斜拉桥检查与技术状况评价.doc

重庆市城市桥梁养护、检测、评估技术培训资料斜拉桥技术状态评价与处置建议重庆交通大学土木建筑学院2011年5月目 录目 录21、斜拉索的主要病害32 斜拉桥的检测、评定和评估93 上部结构养护184 下部结构养护24附表126附表2271、斜拉索的主要病害斜拉桥现在使用较多的有两种拉索结构形式，一种索体材料是高强度钢丝成束，两端用冷铸锚结构组件锚固（或用热铸锚组件锚固），见图1.1。图1.1 斜拉桥锚具形式Fig2.1 The anchor of cable-stayed bridge另一种索体材料是高强度钢绞线,两端用专用夹片群锚组件锚固，见图1.2。图1.2 斜拉索夹片群锚Fig2.2 The anchor of cable-stayed bridge腐蚀是拉索损坏的主要原因。氧气、水、氯离子、持续作用于高强钢丝的拉应力等因素都会引起钢材腐蚀，产生应力腐蚀裂缝和氢化断裂，搜集的资料中有17座斜拉桥的拉索发现锈蚀现象，占斜拉索损伤情况的52%，也就是说斜拉桥的损伤有75%是斜拉索损伤，而斜拉索的损伤有50%以上是由于腐蚀引起的。所以跨海斜拉桥应当非常注意斜拉桥的防腐问题。另外，斜拉桥刚度较小，在车辆、风荷载、风雨联合作用下容易产生振动，在拉索中产生很大的应力变化，在某些情况下，甚至会产生反向应力，使得拉索对桥梁的振动更为敏感，激烈的振动会大大加速钢索防腐层的磨耗或破损，影响防腐保护体系的完整，加剧拉索的腐蚀。施工质量及养护不当也会造成拉索的损伤。由于制作质量、施工质量差，高强钢丝有接头、机械损伤、刻痕、断丝等情况；热挤PE护套因温度、含水量、均匀性、光泽控制不好、外表被划伤而减少使用寿命；钢丝的墩头裂纹、冷铸材料强度不够、锚具密封不严、环氧混合料灌注的密实程度不够都将导致斜拉索锚具的腐蚀。理论分析和试验表明，斜拉索锚具端口处是疲劳破坏的薄弱环节，容易造成断丝破坏。经过改进结构和锚固方式，已经提高了斜拉索的抗疲劳破坏能力，加之斜拉索设计比较保守，安全系数较大；同时通过材料改进，钢丝质量提高，实际强度高于设计标准值等原因，使得实用上，应力腐蚀和疲劳腐蚀的破坏实际上小于环境腐蚀。由于发生拉索腐蚀破坏失效，国内已对多座斜拉桥实施了换索工程，实践中人们发现对于大跨度斜拉桥的长拉索，由于钢丝长度增加，在拉索自由长度内的钢丝缺陷也相应增加，使其在自由长度内破坏的可能性也增大了。更细致的观察可以发现，钢丝本身和成品索防护不良，是造成斜拉索生锈腐蚀、断丝失效的主要原因。表1 国内斜拉桥拉索腐蚀失效调查表序号名称用途建成年份换索年份拉索结构防护方式备注原因1安徽蚌埠淮河桥城市198920051215热挤PE护套日本进口钢丝2004年发现PE护套部分老化开裂，钢丝外露；上锚箱和下锚箱有积水，1/3钢护筒中有积水，出现不同程度腐蚀现象2广东广州海印大桥城市198819952585镀锌钢丝镀锌层,水泥压浆, 含碳黑防老化聚乙烯,多层树脂玻璃更换全部拉索灌浆后部分轻质离析物和有害物质管顶富集，在密闭条件下顶部较大水灰比浆体长时间不凝固，导致产生以电化学腐蚀为主的多种腐蚀， 15号拉索断落和其它拉索松弛3广东南海九江大桥公路19881998857、977普通预应力钢丝热挤低密度PE保护层设计寿命30 