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1、钢管混凝土系杆拱桥的养护摘要：近年来，我国陆续修建了数十座钢管混凝土拱桥、系杆拱桥。这些桥梁 建成后如何进行规范化管理、及时进行检查与养护维修工作，最大限度地延长桥 梁的使用寿命已成为我们必须面临的新课题。针对钢管混凝土系杆拱桥的自身结 构特点，探讨了钢管混凝土系杆拱桥各关键部位的检查与养护方法，提出了易损 件的更换办法，可为该类桥梁的日常管理与养护工作提供参考。关键词：钢管混凝土拱桥；系杆拱桥；桥梁养护1 引言 系杆拱桥为一种梁拱组合体系桥，以其造型美观、造价低廉备受人们喜爱，继 1990年我国建成第一座钢管混凝土系杆拱桥-四川旺苍东河桥以来，国内已陆 续建成了数十座这类桥梁。如：主跨360
2、 m的丫髻沙大桥、主跨288 m的奉节梅 溪河桥、主跨280 m的武汉晴川桥、主跨240 m的武汉江汉五桥等。据不完全统 计，我国目前已建或在建的主跨200 m以上的大型钢管混凝土系杆拱桥已将近 20座。但这种体系桥最致命的弱点是其横梁直接吊挂在吊杆上。而吊杆多又采用预应力 钢绞线，依靠钢绞线的预应力来抵抗荷载作用。一座桥中哪怕只有少数几根钢绞 线断裂，甚至一根钢绞线断裂都会造成灾难性的后果。这类不少，重庆小南门桥 即为典型事例。1990年建成的重庆小南门桥（已倒塌），主跨240米，建成时 为当时亚洲最大跨度的混凝土拱桥，在中承式拱桥中居世界第一位。其吊杆采用 21根15mm钢绞线，每根钢绞线
3、由75高强钢丝组成，外套钢套管。为考虑 换索方便，梁地面至人行道顶面灌硫磺粘结材料，中间灌水泥沙浆。两端采用 XM锚具。由于当地为酸雨地区，大气PH值约在4.6-5.6之间，环境腐蚀使外套 管锈穿，进而锈蚀到内部钢丝。腐蚀加剧了钢丝的应力集中，应力集中使钢丝应 力超过设计值，导致钢丝断裂、桥梁倒塌。大型桥梁工程投资大，社会经济影响大，确保它们的安全运营是关系到国计民生 的大事。桥梁建成后必须加强日常管理，经常进行检查及养护维修方能实现其设 计寿命。如不注意检查、养护或养护方法不当将会大大缩短桥梁的使用寿命，甚 至造成桥毁人亡的严重后果。在国外，特别是英美等西方发达国家，桥梁的养护、 健康检测和
4、修补加固在桥梁领域占主导地位，他们投入了大量的人力物力对桥梁 的养护和健康检测进行研究，业已形成较完善的桥梁养护制度。特别是大型桥梁， 由于其重要地位和复杂的结构受力形式，根据环境条件和结构特点，对每座桥梁 都建立了专门的技术档案，养护制度和健康检测体系，以科学的方法准确把握桥 梁的工作状态，对可能出现的隐患及时的预报和评估，及早采取适当的措施避免 桥梁的严重损害，延长桥梁的使用寿命，以确保桥梁的安全运营。目前，国内桥 梁的养护十分薄弱，大部分中、小型桥梁基本上没有进行养护，即使对大型桥梁， 其养护也存在着很大的盲目性，缺少采用定期检查和养护的制度，更没有对桥梁 的工作状态的连续监控，一般仅当
5、外观发现严重的问题时才修修补补。对于大型 桥梁，缺乏系统科学的保养制度将会显著缩短桥梁的使用寿命，甚至导致重大安 全事故的发生。随着时间的推移，由于养护不当，又加上气候的原因，目前我国 一些正在使用的桥梁已经出现病害，给桥梁的安全运营带来隐患。钢管混凝土系杆拱桥，作为一种新型桥梁，国内目前尚未出台关于该类桥梁完整 的设计规范，更无成熟的使用和养护经验可供借鉴。如何对这些已建桥梁进行规 范化管理、及时进行检查与养护维修工作，最大限度地延长桥梁的使用寿命已成 为我们必须面临的新课题。因此，有必要对钢管混凝土系杆拱桥养护技术进行研 究，以便有计划地改善此类桥梁结构的技术状态，确保桥梁的安全运营，最大
