某公路大橋養護專項工程實施方案研究

賈力

（河南省交通運輸發展集團有限公司三門峽分公司，河南三門峽472000）

1 項目概況

某公路大橋主橋為1×85m 簡支下承式鋼管混凝土系桿拱橋，橋梁全長91.6m，全寬44.8m。下部結構采用一字臺，鉆孔灌注樁基礎。該橋計算跨徑為85m，計算矢高f=20m，矢跨比為1/4.25，拱肋拱軸線采用二次拋物線。標準橋梁橫斷面寬44.8m=3m（欄桿+人行道）+4.5m（慢車道）+3m（拱肋、系桿）+0.5m（防撞墻）+22.8m（機動車道）+0.5m（防撞墻）+3m（拱肋、系桿）+4.5m（慢車道）3m（人行道+欄桿）。該橋拱肋鋼管內填充混凝土，系梁、端橫梁、中橫梁、中橫梁、墊石、橋面板均采用C50 混凝土；橋臺耳背墻、臺身、防撞墻采用C35 混凝土；承臺、人行道板和基座采用C30 混凝土；橋臺基樁采用C30 水下混凝土。拱肋鋼管（主弦管、腹桿、風撐鋼管）、吊點處鋼箱采用鋼板焊接成形，鋼材為Q345qD，人行道欄桿鋼材采用Q235 材質。吊桿采用PES 鍍鋅鋼絲拉索，鋼絲直徑為7mm，鋼絲束公稱截面積71.97cm2，表面熱鍍鋅，外包兩層HDPE 外套，拉索外徑125mm。鋼絞線采用低松弛高強度預應力鋼絞線，采用符合《預應力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224—2003）標準，單根鋼絞線直徑為15.2mm，鋼絞線公稱截面面積為A=139mm2，標準強度fPK= 1860MPa，彈性模量EP= 1.95 × 105MPa。普通鋼筋直徑≤10mm 采用HPB300 鋼筋，直徑≥12mm 采用HRB400 鋼筋。支座采用抗震型球形鋼支座JQZ 系列產品，其材料和性能須符合《橋梁球型支座》（GB/T 17955—2009）的規定[1]。

北側引橋為預應力連續T 梁橋：橋跨布置從北向南為l 聯（5×35m 預應力混凝土T 型梁）+16 聯（7×35m 預應力混凝土T 型梁）+2 聯（5×35m 預應力混凝土T 型梁）+l3 聯（5×50m 預應力混凝土T 型梁）+4 聯（4×50m 預應力混凝土T 型梁）。下部結構為空心墩、群樁基礎；主、引橋間兩連接墩蓋梁為預應力混凝土蓋梁，混凝土標號C50，預應力鋼材采用高強度低松弛鋼鉸線，標準強度1860MPa，張拉錨固采用OVM張拉錨固體系。

南側引橋為20m 預應力混凝土空心板梁橋，橋跨布置從北向南為3 聯（9×20m 預應力混凝土空心板）。橋臺下部為三肋板式臺身，鉆孔灌注樁基礎。橋墩為三柱式，橋面簡易連續，橋臺設DSB-80C 型伸縮縫裝置，橋墩設DSB-160 型伸縮裝置。支座采用盆式橡膠支座，橋頭路基及錐坡鋪砌采用7.5 號砂漿砌片石，10號水泥砂漿勾縫。

2 養護專項工程基本情況

2.1 歷年養護實施情況

一是2008年對鋼管拱進行整體刷漆，涂刷兩遍底漆+面漆，在2018年對局部漆面脫落進行了專項處置；二是鋼管拱灌漿自建成以來未曾進行過專項處置；三是2018年對鋼管拱拱座進行過專項處置，對全部大理石進行了重鋪，利用原大理石1300m2，更換新大理石100m2；四是伸縮縫自2010年以來進行過6 次養護專項工程（2013年、2015年、2016年、2019年），其中2019年的3 個養護專項工程涉及伸縮縫處置。

2.2 此次養護實施內容

結合某公路大橋現場勘查情況和近幾年的橋梁檢測結果，主要存在以下病害：

其一，主橋鋼拱架防腐體系使用年限超出設計使用年限，存在老化、褪色、顏色陳舊、局部銹蝕，拱座瓷磚部分松動、脫落等病害。

其二，主橋鋼管拱內混凝土存在空洞病害，且鋼管混凝土上球冠型脫空率大于0.6%或脫空高度大于5mm，按照《公路鋼管混凝土拱橋設計規范》（JTG/TD65-06—2015）要求，應對鋼管內混凝土脫空缺陷進行修補灌注。

