跨海斜拉桥结构预防性养护阶段的检测养护内容与技术措施研究

章海涛

（宁波高等级公路养护有限公司，浙江 宁波 315000）

0 引言

跨海斜拉桥除了跨径长、索塔高、体量大等结构特征外，通常还具有以下几个特点：（1）地处海洋腐蚀环境，给大桥结构材料的耐久性带来很大的威胁；（2）通常位于台风登陆口，受台风、热带风暴影响极大，对大桥的抗风能力要求高。（3）桥下水面过往船只吨位大，通航等级与主塔桥墩防撞等级高。对于跨海大桥的管理与养护者而言，目前乃至今后很长的时间里最关心的问题是如何用最科学、最经济的方式进行大桥养护，并使大桥长期处于合理的安全与耐久水平之上。显然，现代化大跨度海洋结构不能简单地沿用目前主要适用于常规中小桥梁的养护理念和手段，而必须研究并采用更为科学的管养策略和技术。预防性养护作为一种极具前景的养护策略，其取代结构性修复的趋势已日益凸显。目前我国已建成了包括杭州湾大桥、象山港大桥、东海大桥、金塘大桥、桃夭门大桥、青岛海湾大桥、嘉绍大桥、厦漳跨海大桥、泉州湾跨海大桥等在内的多座跨海斜拉桥，更多的跨海索支撑桥梁正在规划或建设之中。对这些桥梁的养护策略和技术尚在不断探索改进之中。桥梁预防性养护的思想建立于全寿命养护管理的理念。目前，桥梁预防性养护还只是一个概念，尚未形成系统的理论框架和技术规范。本文以象山港大桥为背景，开展跨海斜拉桥结构预防性养护阶段的检测养护内容与技术措施研究，其成果不仅适用于象山港大桥，对其它同类大型跨海斜拉桥的养护也具有良好的推广运用价值。

1 跨海斜拉桥病害特点

开展桥梁预防性养护，首先必须掌握桥梁病害和缺陷的特点。跨海斜拉桥所处地理环境的特点必定带来某些形式上或程度上比较鲜明的病害特征。但位于内陆环境的斜拉桥的绝大多数病害仍可能在跨海斜拉桥上发生。1990年代以来我国所建造的跨海斜拉桥以钢主梁作为桥跨结构的居多。本文根据对国内已建成的包括象山港大桥、东海大桥、杭州湾大桥、胶州湾跨海大桥、舟山连岛金塘大桥、海口世纪大桥等十余座跨海斜拉桥的调研和资料整理，总结跨海斜拉桥预防性养护病害见表1[1]。

2 跨海斜拉桥预防性检测工作

检测是桥梁预防性养护的工作之一，其目的是及时发现桥梁的病害。预防性养护的检测项目主要面向桥梁养护单位，从桥梁运营管理的角度，重点给出部分专业性较强的检测项目。

表1 跨海斜拉桥预防性养护病害

（1）斜拉索系统

斜拉索系统重点检测对象为护套、索体内钢丝及锚头等。护套主要检查是否存在以下病害：护套龟裂、划痕凹坑、开裂、密封圈破损、护套内积水或冷凝水等。索体内钢丝主要检查是否存在镀锌层锈蚀、钢丝均匀锈蚀、钢丝孔蚀、断丝等病害。对冷铸墩头锚锚头主要检查是否存在锚头内外螺纹锈蚀、钢丝墩头是否锈蚀、锚头内钢丝是否锈蚀断丝以及锚杯、螺帽、锚板、保护罩、下垫板是否锈蚀等病害。护套、钢丝及锚头检测主要内容见表2。

锚头依据实桥结构特点和桥址环境，现场检测时须遵循先易后难、先表观目检后深度检测的处理顺序。首先打开锚头，进行封锚密实性和防腐材料完好性检查，然后对锚头积水状况检查。如出现积水或渗水，则详细检测锚头锈蚀状况，确定钢丝墩头及螺纹的退化程度，进一步排查锚头是否开裂、变形，最后分析有无危及锚固安全的关键病害，并作出检测深度和周期安排。锚头现场检测策略见图1。

（2）钢箱梁

图1 锚头现场检测程序

钢箱梁重点检测内容为涂层劣化、钢构件锈蚀、构件连接缺陷。涂层检测的重点为表观缺陷、涂层厚度、涂层附着力等。对钢构件锈蚀主要检查是否存在均匀锈蚀、孔蚀、缝隙锈蚀和应力腐蚀等病害。对构件连接缺陷主要检查是否存在焊缝缺陷、焊缝开裂、螺栓涂层劣化锈蚀、螺栓连接缺陷等病害。涂层外观检测主要采用目检，涂层厚度采用涂层厚度仪，涂层附着力采用拉脱式涂层附着力测定仪。