6、限 度地延长桥梁的使用寿命。受武汉市晴川桥建设指挥部委托，我院曾编著了武汉市晴川桥养护维修管理手 册。该手册针对系杆拱桥自身的结构特点介绍了系杆拱桥的日常管理与养护方 法，规定了桥梁行车日常管理要求；规定了桥梁各构件的日常检查方法、养护维 修技术要求及检修周期；规定了桥梁定期检测项目、周期及有关要求；规定了特 殊检查的范围与检查方法；推荐了桥梁技术状况的评定标准，提出了桥梁防腐周 期及易损件的更换要求。下面以武汉晴川桥为例，介绍钢管混凝土系杆拱桥各关 键部件的检查和养护方法。2 钢管混凝土系杆拱桥的构造特点 钢管混凝土系杆拱桥的拱肋为钢管混凝土结构，管内灌注混凝土。为避免拱脚部 位受到汽车意外
7、撞击，在拱脚段多采用实心混凝土拱肋。拱桥吊杆采用高强镀锌 平行钢丝，冷铸镦头锚具，热挤PE防护。吊杆上端固定于拱肋，下端固定于梁 底。为避免人为因素对吊杆的损坏，吊杆下端应安装有钢护管，管下安装有减振 圈。系杆为此类桥的关键部件，采用钢绞线体外索，由防锈油脂与热挤PE双层 防护。两端采用专用体外索锚具，有夹片放松装置，外加防护罩，锚下有一段长1 200 mm180 mm的钢管。系杆束是主桥的“生命”之索，除防撞护墙可防止 汽车翻入外，还沿系杆全长设有2层保护。第一层是钢筋混凝土 n形保护板， 第二层是钢箱。主桥纵、横梁采用预应力混凝土结构。3钢管混凝土系杆拱桥的经常性检查3.1钢管混凝土拱肋的
8、检查对钢管混凝土拱肋（含横向联结系）应检查涂层有无损坏或剥落，拱肋及联结系 的所有焊缝有无裂缝，尤其应注意检查拱座与拱肋交界的转折区及系杆锚固区混 凝土有无裂缝、积水。如发现结构有裂缝，应对有损伤裂缝的杆件和螺栓、焊缝 等标上颜色，经常观察其发展情况，并对裂缝起迄位置、缝宽等情况进行详细记 录。3.2吊杆及锚具的检查由于桥梁长期处于微震状态，必须对吊杆进行经常检查。第一、二年内一般可每 2个月检查1次，以后每半年检查1次。主要检查内容如下： 检查吊杆两端的锚固部位，包括吊杆端部及冷铸锚头、横梁锚固构造、吊杆套管 等是否有浸水、锈蚀和开裂、松动等。防护套管油漆是否完好，冷铸锚头有无松 动、裂缝或
9、破损。对吊杆的振动进行观察。观察吊杆振动是否明显（特别是在大风时），减振措施 是否损坏失效，防护套是否破坏；当桥上发生6级以上大风后，应检查吊杆有无 异常。为了分析吊杆的振动，应记录桥上风力、风速、风向和温度、湿度资料， 并进行分析。检查吊杆的防护层有无裂纹、破损、老化和积水，重点检查吊杆端部出口处钢管 护套以及钢管护套与PE护套连接处的外观情况。检查吊杆的钢管护套有无松动、 油漆脱落、锈蚀，套管顶是否密封，连接处有无渗水、漏水等。若套管破裂，吊 杆可能会因雨水的渗入而受到腐蚀。根据外观检查情况，适时抽检吊杆端部及减振器的防水情况和橡胶老化变质情况。3.3 系杆及防护板的检查 系杆及防护板应注
10、意检查系杆锚头、防护罩有无锈蚀，外部油漆有无损坏，连接 是否松动，防锈油脂有否向外渗漏，钢箱有无锈蚀。3.4 混凝土结构的检查对混凝土结构（含主桥纵、横梁，拱座处外包混凝土等）主要检查混凝土 有无裂缝、渗水、表面风化、剥落、露筋和钢筋锈蚀等。在日常检查中尤以混凝 土结构物的渗水、渗漏为最主要项目，并判断损坏情况。应重点检查吊杆锚头附 近及横梁预应力束锚头附近有无裂缝，纵横梁固结部分是否开裂。4 定期检查方法 在桥梁养护管理系统中，定期检查是采集结构技术状况动态数据的工作，为评定 桥梁使用功能，制定养护计划提供基本数据。定期检查除目视观察外，需要采用 专用的测量仪器以及望远镜、照相机、探查工具等
11、设备，接近或进入各部件对钢 管混凝土拱桥的主要部位和关键数据进行详细检查，检查其功能及其缺损状况。一般每隔12年进行1次。定期检查可以由养桥单位自检，也可委托具有一定 资质和丰富经验的专业单位进行。在检查后要形成报告，对受检部位和关键数据 要进行鉴定或作出评价。4.1 钢管混凝土拱肋的检查 构件是否扭曲变形、局部损伤、腐蚀生锈； 钢管混凝土拱肋及横向联结系的全部焊缝边缘（热影响区）有无裂纹或脱开； 涂层有无裂纹、起皮、脱落，构件是否腐蚀生锈。在接养大桥以后要对裸露的钢管混凝土作一次全面的探测。以手锤敲击四周，依 次延及全拱，以此方法来初测、判断管内混凝土是否填充密实或粘附良好。如出 现异声，就
