海洋環境下鋼-混結構橋梁營運期病害對橋梁養護的啟示

■吳文生

（福建省高速公路集團有限公司泉州管理分公司，泉州 362000）

1 引言

隨著中國鋼材產量的提高，鋼結構加工與制造技術的發展，鋼橋的建造數量在不斷地增加[1]。福建省擁有長達3751.5km的陸地海岸線，沿海島嶼達1500多個，江河水系發達。近年來新建的跨江、跨海橋梁，鋼箱梁因其抗扭性能好、施工速度快、現場拼裝方便、自重小、跨越能力大等優點受到廣泛運用。

大橋建成之后，在漫長的設計使用年限內，大橋養護工作是維持橋梁營運安全的重要保障。福建省在鋼結構橋梁建設起步較晚，已建成的大跨徑鋼結構有廈門海滄大橋、廈漳跨海大橋、泉州灣跨海大橋、瑯岐閩江大橋等。在海洋環境下鋼結構橋梁的養護缺乏相應的經驗儲備。本文作者將結合泉州灣跨海大橋主橋近年的養護定期檢查結果，對現場病害進行總結，病害成因分析，為福建省海洋環境下鋼結構橋梁營運期養護工作積累經驗。

2 項目概況

泉州灣大橋路線主線全長26.67km。項目主體工程泉州灣跨海大橋，橋長 12.45km。通航主橋（70＋130＋400＋130＋70m）雙塔分幅組合梁斜拉橋。橋面位于R=20000m、切線長T=400m、外矢距E=4m的圓弧豎曲線上，最大縱坡為2%。頂板設2%單向橫坡，主梁底板保持水平。大橋于2012年1月10日開工建設，2015年5月12日完成交工驗收，正式通車運營。主橋橋型布置圖如圖1所示，大橋建成整體如圖2所示。

主梁采用分幅型式，單幅主梁為抗風性能好、造型美觀的PK式流線形扁平組合梁，除索塔處主梁外，兩側均設置風嘴。兩幅梁全寬56.49m（含風嘴），單幅梁含風嘴寬27.41m（含風嘴）、不含風嘴頂板寬23.85m，梁高3.5m（單幅箱梁中心線處），其中鋼梁中心線處梁高3.1m。主梁標準橫斷面圖如圖3所示。斜拉索采用抗拉標準強度為1670MPa平行鋼絲斜拉索。全橋共288根斜拉索。

圖1 主橋橋型布置圖

圖2 泉州灣跨海大橋主橋照片

圖3 主梁標準橫斷面圖

3 營運期間鋼結構橋梁養護重點

根據規范[2-3]的相關要求，對鋼結構橋梁營運期間養護的重點整理匯于表1。

4 營運期間橋梁病害檢查結果及成因分析

2017年，泉州灣跨海大橋進行了通車后兩年的定期檢查。相關檢測單位對斜拉鋼箱梁主橋進行了詳細的外觀檢查。本文匯總大橋的定期檢查情況，并對主橋病害進行成因分析。

表1 鋼結構橋梁營運期間養護重點

4.1 橋梁病害檢查結果

（1）主橋鋼-混凝土組合梁結構主要存在的病害情況見表2。典型病害照片如圖4～圖5所示。

表2 主橋鋼-混凝土組合梁主要病害情況匯總表

圖4 箱梁內部混凝土頂板斜向裂縫

圖5 箱梁內部鋼結構焊縫銹蝕

（2）斜拉索系統主要存在的病害情況

本次對全橋全部斜拉索進行檢查，斜拉索護套存在5處劃痕，將軍帽螺栓多處銹蝕，并有13處拼縫開裂現象，索塔鋼錨梁連接螺桿存在27處缺失。錨頭與錨拉板基本無破損。典型病害照片如圖6～圖7所示。

圖6 斜拉索護套劃痕

圖7 南塔右柱第17排1號錨頭螺桿缺失

（3）索塔主要存在的病害情況

本次對橋塔及橫梁內表面包括塔冠、上塔柱（左、中、右肢）、上橫梁（包括天窗）、中塔柱（左、中、右肢）、下橫梁、下塔柱（左、中、右肢）的內表面及塔柱內隔板的頂底面進行檢查，檢查結果匯總見表3。典型病害照片如圖8～圖9所示。

