馬志華

（南通市公路管理處,江蘇南通 226001）

0 前言

吊桿作為拱橋關(guān)鍵而又易損的構(gòu)件，由于在運(yùn)輸或施工過程中的損傷或使用過程中的老化、鍍鋅鋼絲腐蝕、開裂、斷絲等原因，相當(dāng)一部分在拱橋建成后不久便出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷，有的不得不提前維修或更換，甚至極個別斷裂導(dǎo)致橋梁倒塌。在目前發(fā)現(xiàn)的拱橋病害中，吊桿病害占絕大部分。例如1999年重慶綦江彩虹橋吊桿斷裂損毀、2001年四川宜賓南門大橋短吊桿斷裂及局部橋面垮塌、2007年江蘇省常州運(yùn)村運(yùn)河大橋坍塌、2011年福建省武夷山公館大橋橋面垮塌、2011年新疆維吾爾自治區(qū)庫爾勒市孔雀河大橋短吊桿斷裂及局部橋面垮塌等等[1-4]。嚴(yán)峻的事實(shí)使得橋梁工作者尤其學(xué)術(shù)界對柔性吊桿拱橋的安全性問題愈來愈重視。從已有毀橋事故或吊桿更換的現(xiàn)象看，柔性吊桿拱橋橋面坍垮或吊桿更換的起因大多是運(yùn)營階段吊桿斷裂或功能嚴(yán)重退化。但是，目前從業(yè)人員對柔性吊桿的潛在危險或關(guān)鍵性病害尚缺乏行之有效的檢測手段與評價標(biāo)準(zhǔn)，對其損傷退化行為尚缺乏足夠深刻的認(rèn)識。

為進(jìn)一步了解和掌握退役吊桿的實(shí)際服役狀況，把握柔性吊桿乃至拱橋結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性，本文選取南通市某拱橋更換后的柔性吊桿，對其索體和錨頭進(jìn)行了詳細(xì)的外觀檢查和試驗室檢測（護(hù)套和錨頭剖開）。掌握了吊桿索體和錨頭的實(shí)際服役狀況，獲取了柔性吊桿拱橋常見病害類型，為拱橋柔性吊桿的養(yǎng)護(hù)、更換及維修加固措施提供了技術(shù)依據(jù)。

1 工程概況

研究對象為主跨70 m的鋼管混凝土系桿拱橋。橋?qū)?7.2 m，矢跨比為1：5，拱軸線為拋物線。上部結(jié)構(gòu)由啞鈴形鋼管混凝土拱肋、橫向風(fēng)撐、平行鋼絲束吊桿、預(yù)應(yīng)力混凝土系桿與橫梁、橋面板組成。啞鈴形鋼管混凝土拱肋由兩個φ700×10mm鋼管和10 mm厚綴板連接而成，內(nèi)灌40號微膨脹混凝土。風(fēng)撐由兩個K撐和兩個一字撐組成，風(fēng)撐鋼管采用φ900×12 mm鋼管。吊桿由91絲φ5平行鋼絲束組成，間距4m。橋面系采用縱橫梁格上鋪橋面板體系，縱橫梁格由系桿和橫梁形成。下部結(jié)構(gòu)橋臺按空腹式輕型橋臺設(shè)計，樁基礎(chǔ)采用直徑1200 mm鉆孔灌注樁。汽車荷載等級：汽-20級，掛-100，雙向4車道。大橋總體布置如圖1所示。

圖1 某鋼管混凝土系桿拱橋總體布置實(shí)景

2 外觀檢查

選取大橋技術(shù)狀況劣化較嚴(yán)重的2#、4#、9#和10#吊桿為調(diào)查試件，重點(diǎn)查清吊桿護(hù)套、內(nèi)部鋼絲及錨頭表觀狀況。

2.1 2#吊桿檢查結(jié)果

2#吊桿外觀檢查的結(jié)果表明：吊桿下錨頭技術(shù)狀況劣化，錨杯外螺紋、錨帽輕銹蝕，表面出現(xiàn)成片紅色銹斑，錨杯內(nèi)環(huán)氧樹脂保護(hù)層局部破損；上錨頭、護(hù)套表觀狀況良好，索體下段（與下錨頭連接）護(hù)套表面有刮痕。檢查結(jié)果如圖2所示。

