某公路大桥养护专项工程实施方案研究

贾力

（河南省交通运输发展集团有限公司三门峡分公司，河南 三门峡 472000）

1 项目概况

某公路大桥主桥为1×85m简支下承式钢管混凝土系杆拱桥，桥梁全长91.6m，全宽44.8m。下部结构采用一字台，钻孔灌注桩基础。该桥计算跨径为85m，计算矢高f=20m，矢跨比为1/4.25，拱肋拱轴线采用二次抛物线。标准桥梁横断面宽44.8m=3m（栏杆+人行道）+4.5m（慢车道）+3m（拱肋、系杆）+0.5m（防撞墙）+22.8m（机动车道）+0.5m（防撞墙）+3m（拱肋、系杆）+4.5m（慢车道）3m（人行道+栏杆）。该桥拱肋钢管内填充混凝土，系梁、端横梁、中横梁、中横梁、垫石、桥面板均采用C50混凝土；桥台耳背墙、台身、防撞墙采用C35混凝土；承台、人行道板和基座采用C30混凝土；桥台基桩采用C30水下混凝土。拱肋钢管（主弦管、腹杆、风撑钢管）、吊点处钢箱采用钢板焊接成形，钢材为Q345qD，人行道栏杆钢材采用Q235材质。吊杆采用PES镀锌钢丝拉索，钢丝直径为7mm，钢丝束公称截面积71.97cm，表面热镀锌，外包两层HDPE外套，拉索外径125mm。钢绞线采用低松弛高强度预应力钢绞线，采用符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224—2003）标准，单根钢绞线直径为15.2mm，钢绞线公称截面面积为A=139mm，标准强度f=1860MPa，弹性模量E=1.95×10MPa。普通钢筋直径≤10mm采用HPB300钢筋，直径≥12mm采用HRB400钢筋。支座采用抗震型球形钢支座JQZ系列产品，其材料和性能须符合《桥梁球型支座》（GB/T17955—2009）的规定。

北侧引桥为预应力连续T梁桥：桥跨布置从北向南为l联（5×35m预应力混凝土T型梁）+16联（7×35m预应力混凝土T型梁）+2联（5×35m预应力混凝土T型梁）+l3联（5×50m预应力混凝土T型梁）+4联（4×50m预应力混凝土T型梁）。下部结构为空心墩、群桩基础；主、引桥间两连接墩盖梁为预应力混凝土盖梁，混凝土标号C50，预应力钢材采用高强度低松弛钢铰线，标准强度1860MPa，张拉锚固采用OVM张拉锚固体系。

南侧引桥为20m预应力混凝土空心板梁桥，桥跨布置从北向南为3联（9×20m预应力混凝土空心板）。桥台下部为三肋板式台身，钻孔灌注桩基础。桥墩为三柱式，桥面简易连续，桥台设DSB-80C型伸缩缝装置，桥墩设DSB-160型伸缩装置。支座采用盆式橡胶支座，桥头路基及锥坡铺砌采用7.5号砂浆砌片石，10号水泥砂浆勾缝。

2 养护专项工程基本情况

2.1 历年养护实施情况

一是2008年对钢管拱进行整体刷漆，涂刷两遍底漆+面漆，在2018年对局部漆面脱落进行了专项处置；二是钢管拱灌浆自建成以来未曾进行过专项处置；三是2018年对钢管拱拱座进行过专项处置，对全部大理石进行了重铺，利用原大理石1300m，更换新大理石100m；四是伸缩缝自2010年以来进行过6次养护专项工程（2013年、2015年、2016年、2019年），其中2019年的3个养护专项工程涉及伸缩缝处置。

2.2 此次养护实施内容

结合某公路大桥现场勘查情况和近几年的桥梁检测结果，主要存在以下病害：

其一，主桥钢拱架防腐体系使用年限超出设计使用年限，存在老化、褪色、颜色陈旧、局部锈蚀，拱座瓷砖部分松动、脱落等病害。

其二，主桥钢管拱内混凝土存在空洞病害，且钢管混凝土上球冠型脱空率大于0.6%或脱空高度大于5mm，按照《公路钢管混凝土拱桥设计规范》（JTG/TD65-06—2015）要求，应对钢管内混凝土脱空缺陷进行修补灌注。

其三，伸缩缝主要存在型钢变形、型钢断裂、型钢局部缺失，止水带破损，锚固区混凝土存在破损、裂缝等病害。

鉴于以上情况，从改善桥梁使用性能，提高桥梁构件安全性和耐久性，保障桥梁运行安全，提升城市整体形象的原则出发，需对某公路大桥主桥钢管拱以及全桥的伸缩缝进行专项处置。

