钢管混凝土拱桥技术状况评定标准探讨

余印根

（福建省永正工程质量检测有限公司　福建　福州　350012）

钢管混凝土拱桥技术状况评定标准探讨

余印根

（福建省永正工程质量检测有限公司福建福州350012）

以某中承式钢管混凝土拱桥定期检查结果为研究对象，应用《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG H11-2011）对桥梁技术状况进行评定，评定结果表明，该桥总体技术状况等级均为4类。对评定过程中该标准存在的问题和不足进行了深入的分析探讨，并提出了改进建议。

钢管混凝土；拱桥；公路；技术状况；评定标准

引言

2000年以后钢管混凝土拱桥成为中国修建数量最多的拱桥桥型[1]。由于早期设计、施工技术的不成熟和长期使用过程中的损伤、老化或灾害，现役的该类桥梁逐渐暴露出一些病害，甚至部分桥梁运营过程中出现安全事故。因此，制定完善的养护管理机制，加强对该类桥梁的养护管理，保证桥梁的安全运营，延长桥梁服务年限，已经成为急需解决的问题。

为了合理制订养护与维修加固方案，首先应进行桥梁技术状况评定。交通运输部新近颁布的行业推荐性标准《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21-2011）[5]（以下简称JTG/T H21-2011）按不同的桥型进行评定分类，首次将钢管混凝土拱桥列为“钢—混凝土组合拱桥”独立作为一种桥型进行技术状况评定。然而，在实际工程评定过程中，发现JTG/T H21-2011部分内容存在不完善或不合理之处。为此，本文以钢管混凝土拱桥为背景工程，根据外观检测结果采用JTG/T H21-2011对桥梁状况进行评定，并对评定方法进行探讨。

1　实桥技术状况检测

某工程为一净跨54m的钢管混凝土中承式钢管混凝土拱桥。设计荷载为汽-20，挂-100。全桥吊杆共18根，吊杆采用110丝φ5高强钢丝，桥面以上2道横撑，在桥面之下设桁架式横撑联系。全桥共设置11片横梁，采用工字形横梁。如图1所示。

该桥1998年建成通车，2014年12月对该桥进行了全面的外观检测和评定。

1.1上部结构主要病害

（1）拱肋：上下游拱肋涂层轻微损坏、裂纹、起皮；上、下游侧拱肋钢管脱粘面积分别占拱肋总面积的0.72%及0.86%；上游侧拱肋构件表面局部附着氧化皮、铁锈，锈蚀累计面积占构件面积的0.12%。

（2）横撑：涂层局部轻微起皮，剥落。

（3）横梁：HL2梁底面局部存在混凝土剥落、露筋，跨中附近底面存在5条横向裂缝和3条竖向裂缝，HL8梁跨中附近腹板存在7条竖向裂缝，裂缝宽度为0.04～0.13mm。

（4）吊杆：部分吊杆在两段钢管连接处密封不完整，防护橡胶止水带老化。所有吊杆锚垫板和镦头均存在轻微锈蚀，个别吊杆锚头存在轻微渗水现象。

（5）立柱：各立柱钢管顶部钢板均存在锈蚀。

（6）桥面板：部分桥面板板底局部存在混凝土剥落现象，个别桥面板板底出现少量轻微裂缝，裂缝宽度最大值为0.08mm。

（7）支座：桥面板两桥台处采用板式橡胶支座，支座表面轻微老化，上下游两侧人行道板下部4个支座老化变形，裂缝较严重，2mm≥裂缝宽度>1mm，裂缝长度>相应边长25%。

1.2下部结构主要病害

（1）桥台：两侧桥台台帽均存在竖向裂缝，最大裂缝宽度测读值为0.12mm，局部有析白痕迹，台身前墙存在2条由底面向上延伸的竖向贯通裂缝，最大裂缝宽度测读值为0.59mm。

（2）锥坡、护坡：东侧桥台下游护坡存在一条沿砌缝开展的斜向贯通裂缝。

1.3桥面系主要病害

（1）桥面铺装：局部坑洞，深度≤1cm，直径≤3cm；局部接缝处出现浅层边角剥落，累计面积2.5%。

（2）伸缩缝装置：橡胶材料存在老化、断裂、缺失，部分螺栓松动弯曲，钢板局部扭曲、缺失。桥头行车不平顺，略有凹凸不平，车辆行驶时出现冲击和噪声。

（3）人行道：拱肋与人行道交接处人行道铺面瓷砖均存在挤压、隆起现象，局部瓷砖缺失。

（4）防排水系统：桥梁较多泄水管堵塞，堵塞数量占60%；局部排水不畅，桥下出现漏水现象。

1.4焊缝探伤检测结果

现场抽取部分对接焊缝进行超声波探伤检验，并根据《钢结构超声波探伤及质量分级法》（JG/T203-2007）[3]的缺陷等级标准评定，所检拱肋、横撑和立柱的连接焊缝均达到一级焊缝质量等级要求。

1.5混凝土强度及碳化检测结果

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）[4]对混凝土强度进行评定，所检吊杆横梁和桥面板混凝土强度评定标度为1，碳化评定标度为2。

2　桥梁技术状况评定

2.1桥梁构件及部件技术状况评定

图1　某中承式拱桥总体布置图

依据JTG/T H21-2011评定计算方法，得桥梁构件及部件评分结果如表1和表2，表中PMCImin、BMCImin及DMCImin分别为上部结构、下部结构及桥面系第i类部件各构件得分的Z最小值；PCCI、BCCI及DCCI分别为上部结构、下部结构及桥面系第i类部件各构件的得分。

