銅陵市長江公路大橋病害分析與加固應(yīng)用探討

更新時間:2023-06-07 12:05:04 閱讀：評論：0

Vol.47,No.l6第47卷第1期January,2°21Sichuan Building Materials2021年1月銅陵市長江公路大橋病害分析與加固應(yīng)用探討

何慶爲(wèi)孫盼盼b，華倩文b，郭喜龍爲(wèi)范偉*

（銅陵學(xué)院乩建筑工程學(xué)院;b.數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院，安徽銅陵244000）

摘要：論述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因及其控制處理技術(shù)，對于不同類別的裂縫成因進(jìn)行歸納，同時對目前常用的裂縫控制處理措施進(jìn)行總結(jié)和分析。橋梁經(jīng)加固后，其結(jié)構(gòu)性能、承載力和耐久性方面都能達(dá)到使用上的要求。比重建新橋節(jié)約60%-70%以上的費(fèi)用才是可行的、有意義的。包括因加固橋梁中斷交通造成的經(jīng)濟(jì)損失。針對橋梁材料、工藝、環(huán)境和維護(hù)等因素，建立一套健全的橋梁設(shè)計(jì)方案，以期做到材料最簡化、質(zhì)量最大化。

關(guān)鍵詞：大跨度斜拉索大橋、銅陵市長江公路大橋、橋梁病害、橋梁加固應(yīng)用

中圖分類號:U445.7文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號:1672-4011（2021）01-0174-03

DOI：10.3969/j.issn.1672-4011.2021.01.087

0前言

橋梁，飛躍深谷，橫跨河流，是交通事業(yè)中重要組成部分。我國坐擁長江、黃河等大江大流，橋梁交通在交通運(yùn)輸中起著舉足輕重的地位，但是經(jīng)過研究，我國目前的道路橋梁存在著一定程度的病害，并且這些病害已經(jīng)導(dǎo)致25%的道路橋梁成為危橋，不僅阻礙了社會的發(fā)展，而且在一定程度上對人們的人身以及財(cái)產(chǎn)安全造成了威脅。因此，加強(qiáng)對病害橋梁的加固技術(shù)研究是目前我國道路橋梁建設(shè)企業(yè)的首要任務(wù)。橋梁作為交通運(yùn)輸樞紐其強(qiáng)度和剛度需要達(dá)到極高標(biāo)準(zhǔn)，而且還要具備一定的穩(wěn)定性和延續(xù)性。由于混凝土性能良好且造價保守，是道路橋梁首選的建筑材料。但是鋼筋混凝土的道路橋梁結(jié)構(gòu)也容易產(chǎn)生一些常見的病害。而橋梁本身的老化問題也亟待解決，錢塘江大橋是我國第一架自主設(shè)計(jì)建造的現(xiàn)代化橋梁，距今已有80年的歷史。隨著時間的推移，橋梁所處的溫度與濕度的變化，受水流或風(fēng)雨的侵蝕，再加上車輛荷載增大，車輛頻率增加，橋梁結(jié)構(gòu)與材料的疲勞都在加速橋梁的老化。再加上早期建造的橋梁的資金緊缺，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，建造技術(shù)稍弱使得現(xiàn)在一些橋梁正在變成老橋甚至危橋。橋梁的老化不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的交通運(yùn)輸要求。這時候?qū)蛄旱牟『麚p進(jìn)行分析、評估。

銅陵長江大橋是安徽境內(nèi)的第一座跨江公路大橋。大橋于1991年12月15日開始動工，于1995年10月1日完成主橋合龍工程，大橋全線貫通；于1995年12月26日通車運(yùn)營。位于我國安徽省銅陵市羊山磯下游600m處，連接楓陽縣東西兩岸，西起于普濟(jì)號橋，上跨長江水道，東至上水橋樞紐；銅陵長江大橋

為七孔連續(xù)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土雙塔雙索面斜拉橋，全長2592m，其中主橋長1152m，南引橋710m，北引橋730m，橋?qū)?0m，主橋采用（80+90+190+432+190+ 90+80）跨徑布置，主跨長432m o主塔為H形橋塔，分上、中、下三部分，索塔采用環(huán)向預(yù)應(yīng)力束來平衡索力產(chǎn)生的彎矩，塔柱內(nèi)設(shè)有勁性骨架。斜拉索采用無粘結(jié)鋼絞線拉索，內(nèi)選采用多股高強(qiáng)度、低松弛、熱鍍鋅平行鋼絞線索，總投資4.5億人民幣，橋面為雙向四車道高速公路，設(shè)計(jì)速度為100 km/h o