3 典型病害及成因分析

依据近几年的桥梁检测报告，该桥桥梁技术状况评定等级为2类。但主桥钢管拱及伸缩缝等构件存在较多病害，病害的进一步发展将降低桥梁的耐久性，甚至危机桥梁的安全运营，现将某公路大桥存在的典型病害及其成因分析如下：

3.1 钢管拱内混凝土脱空

通过对钢管混凝土采用锤击法结合非金属超声波法检测，发现拱肋内钢管混凝土局部存在脱空病害，经过调查统计钢管混凝土脱空1338.6m，且钢管混凝土上球冠型脱空率大于0.6%或脱空高度大于5mm，按照《公路钢管混凝土拱桥设计规范》（JTG/TD65-06—2015）要求，应对钢管内混凝土脱空缺陷进行修补灌注。钢管拱内混凝土局部脱空会导致混凝土支撑钢管的作用减弱，对钢管混凝土承载能力和刚度影响较大。

3.2 钢管拱防腐涂层老化

虽以往对钢管拱进行过局部除锈刷漆，但随着使用年限的增加，钢管拱局部仍会出现表面漆颜色老化、局部漆剥落、锈蚀等现象。某公路大桥主桥钢管拱、一字撑、K型横撑等钢结构位于黄河正上方，加剧钢结构表面漆病害的发展。目前，主桥钢管拱、一字撑、K型横撑等钢结构仍存在局部漆皮脱落等现象。

分析主要原因如下：

一是钢管拱已使用16年之久，期间小修保养进行过局部除锈刷漆，根据《公路钢管混凝土拱桥设计规范》（JTG/TD65-06—2015）钢结构防腐涂层体系保护年限应为15年，已超出设计保护年限。

二是该桥地处暖湿带大陆性季风气候区，四季分明，旱年多，涝年少，夏秋热，冬季寒冷干旱，长期的自然环境不断的侵蚀着大桥的钢结构外表面，进一步加剧钢管拱表面漆病害的发展。

三是某公路大桥南段交通量大，大量的车辆尾气会提高空气中硫氧化合物的含量，降低钢结构漆面的使用寿命。

3.3 钢管拱拱座大理石脱落

钢管拱拱座瓷砖部分松动、脱落，给过往行驶车辆带来安全隐患。分析主要原因如下：

其一，该桥运营时间长，拱座大理石的螺栓随着年限的增长锈蚀、脱落。

其二，该桥地处暖湿带大陆性季风气候区，长期的自然环境不断的侵蚀拱座。

其三，该桥车流量大且重车多，桥梁构件振动导致螺栓松动脱落。

3.4 伸缩缝病害

结合近年来桥梁养护记录和现场勘查情况，桥梁伸缩缝主要是使用年限的增加，交通量的逐年增大，伸缩缝在车辆反复动力荷载及冲击作用和承受疲劳、磨损等侵蚀下，出现型钢变形、型钢断裂、型钢局部缺失，止水带破损，锚固区混凝土存在破损、裂缝等病害，经专项小组现场复核，目前共有32道伸缩缝病害较为严重，其中D160型伸缩缝31道，D80型1道。型钢断裂、缺失位置大部分位于2、3、4行车道处。

分析主要原因如下：

其一，病害多位于第三、四车道，该路段车流量大且行驶超重车辆多，在重车的频繁冲击作用下造成伸缩缝破损。

其二，该路段使用年限的增加，交通量的逐年增大，伸缩缝、止水、锚固区出现病害。

其三，伸缩缝与桥面铺装存在高差，造成车辆通行时，产生极大的冲击力，导致后浇带混凝土破损。

其四，型钢伸缩缝锚固连接构造不合理，在车辆的冲击作用下，出现脱焊等病害，导致型钢松动。

4 专项养护维修设计方案

4.1 设计原则

此次专项工程为桥梁维修加固，设计方案以恢复构件使用功能、恢复承载能力、增强安全性和耐久性为目的。此次维修加固设计遵循尽可能不损伤原结构，避免不必要的拆除及更换，防止加固中造成新的结构损伤或病害的原则，依据原桥梁竣工图、设计图、检测评估报告和现场核对进行设计。设计中区分构件结构性病害与非结构性病害，对非结构性病害的构件维修方案以恢复使用功能和增强耐久性为主；对结构性病害以及受力构件维修加固以恢复构件使用功能和提高承载能力为主要措施。