a1997年对大桥进行详细检测发现部分索腐蚀严重；1998年对其中11根拉索实施更换，2000年对其中87根拉索实施更换4广东南海西樵大桥城市198720071805加碳黑低密度PE套管压水泥浆、包裹玻璃钢更换全部拉索拉索保护层出现老化，拉索护套出现大量开裂5广西来宾红河水铁路桥城市、铁路1981199310-75钢绞线单根钢绞线涂环氧底漆，璃丝布缠裹整束防护，拉索涂环氧铝粉面漆更换全部拉索拉索保护层破损进水，拉索护套有深度裂纹，下锚套内有大量锈水，56.9拉索存在漏油6广西柳州壶西大桥城市1994200619-77钢绞线热挤双层PE套更换全部拉索拉索腐蚀严重7广西南宁白沙大桥城市19952006更换全部拉索拉索腐蚀严重8黑龙江密山富密渠首桥公路19922002更换全部拉索拉索腐蚀严重9山东济南黄河大桥城市198219951215镀锌钢丝、铝套压水泥浆已换PE+PU竣工3年铝管胀裂，1986年发现拉索下端有积水，钢丝有锈斑，1990年铝皮损坏严重，钢丝束腐蚀深度最大2.42mm，另外钢丝松动，锚头有不同程度腐蚀10上海恒丰路立交桥城市198720033205外包PE护套，内部灌注水泥浆恒丰北路桥设计拉索寿命20a灌浆不饱满造成索内存在空隙，2003年检查发现拉索普遍腐蚀11上海新五桥城市1975199165Si2Ti12钢筋沥青玛蹄脂、钢丝网水泥浆增加了新索，旧索仍保留梁体出现病害，拉索保护层多处开裂；有活载时桥体振动幅度较大12四川犍为岷江大桥城市199020001275部分5碳素钢丝和5镀锌碳素钢丝组成的平行钢丝束热挤PE套用于该桥斜拉索PE护套材料老化试验表明：使用寿命为12a2000年检测发现l0 拉索PE护套严重破损，桥面以上10 m高度范围内开窗检测发现，钢丝腐蚀断丝比例为17.2 ，19.3出现坑蚀，56.2出现轻微坑蚀或锈斑，7.3钢丝完好13四川省三台涪江大桥城市19802002365钢丝束3层环氧树脂间绕3层玻璃丝布，外缠3.2螺旋钢丝，压注水泥浆并刷漆防护已拆除拉索严重腐蚀且不可更换14四川云阳大桥城市1975200642-719钢绞线苯乙稀玻璃丝布、钢丝网水泥浆已拆除三峡工程三期蓄水水位达156米，为了保证蓄水后的航道通行，于2006年10月爆破拆除此桥15天津永和桥公路198720061995PE套管压水泥浆更换全部拉索拉索腐蚀16云南三达地怒江大桥公路199420045高强普通钢丝和高强镀锌钢丝、热挤PE护套更换全部拉索拉索PE防护套老化严重，PE表面有深度裂纹；随机剥离斜拉索PE护套，发现钢丝腐蚀严重；下锚头钢护筒内积水，锚头腐蚀严重17浙江省上虞市章镇大桥城市19832007高强粗钢筋12编组外包沥青玛蹄脂，用玻璃纤维涂环氧树脂缠绕，形成一层玻璃钢保护更换全部拉索玻璃钢裂缝破碎、沥青马蹄脂老化滲水，导致拉索严重腐蚀18重庆交通学院桥城市19862001GRP/CM玻璃钢更换全部拉索转成梁桥，拉索拆除19重庆石门大桥城市198820053025镀锌钢丝、氧硫化聚乙烯硫化胶套钢丝日本进口拉索表面有79处破损、裂口（最长裂口达500mm），内部钢丝腐蚀严重 图1 广州海印大桥图2 拉索钢丝腐蚀形貌a图为剥开的腐蚀拉索形貌，浮锈为红褐色；b图为拉索钢丝初期腐蚀形貌，蚀坑红褐色，月牙状及接近圆状；c图为拉索钢丝后期腐蚀形貌，蚀坑浅碟状及片状，蚀坑接近黑褐色；d图拉索钢丝腐蚀呈碳化状，钢丝截面损失严重。值得注意的是，调查中发现，凡拉索护套破损的拉索钢丝均已发生腐蚀。图3 拉索锚头腐蚀形貌2 斜拉桥的检测、评定和评估2.1一般规定2.1.1 斜拉桥检查分为经常性检查、定期检测和特殊检测(或称经常检查、定期检查和特殊检查)。