本文以銅陵長江公路大橋?yàn)槔瑢ζ錁蛄翰『庸虘?yīng)用進(jìn)行分析探討O

1研究方法

橋梁結(jié)構(gòu)表觀狀況檢查主要是檢查橋梁的表觀損傷，測量橋梁的空間位置以及斜拉索索力等。檢查基本項(xiàng)目如下。

1）橋梁基本幾何尺寸調(diào)查。利用全站儀以及卷尺量尺對該橋不同構(gòu)件的結(jié)構(gòu)幾何尺寸進(jìn)行測量并與竣工資料以及該橋歷次維修、加固等有關(guān)資料進(jìn)行對比。

2）梁體及索塔混凝土外觀檢查。檢查橋梁結(jié)構(gòu)混凝土表面平滑度，混凝土表面是否有風(fēng)化剝落（掉角）露筋、鋼筋銹蝕、蜂窩麻面、孔洞、碳化等。

3）梁體及索塔裂縫外觀檢查。以目測為基礎(chǔ)，對全部裂縫進(jìn)行逐點(diǎn)逐條的標(biāo)記并繪制圖表，再進(jìn)行實(shí)

際裂縫檢查O 4）支座外觀檢查。支座作為本橋主要的傳力構(gòu)件，支座檢查時應(yīng)先確定支座類型，然后確定支座各組件及其附屬構(gòu)件是否無損。

5）墩臺、基礎(chǔ)外觀檢查。主要包括：對墩臺、基礎(chǔ)的不均勻沉降、偏移進(jìn)行檢查；對墩臺（包括蓋梁等）、基礎(chǔ)的外表面混凝土進(jìn)行檢查。

6）橋面系構(gòu)造外觀檢查。主要包括橋面鋪裝、伸縮縫、橋墩、人行道、橋面橫縱坡、排水構(gòu)造物、橋上交通等設(shè)施和橋面線形的檢查。例如伸縮縫是否積水、堵塞、破損、跳車等；排水構(gòu)造物是否破損、堵塞等；橋面護(hù)欄是否破損、松動等。

7）結(jié)構(gòu)空間位置測量。利用全站儀、精密水準(zhǔn)儀等測量儀器測量主梁的線型、索塔的偏位等結(jié)構(gòu)空間位置的變化。

2橋梁主要構(gòu)件的損傷檢測

2.1混凝土整體澆筑質(zhì)量檢測

采用聲波CT技術(shù)檢測重點(diǎn)梁段結(jié)構(gòu)的質(zhì)量情況（混凝土均勻性、密實(shí)性、強(qiáng)度等指標(biāo)情況），評估混凝土整體澆筑質(zhì)量。

2.2混凝土強(qiáng)度及碳化深度檢測

對橋梁的梁體、橋塔、墩柱各取代表性的構(gòu)件進(jìn)行混凝土強(qiáng)度及碳化深度檢測分析。

2.3裂縫深度和寬度檢測

裂縫深度和寬度檢測是在梁體裂縫外觀檢查之后對結(jié)構(gòu)的主要裂縫進(jìn)行的專項(xiàng)無損檢測，采用的儀器為裂縫測寬儀和裂縫測深儀。

收稿日期：2020-11-10

作者簡介：何慶（1999—），男，安徽銅陵人，在讀本科，主要學(xué)習(xí)和研究方向：土木工程。

基金項(xiàng)目：安徽省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目：對橋梁結(jié)構(gòu)損傷病害分析及加固應(yīng)用探討—