4.2 病害维修处治方案

4.2.1 主桥钢管拱钻孔灌浆

该专项采用《公路桥梁加固施工技术规范》（JTG/TJ23—2008）中的施工工艺，对钢管拱内混凝土脱空区域填充无收缩灌浆料（推荐环氧树脂类），无收缩灌浆料添加适量的微膨胀剂（通过试验确定剂量），在管内脱空段按1m左右间距钻孔，孔径10mm，在孔内插入长约100mm钢管做灌浆管，用环氧树脂封闭固定；灌浆压力应控制在0.2～0.6MPa之间，灌浆应按自下而上顺序进行；灌浆料固化3d后，应用超声波及人工敲击检测，脱空部分填充饱满后，应复原封口，打磨平整，结合钢管拱涂装统一处置。该项目施工前应在试验管上进行多次二次灌浆试验，通过材料配合比试验、试验管压浆试验以及实桥钻孔调查等手段，确定并顺利实施拱肋压浆方案，为实桥拱肋压浆施工奠定良好的基础，提供借鉴经验。

4.2.2 主桥钢管拱涂装

根据桥梁检测报告和现场勘查，钢管拱存在漆面脱落、锈蚀等病害，考虑到修补钢管拱钻孔灌浆对漆面的磨损，钢管拱灌浆一起处置可以利用现有的施工作业平台，减少施工措施费，合理利用资源，提升桥梁整体形象。

此次专项采用局部锈蚀、整体涂装的处置方案。涂层修复选择的底层、中层、面层漆分别为环氧富锌底漆、环氧（云铁）漆、氟碳面漆。氟碳面漆具有抗褪色、抗起霜性、抗大气污染（酸雨等）的耐腐蚀性、抗紫外线能力和抗裂性强等特性。具体处置方案如下：局部处置（因实际局部锈蚀面积的不确定性，工程量以实际发生为准），对钢管拱局部锈蚀处采用人工+机械打磨除锈，等级达到《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》（GB/T.18923—2011）规定的Sa2级。采用《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》（JT/T722—2008）制定的钢结构防腐涂装工艺说明，采用环氧富锌底漆+环氧（云铁）漆。

4.2.3 更换损坏伸缩缝装置

由于该桥处于京港澳高速新郑段的咽喉部位，交通量稳居全省首位，且货车比例高，考虑该桥社会影响、施工便捷、降低施工安全隐患等因素以及往年伸缩装置实施情况，此次更换伸缩装置采用整体加强型双层止水带伸缩装置+聚合物树脂修补材料。此次专项伸缩装置更换时，接缝位置应设在车道分界线处，在接缝处钢梁顶部和侧面搭焊4mm钢板进行加强，并对接缝处的焊缝进行无损检测，检测结果应满足《钢结构工程施工质量验收标准》（GB50205—2020）一级焊缝要求。

具体处置方案如下：首先，D80伸缩缝处置是凿除原桥伸缩缝破损的混凝土，拆除原桥的伸缩装置，保留原伸缩缝预留钢筋（部分具有利用价值的进行恢复），严重损坏位置，对主梁和背墙按25cm间距植筋，与新伸缩缝（整体加强型双层止水带）钢筋焊接，铺设10cm×10cm的防裂钢筋网，最后伸缩缝锚固区浇筑聚合物树脂修补材料。其次，D160伸缩缝处置：凿除原桥伸缩缝破损的混凝土，拆除原桥的伸缩装置，保留原伸缩缝预留钢筋（部分具有利用价值的进行恢复），严重损坏位置，对主梁按25cm间距植筋，边梁的锚固系统采用10mm厚的焊接钢板，与新伸缩缝（整体加强型双层止水带）焊接，铺设10cm×10cm的防裂钢筋网，最后伸缩缝锚固区浇筑聚合物树脂修补材料。

5 结语

通过组织召开养护专项工程实施方案专家评审会，会议认为施工图设计文件编制内容基本全面，设计深度基本符合相关要求，设计方案基本可行。根据专家意见修改完善后，可以作为施工图批复的主要依据。结合国内钢管拱脱空处置情况，对钢管拱内脱空病害处置应慎重。建议调研目前钢管混凝土脱空的定量检测手段，采用先进检测方案对钢管拱脱空病害进行重新检测。可先进行试验段，根据试验段结果再确定下一步具体实施方案。