表2 护套、钢丝及锚头检测的主要内容

（3）索塔及塔墩

索塔及塔墩重点检测内容为涂层劣化、混凝土劣化、混凝土裂缝。混凝土检测的重点为氯离子侵蚀、混凝土碳化、保护层厚度不足、钢筋锈蚀等。混凝土裂缝主要检查是否存在网状裂缝或表面龟裂、竖向及斜向裂缝、横向或水平裂缝等病害。

3 跨海斜拉桥预防性养护内容与技术措施

跨海斜拉桥预防性养护涵盖周期性预养护和矫正性预养护两个方面，周期性预养护主要是日常性保养，相当部分病害可通过一次性维修即可修复。周期性预养护主要依据《公路桥涵养护规范》（JTG H11—2004）[2]、《城市桥梁养护技术规范》（CJJ 99—2003）[3]以及美欧公路桥梁实施指南等相关技术文件进行实施，相关处治措施多为日常性的实施方案，可参照上述技术文件完成。矫正性预养护更多是基于结构状态而实施的，主要针对桥梁运营后逐渐形成、发展并持续影响结构性能的病害，其养护内容与技术处治措施需结合相关文献及研究成果作进一步的疏理。限于篇幅。仅给出部分预养护内容与技术措施。

3.1 斜拉索系统

（1）每2～4 a对护套进行除尘、清洗处理，经过高温及低温季节后，若护套无材质性硬化和开裂则继续观测。（2）每3个月对护套表面进行外观目检，若发现问题，处治以下：a.若发现护套出现开裂、漏水、渗水、钢丝锈蚀、被割伤、烧伤、撞伤等现象应及时处理；对于局部的刮痕、划伤，深度小于3mm时，可用专用焊枪用相同材质的H D P E原料覆盖，并用电磨机进行表面处理，恢复表面平整。b.若护套表面有小面积的裂缝，且表面干燥，内部无水渗出，可将裂缝封闭，在P E外覆一层H M106密封胶，同时在胶体外均匀缠绕玻璃布，布外再覆H M106密封胶使P E护套处于完全密封状态。c.若护套表面大面积老化开裂（超过10%）且裂缝内有锈水渗出，或护套环状断开失去防护功能，应沿裂缝处剥开防护层，排出水分，露出钢丝，除锈并干燥后，再作防锈处理；并涂刷防护漆及防护油，用双层P E修补。d.修补护套采用局部电热成型的热成型修补法。修复时应选择无雨、露、雾天气进行，且使用与实桥相同材质片材。修补局部破损后再用玻璃丝布、P E或橡胶防腐带材缠包严密。缠绕时加适当拉力（伸长3%），重叠50%，在24 h内加热成型。加热时保持温度按不同材质而定，P E材料按厂家或试验定。修复或更换后需对端部进行密封处理。对拉索护套的修补，最好由原厂家进行。（3）每3 a对护套内钢丝锈蚀进行一次检测，可采用无损探伤或剥开已损坏的护套检查，测量锈蚀钢丝的有效面积及断丝面积，若发现问题，处治以下：a.若拉索内钢丝出现均匀锈蚀（锈蚀损失面积较小）且锈蚀年限满7 a，须对钢丝进行除锈处理并涂漆防护。b.当断丝面积超过拉索总面积的2%时，建议换索。c.若钢丝均匀锈蚀造成拉索总面积损伤超过10%时，建议换索。d.若钢丝表面布满铁锈且同时存在3个以上的蚀坑时，建议换索。（4）拉索两端的锚具及护筒应经常保持清洁和干燥，每2～4 a对拉索两端锚头进行除尘处理，清除残留物。（5）每4～6 a对拉索两端锚头钢构件进行一次涂漆、除锈及修理损坏构件的养护。（6）每6～8 a对拉索两端锚杯内的防腐油脂进行整体更换。（7）每3个月对锚头积水、渗水情况进行检查，若发现问题，处治以下：a.塔端锚头若漏水、渗水应及时用防水材料封堵。b.梁端锚头若漏水、积水应及时将水排出并封堵水源。c.锚头内防腐油脂若出现明显挥发或缺失，导致墩头钢丝出现锈蚀时，结合实际检查结果，对锈蚀部位进行除锈处理，并清洗更换锚杯内的防护油脂。（8）每年对锚头锈蚀情况进行检查，若发现问题，处治以下：a.发现锚杯、锚板、螺帽及支承垫块有锈蚀时，应先将原有防锈材料擦净，然后除锈揩净，再作防锈处理。可用涂抹黄油作防锈处理，也可用专门配方的防锈剂作防锈材料。b.若发现锚杯内外螺纹有明显的浮锈或轻微锈蚀时，可除去浮锈涂抹黄油作防锈处理。c.一旦发现螺纹表面存在普遍孔蚀，部分螺牙变形、断扣、高度不够、滑牙、根部裂纹等现象，应重点观测，必要时需及早更换拉索。（9）每2～4 a对索端钢护筒进行保养，包括除尘、涂漆、防锈处理。（10）每半年对法兰盘连接偏位、渗水及螺栓情况进行检查。（11）每年检查一次钢护筒与套管连接处的防水及橡胶老化情况。