—以銅陵市長江公路大橋?yàn)槔⊿201910383336）

6 iJ g 坊

Sichuan Building Materials

第47卷第1期2021年1月

Vol.47,No.l January, 2021

2.4 混凝土保護(hù)層檢測

對橋梁的梁體、橋塔、墩柱各取代表性的構(gòu)件進(jìn)行鋼筋

位置定位及混凝土保護(hù)層檢測。儀器采用鋼筋位置測定儀進(jìn)行測試。可以準(zhǔn)確推知各結(jié)構(gòu)混凝土保護(hù)層厚度、鋼筋位

置、布筋情況以及鋼筋直徑。

2.5鋼筋銹蝕情況檢測

在橋梁的梁體、橋塔、墩柱上各取代表性的構(gòu)件，在以上

構(gòu)件中的混凝土脫落、掉腳、露筋、鼓包、不平整的部位中選

取代表性部位采用鋼筋銹蝕儀進(jìn)行測試。

2.6氯離子含量檢測

對橋梁的代表性構(gòu)件按不同深度進(jìn)行現(xiàn)場取樣。將樣

品帶回試驗(yàn)室采用氯離子含量測定儀對樣品進(jìn)行化學(xué)分析

以測定氯離子含量。測定結(jié)果須能反映氯離子在混凝土中

隨深度的分布，根據(jù)鋼筋處的混凝土氯離子含量判斷引起鋼

筋銹蝕的危險性。

3斜拉索專項(xiàng)檢測

斜拉索檢測主要目的是了解斜拉索及其錨固系統(tǒng)是否

發(fā)生銹蝕，測定斜拉索當(dāng)前索力，為橋面鋪裝更換時的索力

調(diào)整提供依據(jù)。

主要檢測內(nèi)容包括:①采用斜拉索檢測機(jī)器人對斜拉索 PE 護(hù)套的外觀進(jìn)行檢查，看是否有開裂和破損;②打開斜拉

索梁端將軍帽，檢查內(nèi)置減振器是否損壞，索道管內(nèi)發(fā)泡材

料是否失效，索道管內(nèi)是否積水;③檢查斜拉索外置減振器是否損壞失效，觀測斜拉索的風(fēng)振和雨振狀況;④打開塔端

和梁端冷鑄錨上的螺紋，螺母是否銹蝕和缺少防護(hù)油;⑤采用高被攝像系統(tǒng)，對斜拉索上端內(nèi)置減振器封閉情況進(jìn)行觀察;⑥進(jìn)行索力的全面檢測。將檢測結(jié)果與竣工時的索力進(jìn)

行比較，找出索力變化大于10%的斜拉索。對索力變化較大的索，破損嚴(yán)重的斜拉索，將對該索進(jìn)行PE 護(hù)套開倉檢查，

開倉范圍根據(jù)實(shí)際情況確定，一般為0.1mX0.2m o 對開倉的斜拉索采用專用塑料焊槍修補(bǔ)恢復(fù)。

4橋梁結(jié)構(gòu)檢算

通過對橋梁各個結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測分析，檢算分析。

4.1箱梁斷面橫向受力檢算

利用橋梁靜力線性計(jì)算或橋梁博士將單位長度的箱梁

斷面簡化成平面模型進(jìn)行橫向框架分析，以計(jì)算箱梁斷面橫

向受力的安全性。

4.2上部結(jié)構(gòu)運(yùn)營階段計(jì)算

采用MIDAS/Civil 進(jìn)行計(jì)算。首先進(jìn)行全施工過程的

模擬，在得到成橋狀態(tài)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力后，計(jì)算運(yùn)營階段受力。

4.3結(jié)構(gòu)損傷模擬計(jì)算

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的檢查、檢測以及荷載試驗(yàn)的結(jié)果，采用

測量的實(shí)際線形，對模型采用損傷模擬的方式了解橋梁真實(shí)

的受力狀態(tài)。計(jì)算考慮的幾種主要病害損傷如下：預(yù)應(yīng)力損

失，收縮徐變效應(yīng)，裂縫，剛度折減等。在計(jì)算中，將同時考

慮汽車超載的影響。擬采用MIDAS/Civil 進(jìn)行計(jì)算，再由橋梁博士進(jìn)行復(fù)核。

4.4構(gòu)造及細(xì)部復(fù)核

橋梁的主要構(gòu)造及細(xì)部的局部驗(yàn)算。包括梁段局部，斜

拉索錨固區(qū)，支座處等的局部驗(yàn)算。本項(xiàng)驗(yàn)算擬采用通用有限元分析軟件ANSYS 進(jìn)行。

5結(jié)構(gòu)性能評估

根據(jù)檢測結(jié)果，按照《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG H11-

2004）進(jìn)行結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀評估。對千大型橋梁的總體或橋梁構(gòu)件

