鋼管混凝土拱橋技術狀況評定標準探討

余印根

（福建省永正工程質量檢測有限公司　福建　福州　350012）

鋼管混凝土拱橋技術狀況評定標準探討

余印根

（福建省永正工程質量檢測有限公司福建福州350012）

以某中承式鋼管混凝土拱橋定期檢查結果為研究對象，應用《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG H11-2011）對橋梁技術狀況進行評定，評定結果表明，該橋總體技術狀況等級均為4類。對評定過程中該標準存在的問題和不足進行了深入的分析探討，并提出了改進建議。

鋼管混凝土；拱橋；公路；技術狀況；評定標準

引言

2000年以后鋼管混凝土拱橋成為中國修建數量最多的拱橋橋型[1]。由于早期設計、施工技術的不成熟和長期使用過程中的損傷、老化或災害，現役的該類橋梁逐漸暴露出一些病害，甚至部分橋梁運營過程中出現安全事故。因此，制定完善的養護管理機制，加強對該類橋梁的養護管理，保證橋梁的安全運營，延長橋梁服務年限，已經成為急需解決的問題。

為了合理制訂養護與維修加固方案，首先應進行橋梁技術狀況評定。交通運輸部新近頒布的行業推薦性標準《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21-2011）[5]（以下簡稱JTG/T H21-2011）按不同的橋型進行評定分類，首次將鋼管混凝土拱橋列為“鋼—混凝土組合拱橋”獨立作為一種橋型進行技術狀況評定。然而，在實際工程評定過程中，發現JTG/T H21-2011部分內容存在不完善或不合理之處。為此，本文以鋼管混凝土拱橋為背景工程，根據外觀檢測結果采用JTG/T H21-2011對橋梁狀況進行評定，并對評定方法進行探討。

1　實橋技術狀況檢測

某工程為一凈跨54m的鋼管混凝土中承式鋼管混凝土拱橋。設計荷載為汽-20，掛-100。全橋吊桿共18根，吊桿采用110絲φ5高強鋼絲，橋面以上2道橫撐，在橋面之下設桁架式橫撐聯系。全橋共設置11片橫梁，采用工字形橫梁。如圖1所示。

該橋1998年建成通車，2014年12月對該橋進行了全面的外觀檢測和評定。

1.1上部結構主要病害

（1）拱肋：上下游拱肋涂層輕微損壞、裂紋、起皮；上、下游側拱肋鋼管脫粘面積分別占拱肋總面積的0.72%及0.86%；上游側拱肋構件表面局部附著氧化皮、鐵銹，銹蝕累計面積占構件面積的0.12%。

（2）橫撐：涂層局部輕微起皮，剝落。

（3）橫梁：HL2梁底面局部存在混凝土剝落、露筋，跨中附近底面存在5條橫向裂縫和3條豎向裂縫，HL8梁跨中附近腹板存在7條豎向裂縫，裂縫寬度為0.04～0.13mm。

（4）吊桿：部分吊桿在兩段鋼管連接處密封不完整，防護橡膠止水帶老化。所有吊桿錨墊板和鐓頭均存在輕微銹蝕，個別吊桿錨頭存在輕微滲水現象。

（5）立柱：各立柱鋼管頂部鋼板均存在銹蝕。

（6）橋面板：部分橋面板板底局部存在混凝土剝落現象，個別橋面板板底出現少量輕微裂縫，裂縫寬度最大值為0.08mm。

（7）支座：橋面板兩橋臺處采用板式橡膠支座，支座表面輕微老化，上下游兩側人行道板下部4個支座老化變形，裂縫較嚴重，2mm≥裂縫寬度>1mm，裂縫長度>相應邊長25%。

1.2下部結構主要病害

（1）橋臺：兩側橋臺臺帽均存在豎向裂縫，最大裂縫寬度測讀值為0.12mm，局部有析白痕跡，臺身前墻存在2條由底面向上延伸的豎向貫通裂縫，最大裂縫寬度測讀值為0.59mm。