2.2桥梁各部位及总体技术状况评定

根据表1～2计算得桥面系、上部结构、下部结构及桥梁总体技术状况评分结果，见表3。

2.3桥例评定结果分析

桥梁总体技术状况等级均为4类，相应的技术状况描述为：“主要构件有大的缺损，严重影响桥例使用功能；或影响承载能力，不能保证正常使用。”但从桥例结构检测结果可知，桥面系、上部结构及下部结构主要受力构件并未发现较严重的损伤，桥梁结构均尚能满足正常使用功能。产生各部件技术状况评分值偏低的主要原因：

（1）构件各检测指标扣分值偏高，存在明显的不合理之处。表4桥例中上下游拱肋仅存在两项标度为2的轻微的非结构性病害，各构件技术状况评分值均为61.74，考虑系数t后，拱肋部件得分值为57.92。

（2）吊杆及系杆的评分均小于40分，极大地降低了桥梁上部结构技术状况评分值。由表5可知几种并不影响结构安全承载力及维持正常使用功能的轻微缺损病害，导致吊杆及系杆部件评分值均小于40分，其合理性有待进一步验证。

以上分析可知，当部分评定指标较多的构件出现两项以上的少量轻微病害并不影响结构安全承载力及维持正常使用功能的轻微缺损病害，就可能导致该主要部件则使该部件评为4类或5类部件，甚至最终导致全桥技术状况为4类或5类。

3　评定方法探讨分析

从以上桥例评定过程中发现，对于钢管混凝土拱桥这种桥型评定方法仍存在一些问题与不足，本节主要对评定方法进行分析。

3.1权重分析

JTG/T H21-2011中将立柱与吊杆划分成两类不同的评价部件，其权重均为0.13，使立柱或吊杆的权重值远小于拱肋和系杆的权重值0.28。由于中、上承式吊杆拱桥结构中吊杆对结构安全起着重要的作用，已发生的多次吊杆拱桥垮塌事故，大部分是由于部分吊杆失效引起。因此，仅考虑0.13的权重不能体现吊杆与立柱在结构中的重要性，建议将立柱与吊杆合并成吊杆（立柱），权重为0.26，将所有吊杆及立柱作为吊杆（立柱）这一部件的组成构件。

3.2桥梁技术状况等级分类

JTG/T H21-2011将桥梁部件分为主要部件和次要部件，将“钢-混凝土组合拱桥”主要部件定义为：拱肋、横向联结系、立柱、吊杆、系杆、行车道板（梁）、支座。这种划分不合理，应增加桥墩、桥台、基础这三项。

JTG/T H21-2011中表3.2.4和表3.2.5中将主要部件和次要部件技术状况评定标度分别划分为5类和4类，但标准中仅给出了桥梁总体技术状况、桥面系、上部结构及下部结构分类界限，并未制定部件评定标度分值界定标准。

3.3桥梁技术状况评定计算

3.3.1桥梁构件的技术状况评分

扣分值DPij不同的排序顺序得出的l构件技术状况评分值不同。当k≥2时，PMCIl、BMCIi及DMCIi值可能出现不唯一。如以上桥例中桥面系防排水系统评分：防排水系统出现两种病害，分别为排水不畅和泄水管、引水槽缺陷，二者评定标度分别为2类和3类，相应的扣分值为25分和40分。当定义DPi1=25，DPi2= 40，得DMCIl=49.39；当定义DPi1=40，DPi2=25，得DMCIl=53.79。

因此，当k≥2时，U1…U2公式中的扣分值DPij应按照从大到小排列，本文以上桥例按此方法评分。

3.3.2桥梁部件的技术状况评分

桥梁部件的技术状况评分根据各部件所有构件的得分值，采用置信度为95%的t分布计算而得。另外，规定当上部结构中的主要部件某一构件评定值PMCIl在[0，60）区间时，其相应的部件评分值PCCIi=PMCIl；当下部结构中的主要部件某一构件评定值BMCIl在[0，60）区间时，其相应的部件评分值BCCIi=BMCIl。桥例中桥面板有两片板得分值小于60，第一片板得分值为52.83，第二片板得分值为54.61。该情况下，PCCIi取值方法不明确。因此，上部结构或下部结构主要部件存在构件得分在[0，60）区间时，应取最差构件评分值。

3.4桥梁构件技术状况评定

表1　上部结构和下部结构构件及部件评分结果

表2　桥面系构件及部件评分结果

表3　桥梁技术状况评定结果

表4　部件评分结果分析

表5　吊杆及系杆评分结果分析

构件评定指标规定了定性和定量指标，钢-混凝土组合拱桥上部结构构件评定指标中定性指标较多，评定结果受检测人员的主观因素影响较大。如管内混凝土填充不密实或脱空定性描述“数量极少”、“少部分”及“较多”；焊缝开裂定性描述“少量”、“较多”及“大量”；断丝定性描述“极个别”、“个别”及“部分”等等。如何量化脱空或脱粘对结构承载力影响仍有待进一步的研究。

4　结语

运用标准JTG/T H21-2011对某中承式钢管混凝土拱桥技术状况进行了评定，分析了该标准对于钢管混凝土拱桥这种桥型评定方法存在的一些问题与不足，并提出了改进的建议，为标准JTG/TH21-2011修订提供参考。

[1]陈宝春.钢管混凝土拱桥应用与研究进展[J].公路，2008，11：57～66.

[2]《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/TH21-2011）[S].北京：人民交通出版社，2011.

[3]《钢结构超声波探伤及质量分级法》（JG/T203-2007）[S].中国标准出版社，2007.

[4]《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）.北京：人民交通出版社，2011.

U446.3

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1673-0038（2015）32-0312-03

2015-7-21