的評估，可采用以下兩種方法：

5.1直接評估法

依據(jù)大橋橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)和橋梁主要構(gòu)件檢查

指標(biāo)及分級評定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評估；

5.2綜合評估法

首先根據(jù)缺損程度（大小、多少或輕重）、缺損對結(jié)構(gòu)使

用功能的影響程度（無、小、大）和缺損發(fā)展變化狀況（趨向穩(wěn)定、發(fā)展緩慢、發(fā)展較快）等三個方面，以累加評分方法對

各部件缺損狀況做出等級評估。用累加評分法對橋梁各部

件進(jìn)行評估。

根據(jù)以上方法，按重要部件、次要部件的功能及材料的

狀態(tài)以及承載能力和行車狀況，對橋梁總體和橋梁部件的技

術(shù)狀況給出評估意見，可分為：良好、稍差、壞及危險四種狀

態(tài)。對處于壞或危險狀態(tài)的構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行維修加固。

6實(shí)證研究

1）裂縫。裂縫是混凝土路面中最廣泛產(chǎn)生的病害狀況,

也是在我國道路橋梁病害難題中須主要處理的。裂縫會嚴(yán) 重威脅道路橋梁的使用性能與承載能力，且不一樣程度的裂縫，其傷害程度也各有不同，程度輕則妨礙駕駛員開車的舒

適感，程度重則立即傷害汽車及人們的生命安全。除此之

外，路橋裂縫會危害保護(hù)層，進(jìn)而引起建筑鋼筋生銹。

2）剝蝕。剝蝕毀壞路橋的外型形狀，包含：路橋表層的疏松脫皮、脫落、露石、蜂窩狀表面等狀況。路橋表層造成的

脫落或脫離，會造成構(gòu)件截面減少，應(yīng)力擴(kuò)大，造成氣體或別

的有害物的內(nèi)沉積作用更非常容易產(chǎn)生。根據(jù)產(chǎn)生原因的不一樣，剝蝕狀況能夠分成風(fēng)化層剝蝕、水質(zhì)腐蝕、凍融循環(huán)

剝蝕等。

3）混凝土內(nèi)部的毛細(xì)管孔及氣泡。混凝土中難以避免

地存有毛細(xì)管孔，這就促使空氣中的水、氧氣、二氧化碳等化

學(xué)物質(zhì)迅速進(jìn)到混凝土內(nèi)部，而且侵蝕建筑鋼筋。這又較大

程度地減少了道路橋梁的使用性能與安全系數(shù)。

4）建筑鋼筋生銹及混凝土碳化。建筑鋼筋生銹是道路橋梁毀壞最關(guān)鍵的原因之一。建筑鋼筋生銹后會造成容積擴(kuò)張膨脹，混凝土承擔(dān)很大拉力而裂開。混凝土碳化到一定

程度時，道路橋梁會造成裂縫，縮短了路橋的使用壽命，毀壞了路橋的安全系數(shù)