其三，伸縮縫主要存在型鋼變形、型鋼斷裂、型鋼局部缺失，止水帶破損，錨固區混凝土存在破損、裂縫等病害[2]。

鑒于以上情況，從改善橋梁使用性能，提高橋梁構件安全性和耐久性，保障橋梁運行安全，提升城市整體形象的原則出發，需對某公路大橋主橋鋼管拱以及全橋的伸縮縫進行專項處置。

3 典型病害及成因分析

依據近幾年的橋梁檢測報告，該橋橋梁技術狀況評定等級為2 類。但主橋鋼管拱及伸縮縫等構件存在較多病害，病害的進一步發展將降低橋梁的耐久性，甚至危機橋梁的安全運營，現將某公路大橋存在的典型病害及其成因分析如下：

3.1 鋼管拱內混凝土脫空

通過對鋼管混凝土采用錘擊法結合非金屬超聲波法檢測，發現拱肋內鋼管混凝土局部存在脫空病害，經過調查統計鋼管混凝土脫空1338.6m，且鋼管混凝土上球冠型脫空率大于0.6% 或脫空高度大于5mm，按照《公路鋼管混凝土拱橋設計規范》（JTG/TD65-06—2015）要求，應對鋼管內混凝土脫空缺陷進行修補灌注。鋼管拱內混凝土局部脫空會導致混凝土支撐鋼管的作用減弱，對鋼管混凝土承載能力和剛度影響較大[3]。

3.2 鋼管拱防腐涂層老化

雖以往對鋼管拱進行過局部除銹刷漆，但隨著使用年限的增加，鋼管拱局部仍會出現表面漆顏色老化、局部漆剝落、銹蝕等現象。某公路大橋主橋鋼管拱、一字撐、K 型橫撐等鋼結構位于黃河正上方，加劇鋼結構表面漆病害的發展。目前，主橋鋼管拱、一字撐、K 型橫撐等鋼結構仍存在局部漆皮脫落等現象。

分析主要原因如下：

一是鋼管拱已使用16年之久，期間小修保養進行過局部除銹刷漆，根據《公路鋼管混凝土拱橋設計規范》（JTG/TD65-06—2015）鋼結構防腐涂層體系保護年限應為15年，已超出設計保護年限。

二是該橋地處暖濕帶大陸性季風氣候區，四季分明，旱年多，澇年少，夏秋熱，冬季寒冷干旱，長期的自然環境不斷的侵蝕著大橋的鋼結構外表面，進一步加劇鋼管拱表面漆病害的發展。

三是某公路大橋南段交通量大，大量的車輛尾氣會提高空氣中硫氧化合物的含量，降低鋼結構漆面的使用壽命[4]。

3.3 鋼管拱拱座大理石脫落

鋼管拱拱座瓷磚部分松動、脫落，給過往行駛車輛帶來安全隱患。分析主要原因如下：

其一，該橋運營時間長，拱座大理石的螺栓隨著年限的增長銹蝕、脫落。

其二，該橋地處暖濕帶大陸性季風氣候區，長期的自然環境不斷的侵蝕拱座。

其三，該橋車流量大且重車多，橋梁構件振動導致螺栓松動脫落。

3.4 伸縮縫病害

結合近年來橋梁養護記錄和現場勘查情況，橋梁伸縮縫主要是使用年限的增加，交通量的逐年增大，伸縮縫在車輛反復動力荷載及沖擊作用和承受疲勞、磨損等侵蝕下，出現型鋼變形、型鋼斷裂、型鋼局部缺失，止水帶破損，錨固區混凝土存在破損、裂縫等病害，經專項小組現場復核，目前共有32 道伸縮縫病害較為嚴重，其中D160 型伸縮縫31 道，D80 型1 道。型鋼斷裂、缺失位置大部分位于2、3、4 行車道處。

分析主要原因如下：

其一，病害多位于第三、四車道，該路段車流量大且行駛超重車輛多，在重車的頻繁沖擊作用下造成伸縮縫破損。

其二，該路段使用年限的增加，交通量的逐年增大，伸縮縫、止水、錨固區出現病害。

其三，伸縮縫與橋面鋪裝存在高差，造成車輛通行時，產生極大的沖擊力，導致后澆帶混凝土破損。

其四，型鋼伸縮縫錨固連接構造不合理，在車輛的沖擊作用下，出現脫焊等病害，導致型鋼松動[5]。

4 專項養護維修設計方案

4.1 設計原則

此次專項工程為橋梁維修加固，設計方案以恢復構件使用功能、恢復承載能力、增強安全性和耐久性為目的。此次維修加固設計遵循盡可能不損傷原結構，避免不必要的拆除及更換，防止加固中造成新的結構損傷或病害的原則，依據原橋梁竣工圖、設計圖、檢測評估報告和現場核對進行設計。設計中區分構件結構性病害與非結構性病害，對非結構性病害的構件維修方案以恢復使用功能和增強耐久性為主；對結構性病害以及受力構件維修加固以恢復構件使用功能和提高承載能力為主要措施。