表3 主橋索塔主要病害情況匯總表

（4）索力測試結果

用環境隨機振動法測定斜拉索的索力。實測索力分布如圖10所示。本期實測索力和設計的索力比較，基本相對誤差在±10%內。

4.2 病害成因分析

根據現場檢查結果，對典型病害進行成因分析，為養護措施的開展提供針對性的方向。病害產生可能原因分析：

圖8 豎向裂縫

圖9 混凝土網裂

圖10 右幅外側索面索力分布圖

（1）索塔豎向裂縫

調查泉州灣大橋交工驗收報告發現，交工時就存在較多豎向裂縫，最可能導致裂縫出現的原因是變形荷載引起。首先，混凝土在澆注過程水化熱作用下，內部升溫很大，外表面混凝土降溫較快，由于壁表面和中心之間水化熱的不均勻降溫和不均勻收縮將引起顯著的自約束應力；另外，橋塔是一個“回”字形箱體結構，由于混凝土材料傳熱性質和橋塔的壁厚原因，在周期性溫差（日溫差）作用下，會出現傳熱及熱應力的“滯后”現象，塔外溫度變化較塔內溫度變化明顯，容易形成箱形截面塔體內外側不均勻的溫差與收縮差，引起彎曲應力，其與自約束應力兩者疊加，可能會導致裂縫出現。

（2）主梁存在少量橋面板縱向裂縫、斜向裂縫

鋼-混凝土組合梁是通過抗剪連接件將鋼梁與混凝土橋面板連接起來，共同承受外部作用、協調變形的梁。鋼-混凝土組合梁混凝土橋面板由于材料熱惰性不同受到抗剪連接件的縱向剪力作用會發生縱向開裂的現象。另外混凝土自身的收縮徐變也是橋面板裂縫的主要原因之一。

（3）主梁局部存在銹蝕的跡象

銹蝕發生的直接原因是鋼材長期暴露于潮濕的空氣中引發的化學反應，發生銹蝕的間接原因是箱內空氣濕度較大，空氣濕度較大的原因有：

①檢測發現箱內有積水現象，橋面板有滲水痕跡；

②箱梁門未密封甚至敞開；

③箱梁內除濕系統未能正常運行，不能及時降低空氣濕度。

5 檢查結果對養護工作的啟示

（1）由于在海洋環境下，高鹽、高濕度的因素會促進鋼結構橋梁的腐蝕發展，養護工作要以結構的抗腐蝕保護措施的完整性、鋼結構構件和現場焊接部位作為日常養護的重點項目。

（2）及時對已發現的病害情況進行整改，按照修復規范，開展病害修復工作，特別是在如何做到耐腐蝕的修復是關鍵。

（3）針對檢查結果，編制泉州灣跨海大橋養護手冊，對可能長期存在的病害要開展針對性的檢查養護工作。

（4）由于泉州灣跨海大橋目前運營時間較短，鋼結構部位疲勞病害尚未表現。本文結合其它同類型橋梁的長期病害檢查結果，作為未來養護工作開展過程中需要加強檢查和管理養護的地方。

6 結語

（1）“建橋難，養橋更難”。特別是在高鹽、高濕惡劣海洋環境下，作為一項投入巨大的橋梁工程，養護管理部門應該以高度的責任心來養護、維持橋梁營運期間的狀態，保障橋梁的安全性。

（2）管理養護者在日常管理養護中學習、吸取經驗，特別是針對海洋環境下鋼結構部位的檢查，在日常養護中要作為重點。

（3）收集至交工驗收以來的鋼結構病害檢查數據，對病害歷年發展情況進行總結分析，對有延續性的發展病害作為下一次周期性檢查的關注重點。

（4）目前部分橋梁的損壞是有養護不到位引起的，需要對養護工作者敲響警鐘，現場養護過程中，對疲勞裂紋的檢測及處理要及時。