥技术状况评定，评定流程为评定桥梁各构件→评定桥梁各部件→分别评定桥面系、上部结构和下部结构→根据式(1)计算全桥总体技术状况评分Dr，评定桥梁的总体技术状况。

Dr=IDWD+ISPWSP+ISDWSD

(1)

式中：ID、ISP和ISD分别为桥面系、上部结构和下部结构的技术状况评分；WD、WSP和WSD分别为桥面系、上部结构和下部结构的权重。

根据全桥总体技术状况评分确定桥梁状况等级，共分为五类，分别为全新状态和功能完好的一类等级(Dr=95～100)、具有轻微缺损且对桥梁使用功能无影响的二类等级(Dr=80～94)、具有中等缺损但还能维持正常使用功能的三类等级(Dr=60～79)、主要构件有较大缺损且严重影响桥梁使用功能的四类等级(Dr=40～59)、主要构件存在严重缺损且不能正常使用的五类等级(Dr=0～39)。