2.1.2经常性检查由该桥养护部门进行。检查中发现结构或部件有严重变形或重大缺损时，可提前进行定期检测或立即作特殊检测。2.1.3公路及城市两系统的桥梁养护规范对定期检测、评定的要求、作法和内容是基本一致的。由于公路桥梁与城市桥梁因各自的信息系统不同，桥梁环境条件及交通特性的差异，定期检测、评定可分别按各系统的规范要求和格式对桥梁的技术状态进行定期检测、评定、记分、定级。(附表1)2.1.4公路和城市的斜拉桥，除按各系统规范要求和格式进行常规的定期检测、评定、记分和定级外，在定期检测时，应对墩台和索塔的沉降、变形、梁体的挠度和变位、拉索的索力变化和振动特性等进行定期(暴风雨期应加测)监测，以对结构的受力状况和变形规律进行把握、分析和判断，并提出养护措施。2.1.5由于斜拉桥的重要性，在214条所要求的常规定期检测及结构监测的基础上，应每24年，由有资质、有经验的单位，对桥梁结构进行一次定期评估，以判断桥梁结构的安全性和耐久性。 2.1.6斜拉桥常规定期检测以及评定、记分、定级等可由该桥养护单位进行。定期检测中的沉降、变形等结构性监测项目及专业性较强的其他检测项目和试验项目等，由有资质的单位进行。 2.1.7桥梁遭受洪水、地震灾害或在经常性检查和定期检测中，出现难以判断的结构变形或严重缺损等情况，应进行特殊检测。 2.1.8特殊检测由有资质的单位进行，检测后提出检测报告、评估报告和养护对策。 2.2经常性检查 2.2.1公路斜拉桥每两周一次检查，汛期应适当加密；城市斜拉桥每天一次巡查。现场填写桥梁经常检查(或巡查)记录表。(附表2) 2.2.2经常性检查以目测为主，内容如下： 1.桥区环境规范、整洁；附属设施完好、运营正常。 2.河床、水文异常变化；基础冲刷情况；墩台、翼墙及附属结构物沉降、变形、缺损、腐蚀等。 3.桥面平整、缺损；护栏和人行道损坏、锈蚀、松动、脱落；桥头跳车；桥面排水等情况。 4.伸缩缝堵卡、松动、脱落、破损、渗漏等。 5.支座异常、缺损、变位。 6.梁体及索塔无异常、无新增裂缝。 7.斜拉索及锚头无开裂、无渍水、无锈蚀。 8.无交通流量自动检测设备的桥梁，交通流量应每月统计一次；超载车过桥情况应随时监测和记录。 9.索塔上的航空标灯、避雷装置、桥上交通信号、标志及照明设施及桥下航道灯是否正常、完好等。 2.2.3经常性检查中发现墩台、梁体、支座、伸缩缝、索塔和斜拉索出现明显缺损或异常时，除在表中注明外，应及时上报。一般不影响桥梁结构安全和功能的局部、小型缺陷，可列入小修保养计划中及时治理和完善。 2.3定期检测 2.3.1除特殊情况和个别项目有明确规定外，斜拉桥的定期检测周期为1年。 2.3.2在经常性检查中发现桥梁结构和重要部(构)件出现了明显的异常和严重缺损时，应视情况立即安排一次定期性的全面检测或特殊专项检测。 2.3.3定期检测内容： 1.除“经常性检查”所列九项内容外，强调以下各项检测。 2.新竣工交养的斜拉桥，应在交养前，分上下游埋设好：各墩、台、索塔沉降观测点；墩项和塔顶变形观测点；桥面按跨中、l4跨及墩轴位埋设挠度观测点；桥平面变位观测点等。交养时应复测这些观测点，作为运营前的初始数据。 3.上述第2款所列各观测点以及斜拉索的索力、锚头锈蚀、索面防护层开裂等项目，按每年冬、夏各检测一次；夏季应为早上9时以前以及中午3时左右，作两次观测，并对观测结果进行汇总和分析。 