索力异常预防性养护的工作内容如下：每年对索力进行测试与比对分析，历次索力测试最好选择在气温相近的条件下进行。当单根拉索实测索力与竣工索力相差10%以内，全桥上下游拉索恒载索力对称、均衡，同一侧各跨索力增量和（当前实测索力－竣工索力）小于5%，则可认为索力正常，按正常检测周期检测。当拉索实测索力与竣工索力相差10%以上，应首先检查该拉索的外观，并在以后每三个月测试一次索力，测试范围包括该索左右5对拉索（包括桥面另一侧拉索），分析跟踪索力变化规律。如果同一索号上下游拉索索力相差10%以上，应首先检查该对拉索的外观，并在以后每三个月测试一次索力，测试范围包括该索左右5对拉索（包括桥面另一侧拉索），分析其索力变化规律。索力异常预防性养护的措施如下：判断线型与索力实测数据是否在温度正常影响范围。画出曲线表明温度，作为以后养护依据。主梁线型良好，索力与设计值偏差不超过10%，一般不进行索力调整。索力超出10%当进一步查明原因。如有异常，经多方慎重研究并协同专家会诊后方能进行调整索力及主梁标高。索力调整应在温度稳定的季节和时段进行。索力调整、张拉的顺序、级次和量值应按设计规定进行，并测定索力和延伸值，同时进行控制。调整索力应上下游同一编号拉索同时进行。索力调整的液压系统应通过鉴定，系统总误差在±3%以内。索力调整应于桥上无活载条件下进行。索力调整应同时进行主梁、主塔应力与位移测试，以求建立斜拉桥良好的恒载状态：线型满足计算值要求，索力与设计值偏差在±5%以内。

3.2 涂层系统

（1）每2～4 a对钢箱梁进行一次清洗，清除钢箱梁内外表面的残留物（如灰尘、污染物、杂物等）。（2）钢箱梁在建成10 a时实施初次涂层预养护，主要为整体涂装或重新涂装。（3）钢结构表面清理：对钢结构维护性涂装多采用手工清理，重新涂装多采用喷砂清理，严禁使用腐蚀性物质清理油腻、旧漆皮、铁锈和氧化皮，清理前须采用高压淡水清洁后，再喷砂除锈。（4）维护涂装（局部维修）：当旧涂层发生2级或3级锈蚀，或3级以下开裂、剥落、起泡且损坏未贯穿整个涂层，累计面积小于构件面积的50%时，应进行维护涂装或局部维修。（5）重新涂装（整体维修）：当旧涂层发生3级以上锈蚀，或3级以上开裂、剥落、起泡且损坏贯穿整个涂层，累计面积大于构件面积的50%时，应进行彻底的表面处理后涂装相应配套涂层，即重新涂装或整体维修。重新喷涂工艺首先是电弧喷铝，其主要工艺过程为：表面净化→喷砂除锈→电弧喷涂→封闭底漆→中间漆及面漆几个步骤。（6）每2～4 a对索塔及桥墩表面进行一次清洗，清除残留物（如灰尘、污染物、杂物等）。（7）索塔及桥墩混凝土在建成8a时实施初次涂层预养护，主要为整体涂装或重新涂装。

3.3 钢构件

钢构件表面均有防腐涂层，涂装后的钢构件锈蚀是伴随着涂层劣化状况发展，因此应将钢构件锈蚀和涂膜劣化视为整体一起预养护。针对钢构件锈蚀的维修处治主要是对钢结构进行除锈处理并涂漆防护。钢构件锈蚀预防性养护的具体措施见表3。

表3 钢构件锈蚀预防性养护的处治措施

4 结论

（1）通过资料调研整理，结合实桥检测，疏理给出了跨海斜拉桥的预防性养护病害。

（2）着眼于将来可能引起结构技术状况恶化的萌芽中的缺陷或病害，给出了跨海钢箱梁斜拉桥结构预防性养护阶段的具体检测内容和检测手段与方法。

（3）根据跨海钢箱梁斜拉桥的结构和环境特点，给出了预防性养护阶段的养护工作内容和要求，给出了维护处治的具体技术措施。