圖2 2#吊桿下錨頭錨杯外螺紋、錨帽銹蝕，表面出現(xiàn)成片紅色銹斑，護(hù)套表面刮痕實(shí)景

2.2 4#吊桿檢查結(jié)果

4#吊桿外觀檢查的結(jié)果表明：吊桿上、下錨頭技術(shù)狀況劣化，錨杯外螺紋、錨帽、連接桿銹蝕，表面被黃色銹斑覆蓋；索體表觀狀況劣化較嚴(yán)重，索體上段表面坑洞、刮痕，露出內(nèi)層黑色HDPE，下段護(hù)套局部有較深刮痕。檢查結(jié)果如圖3所示。

圖3 4#吊桿上、下錨頭錨杯銹蝕，表面被黃色銹斑覆蓋，護(hù)套表面坑洞、較深刮痕實(shí)景

2.3 9#吊桿檢查結(jié)果

9#吊桿外觀檢查的結(jié)果表明：吊桿上、下錨頭技術(shù)狀況劣化，錨杯外螺紋、錨帽、連接桿銹蝕，有黃色銹斑；錨杯內(nèi)環(huán)氧樹脂保護(hù)層破損、鋼絲墩頭銹蝕；索體下段護(hù)套局部有刮痕。檢查結(jié)果如圖4所示。

圖4 9#吊桿上、下錨頭銹蝕，有黃色銹斑，錨杯內(nèi)環(huán)氧樹脂保護(hù)層破損、鋼絲墩頭銹蝕，護(hù)套刮痕實(shí)景

2.4 10#吊桿檢查結(jié)果

10#吊桿外觀檢查的結(jié)果表明：吊桿下錨頭技術(shù)狀況劣化，錨杯外螺紋、錨帽、連接桿銹蝕，表面被黃色銹斑覆蓋；錨杯內(nèi)環(huán)氧樹脂保護(hù)層局部破損；索體下段護(hù)套局部有刮痕，護(hù)套和連接桿處有間隙，露出黑色HDPE。檢查結(jié)果如圖5所示。

圖5 10#吊桿下錨頭銹蝕，有黃色銹斑，護(hù)套和連接桿處有間隙，露出黑色HDPE實(shí)景

3 試驗室檢測

經(jīng)過外觀檢查的吊桿，為進(jìn)一步了解索體內(nèi)鋼絲的銹蝕狀況、錨杯內(nèi)鋼絲和環(huán)氧填充料的結(jié)合情況，掌握吊桿的健康狀況，將其中銹蝕較嚴(yán)重的4根吊桿及錨頭送至浦江纜索廠進(jìn)行了深入的檢測。重點(diǎn)打開了2#吊桿上錨頭，4#吊桿上、下錨頭，9#吊桿下錨頭。重點(diǎn)查清錨頭及護(hù)套內(nèi)部是否積水或冷凝水，鋼絲（索體及錨頭內(nèi)部）是否存在銹蝕、開裂、斷絲、脫錨，環(huán)氧填充料是否密實(shí)、有無銹斑殘留。

3.1 2#吊桿檢測結(jié)果

試驗室檢測結(jié)果表明：上錨頭及護(hù)套內(nèi)有冷凝水；錨杯內(nèi)表面輕微銹蝕，環(huán)氧鐵珠澆注體不密實(shí)，表面有蜂窩及銹斑殘留，錨杯內(nèi)鋼絲完好；索體內(nèi)鋼絲鍍鋅層輕微銹蝕，表面出現(xiàn)白色鋅粉。檢查結(jié)果如圖6所示。

圖6 2#吊桿錨頭及護(hù)套內(nèi)有冷凝水，環(huán)氧鐵珠表面有蜂窩及銹斑殘留，鋼絲鍍鋅層輕微銹蝕，出現(xiàn)白色鋅粉實(shí)景

3.2 4#吊桿檢測結(jié)果

試驗室檢測結(jié)果表明：上、下錨頭及護(hù)套內(nèi)均有冷凝水；錨杯內(nèi)表面有深色銹斑，分絲板銹蝕，表面被深色鐵銹覆蓋，環(huán)氧鐵珠澆注體表面有蜂窩及銹斑殘留；索體上段護(hù)套內(nèi)鋼絲表面有白色斑點(diǎn)，表面鍍鋅層輕微銹蝕；索體下段護(hù)套內(nèi)鋼絲表面覆滿白色鋅粉，局部出現(xiàn)黃色銹斑，但按鋼絲銹蝕的分級標(biāo)準(zhǔn)，銹蝕程度為II級，對鋼絲力學(xué)性能影響較小。檢查結(jié)果如圖7所示。

