拱橋吊桿更換后健康檢測與診斷

馬志華

（南通市公路管理處,江蘇南通 226001）

0 前言

吊桿作為拱橋關鍵而又易損的構件，由于在運輸或施工過程中的損傷或使用過程中的老化、鍍鋅鋼絲腐蝕、開裂、斷絲等原因，相當一部分在拱橋建成后不久便出現嚴重損傷，有的不得不提前維修或更換，甚至極個別斷裂導致橋梁倒塌。在目前發現的拱橋病害中，吊桿病害占絕大部分。例如1999年重慶綦江彩虹橋吊桿斷裂損毀、2001年四川宜賓南門大橋短吊桿斷裂及局部橋面垮塌、2007年江蘇省常州運村運河大橋坍塌、2011年福建省武夷山公館大橋橋面垮塌、2011年新疆維吾爾自治區庫爾勒市孔雀河大橋短吊桿斷裂及局部橋面垮塌等等[1-4]。嚴峻的事實使得橋梁工作者尤其學術界對柔性吊桿拱橋的安全性問題愈來愈重視。從已有毀橋事故或吊桿更換的現象看，柔性吊桿拱橋橋面坍垮或吊桿更換的起因大多是運營階段吊桿斷裂或功能嚴重退化。但是，目前從業人員對柔性吊桿的潛在危險或關鍵性病害尚缺乏行之有效的檢測手段與評價標準，對其損傷退化行為尚缺乏足夠深刻的認識。

為進一步了解和掌握退役吊桿的實際服役狀況，把握柔性吊桿乃至拱橋結構的安全性、耐久性，本文選取南通市某拱橋更換后的柔性吊桿，對其索體和錨頭進行了詳細的外觀檢查和試驗室檢測（護套和錨頭剖開）。掌握了吊桿索體和錨頭的實際服役狀況，獲取了柔性吊桿拱橋常見病害類型，為拱橋柔性吊桿的養護、更換及維修加固措施提供了技術依據。

1 工程概況

研究對象為主跨70 m的鋼管混凝土系桿拱橋。橋寬17.2 m，矢跨比為1：5，拱軸線為拋物線。上部結構由啞鈴形鋼管混凝土拱肋、橫向風撐、平行鋼絲束吊桿、預應力混凝土系桿與橫梁、橋面板組成。啞鈴形鋼管混凝土拱肋由兩個φ700×10mm鋼管和10 mm厚綴板連接而成，內灌40號微膨脹混凝土。風撐由兩個K撐和兩個一字撐組成，風撐鋼管采用φ900×12 mm鋼管。吊桿由91絲φ5平行鋼絲束組成，間距4m。橋面系采用縱橫梁格上鋪橋面板體系，縱橫梁格由系桿和橫梁形成。下部結構橋臺按空腹式輕型橋臺設計，樁基礎采用直徑1200 mm鉆孔灌注樁。汽車荷載等級：汽-20級，掛-100，雙向4車道。大橋總體布置如圖1所示。

圖1 某鋼管混凝土系桿拱橋總體布置實景

2 外觀檢查

選取大橋技術狀況劣化較嚴重的2#、4#、9#和10#吊桿為調查試件，重點查清吊桿護套、內部鋼絲及錨頭表觀狀況。

2.1 2#吊桿檢查結果

2#吊桿外觀檢查的結果表明：吊桿下錨頭技術狀況劣化，錨杯外螺紋、錨帽輕銹蝕，表面出現成片紅色銹斑，錨杯內環氧樹脂保護層局部破損；上錨頭、護套表觀狀況良好，索體下段（與下錨頭連接）護套表面有刮痕。檢查結果如圖2所示。

圖2 2#吊桿下錨頭錨杯外螺紋、錨帽銹蝕，表面出現成片紅色銹斑，護套表面刮痕實景

2.2 4#吊桿檢查結果

4#吊桿外觀檢查的結果表明：吊桿上、下錨頭技術狀況劣化，錨杯外螺紋、錨帽、連接桿銹蝕，表面被黃色銹斑覆蓋；索體表觀狀況劣化較嚴重，索體上段表面坑洞、刮痕，露出內層黑色HDPE，下段護套局部有較深刮痕。檢查結果如圖3所示。

圖3 4#吊桿上、下錨頭錨杯銹蝕，表面被黃色銹斑覆蓋，護套表面坑洞、較深刮痕實景

2.3 9#吊桿檢查結果

9#吊桿外觀檢查的結果表明：吊桿上、下錨頭技術狀況劣化，錨杯外螺紋、錨帽、連接桿銹蝕，有黃色銹斑；錨杯內環氧樹脂保護層破損、鋼絲墩頭銹蝕；索體下段護套局部有刮痕。檢查結果如圖4所示。

圖4 9#吊桿上、下錨頭銹蝕，有黃色銹斑，錨杯內環氧樹脂保護層破損、鋼絲墩頭銹蝕，護套刮痕實景

2.4 10#吊桿檢查結果

10#吊桿外觀檢查的結果表明：吊桿下錨頭技術狀況劣化，錨杯外螺紋、錨帽、連接桿銹蝕，表面被黃色銹斑覆蓋；錨杯內環氧樹脂保護層局部破損；索體下段護套局部有刮痕，護套和連接桿處有間隙，露出黑色HDPE。檢查結果如圖5所示。