4.2 病害維修處治方案

4.2.1 主橋鋼管拱鉆孔灌漿

該專項采用《公路橋梁加固施工技術規范》（JTG/T J23—2008）中的施工工藝，對鋼管拱內混凝土脫空區域填充無收縮灌漿料（推薦環氧樹脂類），無收縮灌漿料添加適量的微膨脹劑（通過試驗確定劑量），在管內脫空段按1m 左右間距鉆孔，孔徑10mm，在孔內插入長約100mm 鋼管做灌漿管，用環氧樹脂封閉固定；灌漿壓力應控制在0.2～0.6MPa 之間，灌漿應按自下而上順序進行；灌漿料固化3d 后，應用超聲波及人工敲擊檢測，脫空部分填充飽滿后，應復原封口，打磨平整，結合鋼管拱涂裝統一處置。該項目施工前應在試驗管上進行多次二次灌漿試驗，通過材料配合比試驗、試驗管壓漿試驗以及實橋鉆孔調查等手段，確定并順利實施拱肋壓漿方案，為實橋拱肋壓漿施工奠定良好的基礎，提供借鑒經驗。

4.2.2 主橋鋼管拱涂裝

根據橋梁檢測報告和現場勘查，鋼管拱存在漆面脫落、銹蝕等病害，考慮到修補鋼管拱鉆孔灌漿對漆面的磨損，鋼管拱灌漿一起處置可以利用現有的施工作業平臺，減少施工措施費，合理利用資源，提升橋梁整體形象。

此次專項采用局部銹蝕、整體涂裝的處置方案。涂層修復選擇的底層、中層、面層漆分別為環氧富鋅底漆、環氧（云鐵）漆、氟碳面漆。氟碳面漆具有抗褪色、抗起霜性、抗大氣污染（酸雨等）的耐腐蝕性、抗紫外線能力和抗裂性強等特性。具體處置方案如下：局部處置（因實際局部銹蝕面積的不確定性，工程量以實際發生為準），對鋼管拱局部銹蝕處采用人工+機械打磨除銹，等級達到《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》（GB/T.1 8923—2011）規定的Sa2 級。采用《公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件》（JT/T722—2008）制定的鋼結構防腐涂裝工藝說明，采用環氧富鋅底漆+環氧（云鐵）漆。

4.2.3 更換損壞伸縮縫裝置

由于該橋處于京港澳高速新鄭段的咽喉部位，交通量穩居全省首位，且貨車比例高，考慮該橋社會影響、施工便捷、降低施工安全隱患等因素以及往年伸縮裝置實施情況，此次更換伸縮裝置采用整體加強型雙層止水帶伸縮裝置+聚合物樹脂修補材料。此次專項伸縮裝置更換時，接縫位置應設在車道分界線處，在接縫處鋼梁頂部和側面搭焊4mm 鋼板進行加強，并對接縫處的焊縫進行無損檢測，檢測結果應滿足《鋼結構工程施工質量驗收標準》（GB 50205—2020）一級焊縫要求。

具體處置方案如下：首先，D80 伸縮縫處置是鑿除原橋伸縮縫破損的混凝土，拆除原橋的伸縮裝置，保留原伸縮縫預留鋼筋（部分具有利用價值的進行恢復），嚴重損壞位置，對主梁和背墻按25cm 間距植筋，與新伸縮縫（整體加強型雙層止水帶）鋼筋焊接，鋪設10cm×10cm 的防裂鋼筋網，最后伸縮縫錨固區澆筑聚合物樹脂修補材料。其次，D160 伸縮縫處置：鑿除原橋伸縮縫破損的混凝土，拆除原橋的伸縮裝置，保留原伸縮縫預留鋼筋（部分具有利用價值的進行恢復），嚴重損壞位置，對主梁按25cm 間距植筋，邊梁的錨固系統采用10mm 厚的焊接鋼板，與新伸縮縫（整體加強型雙層止水帶）焊接，鋪設10cm×10cm 的防裂鋼筋網，最后伸縮縫錨固區澆筑聚合物樹脂修補材料。

5 結語

通過組織召開養護專項工程實施方案專家評審會，會議認為施工圖設計文件編制內容基本全面，設計深度基本符合相關要求，設計方案基本可行。根據專家意見修改完善后，可以作為施工圖批復的主要依據。結合國內鋼管拱脫空處置情況，對鋼管拱內脫空病害處置應慎重。建議調研目前鋼管混凝土脫空的定量檢測手段，采用先進檢測方案對鋼管拱脫空病害進行重新檢測?？上冗M行試驗段，根據試驗段結果再確定下一步具體實施方案。