5）地基不勻稱沉降。在一些地質(zhì)比較獨(dú)特的地域，如山區(qū)地帶、濕地等地基本建設(shè)路橋，要分外留意。如果不高度

重視解決地基問題，則非常容易產(chǎn)生地基不勻稱沉降狀況,

嚴(yán)重威脅道路橋梁的安全性，造成路面裂開，橋體拖動下移

等災(zāi)害。

6）其他病害。除以上比較典型性的路橋病害以外，也有

無法預(yù)料的自然災(zāi)害等原因造成的路橋毀壞狀況，比如水

災(zāi)、山體滑坡、酸雨等危害，路面研究工作人員還要相對地引

起重視，防患于未然。

7結(jié)束語

目前，世界上大跨度斜拉橋和懸索橋仍朝著大跨、重載、

（下轉(zhuǎn)第185頁）

第47卷第1期6送坊Vol.47,No.l 2021年1月Sichuan Building Materials January,2021

套零部件，加強(qiáng)質(zhì)量檢查和定期養(yǎng)護(hù)，保證各零部件都可正

常使用。對道岔結(jié)構(gòu)展開周期性檢查，完整記錄檢查數(shù)據(jù)，

以便分析道岔的變化規(guī)律，及時發(fā)現(xiàn)存在的問題，以科學(xué)的

方式處理。

4.4提高信息化、科學(xué)化的維修管理水平

鐵路道岔的使用情況將直接影響鐵路全線的運(yùn)行狀況，

因此及時做好日常養(yǎng)護(hù)維修工作極具必要性，而此項(xiàng)工作的復(fù)雜度較高、覆蓋面較廣，因此提高維修管理的信息化水平和科學(xué)化水平具有顯著現(xiàn)實(shí)意義。通過道岔檢測系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠給維修管理工作提供可靠的技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)“故障修”向“狀態(tài)修”的轉(zhuǎn)變。為滿足平穩(wěn)性的要求，應(yīng)合理控制尖軌和基本軌頂?shù)母叱糖闆r、軌底坡等；為滿足舒適性要求，應(yīng)定期做好對鋼軌剛度的檢測與維護(hù)工作；為滿足可靠性要求，應(yīng)定期檢查鋼軌的幾何尺寸，并做好鋼軌探傷等相關(guān)工作。

5施工注意事項(xiàng)

1)打磨車的作業(yè)速度需視實(shí)際情況合理調(diào)整，具體考慮對象包含打磨作業(yè)的性質(zhì)、打磨車的工作性能等。對于多遍打磨，隨著打磨次數(shù)的增加，打磨速度應(yīng)逐步提高，直至打磨后的表面粗糙度滿足要求為止。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，打磨速度以4~ 13km/h較為合適。打磨車砂輪的起落點(diǎn)所處位置應(yīng)具有足夠的精確性，與設(shè)計(jì)要求的誤差宜＜500mm o

2)打磨受限區(qū)段。尖軌區(qū)域?yàn)榧廛壏枪ぷ鬟吘嗷拒壒ぷ鬟?00mm處與尖軌尖端之間，如圖1所示；心軌區(qū)域?yàn)殚L短心軌非工作邊間距100mm處與可動心軌尖端前50mm 之間，如圖2所示。

(上接第175頁)

高速的方向前進(jìn)。在建的我國常泰過江通道公路鐵路兩用斜拉橋以1176m主跨跨徑超過了目前位列第1位的俄羅斯俄羅斯島公路大橋。我國南京仙新路過江通道懸索橋主跨跨徑為1760m；六橫公路大橋、深中通道伶仃洋大橋、龍?zhí)哆^江通道等一批主跨跨徑超過1500m的懸索橋也正在建設(shè)中，甬州鐵路西推門大橋則為主跨1488m的公路鐵路斜拉懸索協(xié)作體系橋，這些在建的橋梁也必將推動我國建橋技術(shù)水平而針對隨著橋梁的使用不可避免地產(chǎn)生橋梁病害，因此，公路橋梁的加固至關(guān)重要。本文以銅陵長江公路大橋?yàn)槔榻B加固應(yīng)用，對類似工作的開展具有一定的意義。

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圖2可動心軌打磨車打磨受限區(qū)域(單位:mm)在明確上述區(qū)段的具體范圍后，根據(jù)各處的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采取相適應(yīng)的打磨方法，其中鋼管內(nèi)側(cè)以大機(jī)打磨為宜，外側(cè)不允許采取大機(jī)打磨的方式，情況特殊時可由施工人員輔助打磨。作業(yè)期間應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注尖軌、可動心軌頂面寬度在20mm 以內(nèi)的范圍，保證該處的打磨角度和打磨量具有合理性，否則易在打磨過程中給尖軌、可動心軌造成不同程度的損傷。

3)大機(jī)打磨受限區(qū)域的尖軌或可動心軌較為脆弱，該處易發(fā)生疲勞裂紋等質(zhì)量問題，需通過人工打磨

的方式處理，以保證圓角光滑過渡。裂紋深度應(yīng)成為重點(diǎn)考慮對象，若深度W0.2mm時需徹底消除該部分裂紋；若深度＞0.2mm時則需最大限度減小裂紋深度，以保證該處具有平順性。此外，大機(jī)打磨受限區(qū)存在較明顯的磨耗現(xiàn)象后，易對基本軌高造成影響，使得該高度超過尖軌或存在翼軌高于可動心軌的情況，此時需人工打磨，以便調(diào)整軌頭廓形，使其滿足要求。

6結(jié)束語

鐵路道岔作為鐵路事業(yè)中的重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容，強(qiáng)化對結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及做好維修養(yǎng)護(hù)工作均具有必要性，在實(shí)際工作中應(yīng)遵循“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的原則，以道岔的狀態(tài)為基本參考，組織科學(xué)的維修養(yǎng)護(hù)工作，提高道岔的應(yīng)用水平。

[ID：010786]

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