圖5 10#吊桿下錨頭銹蝕，有黃色銹斑，護套和連接桿處有間隙，露出黑色HDPE實景

3 試驗室檢測

經過外觀檢查的吊桿，為進一步了解索體內鋼絲的銹蝕狀況、錨杯內鋼絲和環氧填充料的結合情況，掌握吊桿的健康狀況，將其中銹蝕較嚴重的4根吊桿及錨頭送至浦江纜索廠進行了深入的檢測。重點打開了2#吊桿上錨頭，4#吊桿上、下錨頭，9#吊桿下錨頭。重點查清錨頭及護套內部是否積水或冷凝水，鋼絲（索體及錨頭內部）是否存在銹蝕、開裂、斷絲、脫錨，環氧填充料是否密實、有無銹斑殘留。

3.1 2#吊桿檢測結果

試驗室檢測結果表明：上錨頭及護套內有冷凝水；錨杯內表面輕微銹蝕，環氧鐵珠澆注體不密實，表面有蜂窩及銹斑殘留，錨杯內鋼絲完好；索體內鋼絲鍍鋅層輕微銹蝕，表面出現白色鋅粉。檢查結果如圖6所示。

圖6 2#吊桿錨頭及護套內有冷凝水，環氧鐵珠表面有蜂窩及銹斑殘留，鋼絲鍍鋅層輕微銹蝕，出現白色鋅粉實景

3.2 4#吊桿檢測結果

試驗室檢測結果表明：上、下錨頭及護套內均有冷凝水；錨杯內表面有深色銹斑，分絲板銹蝕，表面被深色鐵銹覆蓋，環氧鐵珠澆注體表面有蜂窩及銹斑殘留；索體上段護套內鋼絲表面有白色斑點，表面鍍鋅層輕微銹蝕；索體下段護套內鋼絲表面覆滿白色鋅粉，局部出現黃色銹斑，但按鋼絲銹蝕的分級標準，銹蝕程度為II級，對鋼絲力學性能影響較小。檢查結果如圖7所示。

圖7 4#吊桿錨杯內表面有深色銹斑，分絲板銹蝕，索體下段護套內鋼絲表面覆滿白色鋅粉，局部出現黃色銹斑實景

3.3 9#吊桿檢查結果

試驗室檢測結果表明：上錨頭及護套內均有冷凝水；錨杯內表面及鋼絲墩頭銹蝕，有黃色銹斑；錨杯內鋼絲完好，護套內鋼絲表面覆滿白色鋅粉，部分鋼絲表面顏色變暗。檢查結果如圖8所示。

圖8 9#吊桿錨杯內表面及鋼絲墩頭銹蝕，有黃色銹斑，護套內鋼絲表面覆滿白色鋅粉，部分鋼絲表面顏色變暗實景

3.4 銹蝕鋼絲含鋅量測試

為了解護套內鋼絲表面鍍鋅層的銹蝕程度，從銹蝕鋼絲中選取了銹蝕較為嚴重的三根進行了含鋅量測試，測試現場如圖9所示。測試結果如表1所列。根據《斜拉橋熱擠聚乙烯高強鋼絲拉索技術條件》（GB/T18365-2001）規定[5]，鋼絲單位面積鍍鋅重量應不小于300 g/m2，一般在300 g/m2～350 g/m2之間。由表1可知：3個試驗樣本的鍍鋅層含量在313 g/m2～347 g/m2之間，所以鋼絲鍍鋅層僅輕微銹蝕，而鋼絲基體沒有發生銹蝕，鋼絲力學性能不受影響。

圖9 鍍鋅層重量損失測試實景

表1 銹蝕鋼絲含鋅量測試結果一覽表

4 結論

（1）索體護套存在刮痕、坑洞等病害，部分刮痕較深，已露出內層黑色HDPE，剝開索體護套檢測，發現索體護套內有冷凝水。

（2）部分吊桿錨杯內環氧鐵珠澆注體不密實，表面有蜂窩、坑洞等，澆注體表面有銹斑殘留；砸開環氧鐵珠后可發現，錨杯內鋼絲完好。

（3）錨杯內環氧樹脂保護層破損，造成鋼絲墩頭銹蝕；錨杯外螺紋、內螺紋銹蝕、螺母銹蝕較普遍，部分吊桿錨杯銹蝕嚴重，出現成片深色銹斑。

（4）鋼絲表面鍍鋅層開始銹蝕，出現白色鋅粉，4#吊桿下錨頭局部出現黃色銹斑，但按鋼絲銹蝕的分級標準，銹蝕程度為II級，對鋼絲力學性能影響較小。

（5）含鋅量測試結果表明，鋼絲表面鍍鋅層含量在313 g/m2～347 g/m2之間，鍍鋅層輕微銹蝕，而鋼絲基體沒有發生銹蝕，鋼絲力學性能不受影響。

[1]孔慶凱.大跨中承式拱橋短吊桿結構行為研究[D].成都:西南交通大學,2003.

[2]湯國棟,楊宏,朱正剛，等.拱橋吊桿及拉索的健康診斷[J].公路,2002,（9）:36-41.

[3]汪禮順.重慶綦江彩虹橋垮塌事故的力學分析[J].江西科學,2000,18(1):58-59.

[4]李元兵.拱橋吊桿力學行為及損傷退化研究[D].上海：同濟大學，2008.

[5]GB/T18365-2001，斜拉橋熱擠聚乙烯高強鋼絲拉索技術條件[S].