某鋼管混凝土拱橋缺陷分析及加固建議

陶東陽

摘要：鋼管混凝土拱橋在我國發展迅速，但存在的問題也逐漸顯現。某鋼管混凝土系桿拱橋在檢測后發現該橋存在鋼管脫空、吊桿銹蝕、錨頭銹蝕等常見病害以及主粱振動、剛度不足等動力缺陷。依據檢測結果，結合相關規范，對該橋提出加固建議，為以后鋼管混凝土拱橋的檢測與加固提供依據。

關鍵詞：鋼管混凝土；拱橋；缺陷；處治

1前言

據不完全統計，從1990年在四川建成旺蒼東河大橋第一座鋼管混凝土拱橋開始截至目前，我國已經建成的各類此類拱橋已超過330多座，我國已經成為世界上建造鋼管混凝土拱橋最多的國家。但由于早期修建鋼管混凝土拱橋時缺乏統一的設計、施工等規范，計算理論的不成熟以及交通量的增加導致這些拱橋的病害已經顯現。筆者通過結合相關工程實例，并對某鋼管凝土拱橋的病害和動力缺陷進行分析，為該類鋼管混凝土拱橋的加固設計和安全評估提供一定的依據。

2鋼管混凝土拱橋概況

某連續多跨鋼管混凝土拱橋是一座五孔中承式鋼管混凝土系桿拱橋，主拱拱肋共設置三道，截面形式采用啞鈴型，橫撐采用x形或直鋼管，跨徑形式為（30+3*80+30）m。大橋下部構造拱座、承臺采用鋼筋混凝土，承臺頂面設四棱臺拱座，橫向做成整體式，每個承臺下設鉆孔灌注樁，分隔墩采用柱式墩，蓋梁做成整體式。橋面形式為雙向四車道，寬度26.0m，設計荷載為公路—I級，并于2008年8月建成通車，至今已運營9年。

3主要病害結果

3.1主拱圈、橫向連接系缺陷

經檢查該橋拱肋多處錨頭正上方拱肋處焊縫開裂，拱肋焊縫局部開裂，拱肋及拱肋橫撐表面涂層掉落，局部拱肋灌注混凝土不密實，管內脫空，其中多處脫空嚴重。

鋼管混凝土只有在鋼管與管內混凝土緊密結合起來才能夠發揮其優越性，然而，由于兩種材料的性質的不同，再加上施工工藝的缺陷，導致管內混凝土易于與鋼管產生脫空、空洞等病害。鋼管混凝土拱橋普遍存在脫空的現象，而且脫空對鋼管混凝土拱橋會產生很大的影響，甚至直接威脅拱肋的承載力、剛度以及穩定性特性。

3.2槽形板缺陷

檢查中發現整體橋面板性能良好，尚能滿足使用要求。但在檢查中發現在該橋的橫梁頂部橋面設置伸縮縫位置，橋面晃動明顯，橋面板與橫梁拍擊現象比較嚴重，槽形板與橫梁拍擊位置有不同程度的破損。

3.3支座缺陷

該橋上次大修時在伸縮縫處橫梁上所設置的板式支座出現大面積缺失、脫空等他病害。產生這類病害的原因主要是，由于橫梁處橋面槽形板切開后，飛燕及拱上立柱為主梁提供的剛度顯著下降，造成主橋橫向一階振動頻率降低，伸縮縫位置橋面板晃動明顯，造成較多的支座脫空和缺失病害。

3.4拱座缺陷

檢查中，使用裂縫測寬儀和鋼卷尺檢測后發現該橋存在拱座修補后開裂現象，同時拱座存在橫向裂縫、豎向裂縫、斜向裂縫等病害。這些裂縫大多數寬度小于0.15mm，且大部分位于外側。分析成因，主要是由于大體積混凝土施工澆筑時，產生大量水化熱，混凝土降溫不均勻導致裂縫產生。在溫度作用下，鋼管與混凝土變形不協調導致。拱肋集中力導致混凝土表面局部應力過大產生裂縫。

3.5橋梁動力缺陷

該橋梁原設計為主梁采用剛性系桿，墩梁固結的飛燕三角區域給全橋提供了極大的整體剛度。2009年經過大修以后，主梁被切割、設置3道伸縮縫，飛燕三角區域為主梁提供的剛度喪失，造成剛度下降。同時，原短立柱對橋梁的橫向和豎向約束均被解除，造成主梁橫向和豎向剛度的嚴重下降。橋梁切割后的第一階振型為主梁反對稱橫飄，理論計算頻率為0.221Hz，與實測的0.194H z較為接近，基頻降低50%以上，橋梁動力剛度嚴重下降。

4加固建議

根據該橋的病害情況，可以采取一下加固措施：對鋼管混凝土內脫空位置進行鉆孔、灌漿處治：對主拱圈表層防護涂層脫落位置進行修補；吊桿下錨頭重新灌注防腐油脂至飽滿，吊桿不銹鋼套管焊縫開裂位置進行焊接，并注漿至飽滿：更換脫空、缺失支座：對拱座、橫梁等裂縫，根據規范采用裂縫灌注膠或環氧砂漿進行封閉；選擇合理的加固方式對橋梁進行加固，解決橋梁主梁橫向一階頻率過低、槽形板與橫梁拍擊、橋面晃動明顯等病害。

4.1主橋主拱肋鋼管脫空病害處治

對主拱肋頂面部分鋼管內不密實部位長度≥2m、寬度≥30cm的主拱脫空位置進行處理。通過在管內脫空段按1m左右間距鉆孔，清理鋼管內空洞區域，在孔中插入長約100mm鋼管作注漿管，用環氧樹脂膠封口固定，進行注漿處理。待標高較高孔漿體流出后，繼續壓漿至所溢出的漿體流速流暢及穩定時，停止注漿。灌漿料固化3d后，應用超聲波及人工敲擊檢測效果。脫空部分填充飽滿后，對注漿孔進行焊接處理，并打磨平整。

主拱肋脫空處理完成后，對主拱肋進行防腐涂裝。

4.2混凝土裂縫處治

對該橋主梁、拱座以及橫梁等混凝土構件的裂縫，可以通過裂縫封閉或灌漿進行處治。對于寬度<0.15mm的裂縫，采用環氧砂漿對其進行表面進行封閉處理。對于寬度≥0.15mm的裂縫，采用壓力灌注環氧樹脂法進行修補。裂縫處治完成后，涂刷混凝土防腐蝕耐久性彈性涂層。

4.3主梁動力缺陷處治

根據檢測結果可以得知，造成伸縮縫處槽形板與橫梁拍擊，支座缺失、脫空以及主梁晃動的主要原因是因為主梁的一階頻率過低。由于在2009年進行大修時，由于增加了切縫數量，橋面板的整體性大大降低，當有重型車輛經過橋面時，主梁晃動明顯，從而導致一系列新的病害。同時，原短立柱對橋梁的橫向和豎向約束均被解除，造成梁橫向和豎向剛度主的嚴重下降?？梢酝ㄟ^新調整主梁切割位置，并減少切縫的數量，增強橋面板的整體性，以提高橋梁結構的橫向和豎向基頻，改善目前的動力剛度不足問題。

結語垓橋在運營9年以后，出現了一系列的靜力和動力缺陷。根據檢測結果，分析產生病害的原因，在考慮靜力加固的同時，不能忽略了對動力方面的考慮，采用靜力與動力加固相結合的方式，可以有效解決這些缺陷。