（2）錐坡、護坡：東側橋臺下游護坡存在一條沿砌縫開展的斜向貫通裂縫。

1.3橋面系主要病害

（1）橋面鋪裝：局部坑洞，深度≤1cm，直徑≤3cm；局部接縫處出現淺層邊角剝落，累計面積2.5%。

（2）伸縮縫裝置：橡膠材料存在老化、斷裂、缺失，部分螺栓松動彎曲，鋼板局部扭曲、缺失。橋頭行車不平順，略有凹凸不平，車輛行駛時出現沖擊和噪聲。

（3）人行道：拱肋與人行道交接處人行道鋪面瓷磚均存在擠壓、隆起現象，局部瓷磚缺失。

（4）防排水系統：橋梁較多泄水管堵塞，堵塞數量占60%；局部排水不暢，橋下出現漏水現象。

1.4焊縫探傷檢測結果

現場抽取部分對接焊縫進行超聲波探傷檢驗，并根據《鋼結構超聲波探傷及質量分級法》（JG/T203-2007）[3]的缺陷等級標準評定，所檢拱肋、橫撐和立柱的連接焊縫均達到一級焊縫質量等級要求。

1.5混凝土強度及碳化檢測結果

根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21-2011）[4]對混凝土強度進行評定，所檢吊桿橫梁和橋面板混凝土強度評定標度為1，碳化評定標度為2。

2　橋梁技術狀況評定

2.1橋梁構件及部件技術狀況評定

圖1　某中承式拱橋總體布置圖

依據JTG/T H21-2011評定計算方法，得橋梁構件及部件評分結果如表1和表2，表中PMCImin、BMCImin及DMCImin分別為上部結構、下部結構及橋面系第i類部件各構件得分的Z最小值；PCCI、BCCI及DCCI分別為上部結構、下部結構及橋面系第i類部件各構件的得分。

2.2橋梁各部位及總體技術狀況評定

根據表1～2計算得橋面系、上部結構、下部結構及橋梁總體技術狀況評分結果，見表3。

2.3橋例評定結果分析

橋梁總體技術狀況等級均為4類，相應的技術狀況描述為：“主要構件有大的缺損，嚴重影響橋例使用功能；或影響承載能力，不能保證正常使用?！钡珡臉蚶Y構檢測結果可知，橋面系、上部結構及下部結構主要受力構件并未發現較嚴重的損傷，橋梁結構均尚能滿足正常使用功能。產生各部件技術狀況評分值偏低的主要原因：

（1）構件各檢測指標扣分值偏高，存在明顯的不合理之處。表4橋例中上下游拱肋僅存在兩項標度為2的輕微的非結構性病害，各構件技術狀況評分值均為61.74，考慮系數t后，拱肋部件得分值為57.92。

（2）吊桿及系桿的評分均小于40分，極大地降低了橋梁上部結構技術狀況評分值。由表5可知幾種并不影響結構安全承載力及維持正常使用功能的輕微缺損病害，導致吊桿及系桿部件評分值均小于40分，其合理性有待進一步驗證。

以上分析可知，當部分評定指標較多的構件出現兩項以上的少量輕微病害并不影響結構安全承載力及維持正常使用功能的輕微缺損病害，就可能導致該主要部件則使該部件評為4類或5類部件，甚至最終導致全橋技術狀況為4類或5類。

3　評定方法探討分析

從以上橋例評定過程中發現，對于鋼管混凝土拱橋這種橋型評定方法仍存在一些問題與不足，本節主要對評定方法進行分析。

3.1權重分析

JTG/T H21-2011中將立柱與吊桿劃分成兩類不同的評價部件，其權重均為0.13，使立柱或吊桿的權重值遠小于拱肋和系桿的權重值0.28。由于中、上承式吊桿拱橋結構中吊桿對結構安全起著重要的作用，已發生的多次吊桿拱橋垮塌事故，大部分是由于部分吊桿失效引起。因此，僅考慮0.13的權重不能體現吊桿與立柱在結構中的重要性，建議將立柱與吊桿合并成吊桿（立柱），權重為0.26，將所有吊桿及立柱作為吊桿（立柱）這一部件的組成構件。