4.检测梁体、索塔、墩、台各部位的缺损、开裂情况。 5.检测顸应力锚固区段砼开裂及封锚情况；检测钢筋或预应力束锈蚀、砼表面碳化、碱骨料反应及砼被腐蚀等情况。 6.对索塔和梁体箱内外温差资料进行汇总和分析；对桥区年度风力变化资料进行汇总和分析。 7.对支座和伸缩缝的变形、移动量、锈蚀及周边砼裂损等情况进行检测。 8.拍摄典型缺损和病害照片并附说明；拍摄全桥上下游侧面和正面照片并加说明。 9.完善年度交通流量统计汇总和分析。 2.3.4定期检测的评定和评估： 1.校核“桥梁基本状况卡片”，标注变化数据和情况(按各部规范表格)。 2.填写“桥梁定期检测记录表”(按各部规范表格)。 3.对沉降、变形、挠度、索力、温度、风力以及交通流量、河床冲淤等资料进行汇总分析后，列入定期检测记录表中。 4.每年一次，按各系统规范要求和表格对桥梁的技术状况进行评定、记分、定级；按上述“3”项内容对桥梁结构及主要部件的变形及缺损原因作出分析、判断；对难以判断的变形和缺损提出特殊检测要求；对缺损和变形提出养护治理措施；对危及安全运营的危桥、提出限制交通及改(扩)建建议。 5.每24年，在以上工作的基础上，由有资质、有经验的单位，对桥梁进行结构性评估，判断桥梁的安全性和耐久性。2.4特殊检测2.4.1特殊检测应委托有相应资质和能力的单位承担。2.4.2有下列情况之一的斜拉桥，应进行特殊检测：1.在经常性检查中发现结构或主要部件有严重变形和重大缺损时；定期检测中出现难以判明损坏程度及损坏原因者。2.公路斜拉桥的技术状况为四、五类者；城市斜拉桥的技术状况定为I类中的不合格级别者或V类定为D、E级别者。3.拟采用加固措施提高桥梁荷载等级者。 4.桥梁业主或主管单位要求检测；评估单位建议并决定进行荷载试验或其他专项检测者。5.桥梁遭受洪水、滑坡、地震、风灾、船舶或车辆撞击以及因其他意外事故，造成桥梁结构或重要部件严重变形或缺损者。6.超过设计使用年限、需要延长使用期的斜拉桥。2.4.3特殊检测前，检测单位应收集了解以下资料：1.设计、施工和竣工资料。2.收集桥梁构件材料试验资料。3.历次桥梁定期检测和特殊检测报告。4.历次养护维修资料。2.4.4特殊检测内容：1.结构材料缺损状况诊断： 根据材料缺损的位置、状况和检测要求，可进行表面量测、无损检测和局部取样等方法，对缺损或开裂的范围、状况、特征、尺寸和材料的物理力学性能、化学成分、性能、退化程度等进行检测和评定。2.结构整体功能状况的确定： 通过对关键部位结构材料的诊断以及对结构变形、应力的检测，进行结构分析和验算，对结构的承载能力和安全度作出判断。当计算分析不能满足或难以确定时，可用荷载试验方式作出鉴定。结构计算及荷载试验按国家现行规范、标准执行。 2.4.5特殊检测报告及评估报告 1.完成特殊检测后应提出特殊检测报告。报告应提出检测结论和对策建议。 2.根据特殊检测报告及所收集的资料的分析、验算应对桥梁的承载能力、通行能力、安全可靠性能以及抗洪抗灾能力等进行评估。对养护、通行、改扩建等提出建议。3.桥梁评估应符合现行规范、标准、办法的规定并由有资质的单位进行。4.有下列情况之一的斜拉桥，可直接确定为公路桥的四类桥；城市I类养护不合格桥或一V养护D级桥。 (1)梁体、塔体、墩、台体砼(或钢结构)应力裂缝数量极多、裂缝宽度明显超出规范允许数。 (2)梁体、塔体关键受压部位出现明显压碎、失稳。 (3)跨中挠度值大于设计允许值。 (4)斜拉索断丝超过2或锈蚀面积超过10以上；锚具严重锈蚀或损伤。 (5)支座变形、错位、缺损严重，已失去正常支承和调节变形能力。 (6)验算承载能力已下降达25以上。 (7)墩、台出现结构性断裂，裂缝有开合现象。 (8)基础冲刷面达20以上。 (9)人行道拦杆或车行道护栏20以上残缺。 2.5养护对策 2.5.1对评定为：公路一、二类的桥梁；城市I类合格级桥梁及一v类A、B级桥梁可进行日常保养和小修； 2.5.2公路桥梁三、四类，城市一V类桥C、D级者进行中修或大修并辅以交通控制或封闭交通。 2.5.3公路五类、城市I类不合格级及一V类E级者应立即封闭交通采取加固或改建等措施，提高承载能力。3 上部结构养护3.1桥面系3.1.1桥面铺装层 1.桥面的养护应符合道路养护有关规范标准的规定。 2.桥面不允许随意增加荷载，包括新增桥面铺装厚度、过江管线、大型装饰或广告等。 3.桥面更新应使纵横坡及排水系统得到改善。 4.严禁用沥青铺装层履盖伸缩装置。 5.在承载力允许的条件下，对严重的大面积砼铺装层表皮脱落、麻面，可以铣刨后增做砼表层；也可加铺沥青砼层，但伸缩装置必须重新设置。对轻微、局部表皮脱落、麻面和微裂缝，可不作处理。 6.对大于lmm的砼桥面裂缝，应查明原因。在确定无结构破坏和不延续发展的条件下，可灌缝处理。 7.砼桥面出现断缝、拱胀、错台、露骨、坑洞等病害时，应及时处理。损坏面积较大时，应整块或整跨凿除，重铺新的砼。 8.沥青砼桥面长期含水浸泡造成的脱落、拥包，应切断水源清除损坏的部位、排水、晾干后修补。 9.沥青砼桥面出现泛油、拥包、裂缝、波浪、坑槽、断裂、车辙等病害时，应及时处理。损坏面较小时作局部修补；损坏面积较大时，可整跨清除后重铺。 10.防水层损坏应及时修复；防水砼的抗渗等级应高于P6。11.护拦及栏杆的维护，应有可靠的安全技术方案。修复的护栏和栏杆在伸缩缝处应保证与梁体变位有相同的位移量。 12.桥面排水系统应完好、畅通。 3.1.2伸缩装置 1.伸缩装置应伸缩自如、平整、无渗漏、无异响、不跳车。 2.伸缩装置出现以下病害时，应及时处理： (1)异型钢伸缩装置的密封橡胶带损坏，应及时更换。 (2)弹性体伸缩装置出现严重变形、翘起、脱落时，应及时清除、更换。 (3)钢板伸缩装置的钢板开裂、翘曲或脱落时，及时补焊修复。 (4)当伸缩装置的损坏无法修复时，应整体更换。 3.每年气温最高、最低时，应及时测量伸缩装置的间隙，且不得小于设计最小和最大值。 4.应随时对伸缩装置的水平错位、竖向升降进行观测和控制。 3.13桥上照明、反光块、标线、标牌、防眩板、防护隔离设施、航空灯、航道灯标等附属设施应齐全、醒目、整洁、牢固，若有损坏应及时更换。 3.1.4桥头搭板脱空、断裂引起桥路连接不平顺、跳车，应及时处理。3.1.5桥梁检测的埋点、接线、传感器等应随时检查以保持完好。 3.2塔柱 3.2.1塔柱工作电梯或观光电梯应严格按设备操作管养及检修规程、规定执行，不违规操作，不带病运行。塔内爬梯应无锈蚀、损坏、松动或脱落。及时修复缺损并进行保养。 3.2.2塔柱箱内及横梁箱内应保持通风、照明、防止渗漏和渍水。 3.2.3塔柱环向预应力锚固区砼及横梁预应力锚区砼的裂缝、碳化、筋束锈蚀、封锚砼剥落等应及时有效处治。 3.2.4斜拉索锚头处钢支承板、钢垫板应无锈蚀；周边砼裂缝、碳化等缺陷应及时有效处治。 3.2.5对塔身砼及横梁砼必要时作涂装防护处治。 