12、可能有空洞存在，或有其他病变。应报请探测处治。4.2 吊杆部分的检查：吊杆检查的重点是：吊杆与主拱肋及横梁的锚固部位，即上下锚头处、吊 杆出口密封处、减振器等部位。应注意检查横梁锚垫板下混凝土周围是否有微裂 缝，吊杆的减振装置是否良好，防护套是否破坏，钢丝是否疲劳断丝，吊杆下锚 端的防水渗透装置是否良好，吊杆不锈钢护套和缠包带是否损坏。4.3 系杆的检查 系杆应注意检查锚头防护套外部涂层有无损坏，连接是否松动，防护油脂有否向 外渗漏，锚头、防护套是否破坏，钢丝是否疲劳断丝。应定期检查系杆预应力束 的应力，如发现应力损失超过设计容许值或各束松紧不均匀，应予补拉或调整。5 桥梁检测5.1 检测内容
13、 为了利于分析桥梁可能发生的病害原因，须对结构进行永久性控制检测。针对钢 管混凝土拱桥结构复杂的特点和养护要求，应定期测定桥面线形、纵向位移伸缩 量；定期测量拱肋在纵向，横向及垂直方向的变位以及拱桥跨度与矢度的变化； 定期测量控制断面应力、系杆预应力束及吊杆索力；定期测定其动力特性；定期 检测主拱肋、墩台有无异常的沉降、位移。为此，成桥后应在每墩（台）处，主 拱各吊杆处（上、下游）、拱座处设置固定观测点。桥梁的固定检测点的设置要 牢固可靠，应按永久性测量标志设定。当观测值出现异常时，应查明原因，委托 设计部门计算，采取措施进行处理。5.2 检测基准为确保各检测项目所获得的信息正确可靠必须建立桥
14、梁检测基准，其中包 括高程基准及平面位移检测基准。这些高程基准点和平面基准点均应定期进行检 测。在对不同周期观测资料进行分析的基础上，判定它们的稳定性，以便作为各 项检测项目的依据。5.3观测技术要求沉陷观测：高程基准网联测、桥墩沉陷与倾斜观测、桥面线形测量等均应按国家 水准测量规范的二等精度要求实施。考虑到桥面行车的活荷载对观测精度的影响 和不中断交通的条件下，每次观测的时间应选择在夜间至凌晨桥面车辆少的时间 段。桥墩沉陷、倾斜、桥面线形等观测点的高程测定均应闭合在已知高程的基准 点上。拱肋变位观测：拱肋在温度及桥面行车动荷载的作用下，时刻处于变化状态，并 且随着荷载重量的不同其摆动幅度亦有
15、差别。因此，每次观测时，应进行连续跟 踪观测，观测的时间间隔视车流量的大小而定，白天的时间间隔不宜超过2 h， 夜间车流量小，观测的时间间隔可适当长一点，每间隔34 h观测一次。连续 观测24 h。吊杆及系杆索力的测定：一般只进行恒载索力的测试，在第一、二次应选在冬季 和夏季各进行1次，以后每年进行1次，5年后视实际情况而定；索力测量应与 主梁线形测量同步进行。索力测量建议采用频率法。应力测量:定期对主拱肋控制断面应力进行测量。因钢管混凝土拱桥属新型桥梁, 目前国内对此类桥的疲劳问题、环向应力问题尚无深入的研究，因此，在实际的 养护过程中尤其应注意对拱座处焊接钢管的环向应力的测量。裂缝观测：若
16、桥上出现裂缝应注意跟踪观测，并分析原因。动力特性变化：由结构动力特性的变化可间接评判结构损伤程度。因此，应定期 测量结构动力特性及振型变化。测量的主要内容有：主梁动力特性及振型；主 拱肋动力特性及振型；吊杆动力特性及频率。5.4观测周期与观测时间变形检测的观测周期除特殊要求外，一般可在建成后的前5年每年观测1次。若 无异常时，以后每3年观测1次。每次观测的具体时间最好以年为周期（即每年 观测的季节或月份应基本相同）。钢管混凝土拱桥段桥面的线形观测应与索力测 量同步进行。6特殊检查6.1检查方法对桥梁结构有损害的意外情况发生时或发生后应进行特殊检查。特殊检查应根据 桥梁破损状况和性质，利用适当的仪器设备，采用现场勘探、试验等特殊手段和 科学分析方法，来查明桥梁病害原因、破坏程度和承载力，并对桥梁的技术状态 进行评定。以便采取相应的加固、改善措施。特殊检查通常委托桥梁检测中心或 具有这种能力的科研、