圖7 4#吊桿錨杯內(nèi)表面有深色銹斑，分絲板銹蝕，索體下段護(hù)套內(nèi)鋼絲表面覆滿白色鋅粉，局部出現(xiàn)黃色銹斑實(shí)景

3.3 9#吊桿檢查結(jié)果

試驗室檢測結(jié)果表明：上錨頭及護(hù)套內(nèi)均有冷凝水；錨杯內(nèi)表面及鋼絲墩頭銹蝕，有黃色銹斑；錨杯內(nèi)鋼絲完好，護(hù)套內(nèi)鋼絲表面覆滿白色鋅粉，部分鋼絲表面顏色變暗。檢查結(jié)果如圖8所示。

圖8 9#吊桿錨杯內(nèi)表面及鋼絲墩頭銹蝕，有黃色銹斑，護(hù)套內(nèi)鋼絲表面覆滿白色鋅粉，部分鋼絲表面顏色變暗實(shí)景

3.4 銹蝕鋼絲含鋅量測試

為了解護(hù)套內(nèi)鋼絲表面鍍鋅層的銹蝕程度，從銹蝕鋼絲中選取了銹蝕較為嚴(yán)重的三根進(jìn)行了含鋅量測試，測試現(xiàn)場如圖9所示。測試結(jié)果如表1所列。根據(jù)《斜拉橋熱擠聚乙烯高強(qiáng)鋼絲拉索技術(shù)條件》（GB/T18365-2001）規(guī)定[5]，鋼絲單位面積鍍鋅重量應(yīng)不小于300 g/m2，一般在300 g/m2～350 g/m2之間。由表1可知：3個試驗樣本的鍍鋅層含量在313 g/m2～347 g/m2之間，所以鋼絲鍍鋅層僅輕微銹蝕，而鋼絲基體沒有發(fā)生銹蝕，鋼絲力學(xué)性能不受影響。

圖9 鍍鋅層重量損失測試實(shí)景

表1 銹蝕鋼絲含鋅量測試結(jié)果一覽表

4 結(jié)論

（1）索體護(hù)套存在刮痕、坑洞等病害，部分刮痕較深，已露出內(nèi)層黑色HDPE，剝開索體護(hù)套檢測，發(fā)現(xiàn)索體護(hù)套內(nèi)有冷凝水。

（2）部分吊桿錨杯內(nèi)環(huán)氧鐵珠澆注體不密實(shí)，表面有蜂窩、坑洞等，澆注體表面有銹斑殘留；砸開環(huán)氧鐵珠后可發(fā)現(xiàn)，錨杯內(nèi)鋼絲完好。

（3）錨杯內(nèi)環(huán)氧樹脂保護(hù)層破損，造成鋼絲墩頭銹蝕；錨杯外螺紋、內(nèi)螺紋銹蝕、螺母銹蝕較普遍，部分吊桿錨杯銹蝕嚴(yán)重，出現(xiàn)成片深色銹斑。

（4）鋼絲表面鍍鋅層開始銹蝕，出現(xiàn)白色鋅粉，4#吊桿下錨頭局部出現(xiàn)黃色銹斑，但按鋼絲銹蝕的分級標(biāo)準(zhǔn)，銹蝕程度為II級，對鋼絲力學(xué)性能影響較小。

（5）含鋅量測試結(jié)果表明，鋼絲表面鍍鋅層含量在313 g/m2～347 g/m2之間，鍍鋅層輕微銹蝕，而鋼絲基體沒有發(fā)生銹蝕，鋼絲力學(xué)性能不受影響。

[1]孔慶凱.大跨中承式拱橋短吊桿結(jié)構(gòu)行為研究[D].成都:西南交通大學(xué),2003.

[2]湯國棟,楊宏,朱正剛，等.拱橋吊桿及拉索的健康診斷[J].公路,2002,（9）:36-41.

[3]汪禮順.重慶綦江彩虹橋垮塌事故的力學(xué)分析[J].江西科學(xué),2000,18(1):58-59.

[4]李元兵.拱橋吊桿力學(xué)行為及損傷退化研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2008.

[5]GB/T18365-2001，斜拉橋熱擠聚乙烯高強(qiáng)鋼絲拉索技術(shù)條件[S].