3.2.6塔顶工作间应防止渗漏和渍水；避雷装置及防空灯应完好、有效。应及时有效修复缺损并进行养护。 3.2.7按规定每年定期对索塔变形和沉降进行观测。当变形量超过设计允许值时，应进行分析或提出特殊检测建议，进行综合分析、把握后制定调整方案并执行。 3.3斜拉索 3.3.1每年定期进行索力测定。 3.3.2经常观测拉索振动情况，大风暴雨天气应作特别观测，同时对风速、风向、气温进行记载。对失效的减震装置及时更换。拉索振幅过大时应采取更有效的减振措施。 3.3.3随时检查拉索锚头的渗水、锈蚀、开裂、锚板变形、断丝、锚垫板滑移及周边砼开裂等变化情况，定期更换锚具防护油脂；及时处理渗水。 3.3.4随时检查拉索护筒、护套，防止松动、锈蚀和渗水并及时治理。 3.3.5随时检查拉素防护层老化脆裂、变形、破损，及时对开裂和破损处进行修复，必要时作全面重新包裹处理。 3.3.6每年定期对拉索钢丝的锈蚀、断丝情况用切口法或无损探伤等手段进行检测。当断丝超过2、钢丝锈蚀面积超过10，该斜拉素予更换。 3.3.7当素力不均匀，偏离设计规定值较大时，应分析原因后提出调整素力或其他综合性措施进行改善。 3.3.8斜拉索检修车应严格按设备操作、保养及检修规程、规定执行。不违规操作不带病运行。 3.4主梁 3.4.1每年定期对主梁挠度、平面线型进行检测。对箱梁内外温度进行汇总、统计和分析。 3.4.2随时检查箱梁砼裂缝、砼缺损、碳化、剥落、露筋及渗水情况。把握变化规律，分析变化原因并及时对缺损进行整治、修复和加固。 3.4.3当箱梁砼裂缝或挠度超过规范或设计限值时，应进行分析，必要时进行特殊检测。查明原因后采取加固处理或索力调整等对策进行改善。 3.4.4对由迭合梁、钢箱梁或钢桁架梁组成的斜拉桥主梁，除按上述规定外，应按钢结构规范对钢梁构件和结构进行检测和养护。 3.4.5主梁检查车应严格按设备操作、保养、检修规程、规定执行。不违规操作，不带病运行。 3.5支座 3.3.1支座应符合以下规定 1.支座各部完整、清洁、有效，使梁体变形自如。 2.支座外露金属面应定期除锈、涂装或封油。 3.支座垫板平整、紧密、锚栓牢固。垫石不积水、不开裂。 4.支座橡胶或四氟橡胶不开裂、变硬、老化等。 5.盆式支座及球型支座每年清除尘土、更换润滑油。 3.3.2每年冬、夏应对支座进行变形检测、记录和保养。 3.3.3支座出现缺损、功能故障，影响正常工作，应及时修复或更换.4 下部结构养护4.1墩台 4.4.1墩台表面应保持清洁，墩台砼的一般缺陷可作常规修补。 4.4.2墩台出现变形应查明原因后采用针对性措施处理。 4.4.3墩项是梁墩固结部位，也是结构变形和应力调整部位，受力复杂，产生裂缝的可能性较大，应注意检查和治理。 4.4.4墩台裂缝应查明裂缝类型、范围、部位及裂缝宽度，分析原因后进行治理。 1.一般裂缝可作环氧封闭或压力注浆处理。 2.因基础沉降造成的裂缝，应先加固基础后再处理裂缝。 3.因支座功能障碍造成墩台拉裂时，应修复或更换支座后治理裂缝。 4.因碱骨料反应、氯离子浸蚀、空气或水污染腐蚀砼，锈蚀钢筋，造成砼裂缝扩展、坏损等，应截断污染源，修补裂缝及坏损部位，必要时进行表面涂料防护。 4.2基础 4.2.1应界定桥梁保护区，使桥区河段的河床保持稳定，及时清理河床上的漂浮物和沉积物。不得在保护区内从事建筑活动、挖砂、采石和倾倒废弃物。 4.2.2基础局部被冲空时，应及时抛填块片石、铅丝石笼，必要