3.2橋梁技術狀況等級分類

JTG/T H21-2011將橋梁部件分為主要部件和次要部件，將“鋼-混凝土組合拱橋”主要部件定義為：拱肋、橫向聯結系、立柱、吊桿、系桿、行車道板（梁）、支座。這種劃分不合理，應增加橋墩、橋臺、基礎這三項。

JTG/T H21-2011中表3.2.4和表3.2.5中將主要部件和次要部件技術狀況評定標度分別劃分為5類和4類，但標準中僅給出了橋梁總體技術狀況、橋面系、上部結構及下部結構分類界限，并未制定部件評定標度分值界定標準。

3.3橋梁技術狀況評定計算

3.3.1橋梁構件的技術狀況評分

扣分值DPij不同的排序順序得出的l構件技術狀況評分值不同。當k≥2時，PMCIl、BMCIi及DMCIi值可能出現不唯一。如以上橋例中橋面系防排水系統評分：防排水系統出現兩種病害，分別為排水不暢和泄水管、引水槽缺陷，二者評定標度分別為2類和3類，相應的扣分值為25分和40分。當定義DPi1=25，DPi2= 40，得DMCIl=49.39；當定義DPi1=40，DPi2=25，得DMCIl=53.79。

因此，當k≥2時，U1…U2公式中的扣分值DPij應按照從大到小排列，本文以上橋例按此方法評分。

3.3.2橋梁部件的技術狀況評分

橋梁部件的技術狀況評分根據各部件所有構件的得分值，采用置信度為95%的t分布計算而得。另外，規定當上部結構中的主要部件某一構件評定值PMCIl在[0，60）區間時，其相應的部件評分值PCCIi=PMCIl；當下部結構中的主要部件某一構件評定值BMCIl在[0，60）區間時，其相應的部件評分值BCCIi=BMCIl。橋例中橋面板有兩片板得分值小于60，第一片板得分值為52.83，第二片板得分值為54.61。該情況下，PCCIi取值方法不明確。因此，上部結構或下部結構主要部件存在構件得分在[0，60）區間時，應取最差構件評分值。

3.4橋梁構件技術狀況評定

表1　上部結構和下部結構構件及部件評分結果

表2　橋面系構件及部件評分結果

表3　橋梁技術狀況評定結果

表4　部件評分結果分析

表5　吊桿及系桿評分結果分析

構件評定指標規定了定性和定量指標，鋼-混凝土組合拱橋上部結構構件評定指標中定性指標較多，評定結果受檢測人員的主觀因素影響較大。如管內混凝土填充不密實或脫空定性描述“數量極少”、“少部分”及“較多”；焊縫開裂定性描述“少量”、“較多”及“大量”；斷絲定性描述“極個別”、“個別”及“部分”等等。如何量化脫空或脫粘對結構承載力影響仍有待進一步的研究。

4　結語

運用標準JTG/T H21-2011對某中承式鋼管混凝土拱橋技術狀況進行了評定，分析了該標準對于鋼管混凝土拱橋這種橋型評定方法存在的一些問題與不足，并提出了改進的建議，為標準JTG/TH21-2011修訂提供參考。

[1]陳寶春.鋼管混凝土拱橋應用與研究進展[J].公路，2008，11：57～66.

[2]《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/TH21-2011）[S].北京：人民交通出版社，2011.

[3]《鋼結構超聲波探傷及質量分級法》（JG/T203-2007）[S].中國標準出版社，2007.

[4]《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/TJ21-2011）.北京：人民交通出版社，2011.

U446.3

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1673-0038（2015）32-0312-03

2015-7-21