既有桥梁斜拉索检测评估及损伤分析

江建龙、晏澍瑞

（江西省交通投资集团有限责任公司九江管理中心，江西九江 332000）

1 国内既有桥梁现状

近年来，我国桥梁建设取得显著进步，但随着服役时间的延长，部分桥梁的病害问题日趋严重。一方面，道路交通流量急剧增加，尤其是大量的大、重型车辆不断增加，对桥梁提出了更高的要求。例如，在大型水电站、矿山等建设工程中，需要通过大吨位的汽车运送特大型部件，目前已建成的桥梁已不能满足使用需求。另一方面，由于原有桥梁的老化和破损，以及原有桥梁的设计水平不高，不能完全满足我国道路交通发展的需要。

2 既有桥梁检测与评估的目的及意义

随着我国现代化工业建设的发展，特大型工业设备和集装箱运输越来越频繁，由此引发的超重车辆过桥事件时有发生，为确保超重车辆能够安全通过桥梁，并为桥梁临时加固提供准确数据参考，需要对桥梁进行检测和评估[1]。

桥梁遭受特大灾害，如泥石流、地震、洪水等造成严重损坏，或者在建造和使用过程中出现严重缺陷（如质量事故、过度变形和意外撞击等）时，检测评估相关人员可以及时掌握桥梁的承载力情况。此外，如果现有桥梁资料不完整，通过检查，可以重新建立和积累技术资料，为加强科学管理和提高桥梁技术水平提供基础。例如，系统地收集桥梁技术数据，并建立桥梁数据库，借助计算机管理系统，更好地维护和管理桥梁，指导桥梁的养护、加固和维修工作。

对于一些重要的大桥或特大桥，建成之后，通过检测评估，可以评定其设计和施工质量，确定工程的可靠度。对于采用新型结构的桥梁，通过检测评估，可以验证设计理论的可靠性，并进一步发现问题、总结经验，这有助于不断改进结构设计。

此外，对经过维修加固的桥梁进行竣工检测可以验证维修加固质量，并验证加固方法的合理性和可靠性，了解桥梁的实际受力状态，判断结构的安全承载能力和使用条件评价，为进行桥梁的维修加固提供可靠依据[2]。

3 项目概况

在斜拉桥中，索道是承载主梁恒载、桥面系统以及活载至桥塔的荷载的重要承力元件，其使用状况与桥梁的安全性有很大的关联。由于大部分斜拉索寿命较短（约为桥梁基准期的1/10，很多情况下不到20 年），且在运营过程中易发生病害，因此对其进行专项检测与日常养护尤为重要。A 桥是国内第一座双线、单塔、单索面斜拉桥，主桥跨度（114+120）m，已经使用15 年。该桥斜拉索为32 对平行钢丝索，双排单索面竖琴式布置，斜拉索梁端锚固在箱梁中室靠横隔梁处，梁上索距6.66m，塔端锚固在桥塔外表面，塔上索距3.92m。斜拉索采用极限强度为1670MPa 的φ5mm 镀锌低松弛高强钢丝，钢丝数分别为283 和301，采用冷铸锚锚固。斜拉索设置双层热挤PE 护套防护，梁端防护罩填充发泡剂，锚头端设置防水罩。为了保证桥梁结构的安全性与稳定性，需要对该桥梁的斜拉索进行检测和修补。

4 斜拉索检测评估

4.1 外观与内部缺陷检测评估

4.1.1 上、下锚头外观检测

通常斜拉桥的斜拉索塔端锚固在桥塔箱室内部，上锚头处于密封环境，雨水通过上锚头进入索体的概率较小，而该桥上锚头锚固在桥塔外表面，长年受雨水侵蚀，可能导致雨水进入索体。对A 桥全桥64 根上锚头进行形貌检测，发现全桥上锚头无水，34 根斜拉索上锚头油不足。53%的锚头护罩上出现漏油的情况；3条斜拉索（北端E12 索，南北端W2 索）上部锚固区出现了混凝土裂纹，裂纹宽度为0.14～0.21mm，占全部上部锚头数的4.7%。

A 桥底部的下锚头在箱梁中间的内侧，都已安装防护罩，检验时必须将防护罩和锚杯的盖子打开。通过检查，发现下锚头主要病害如下：在下锚头锚杯中均没有发现钢丝墩头回缩或积水的现象，但有7 根斜拉索（索号分别是W10 南侧索、W15 南侧索、W16 南侧 索、W5 北侧索、W6 北侧索、W15 北侧索、W16 北侧索）下锚头保护罩内有积水，占总数量的10.9%；在下锚头锚杯处，由于没有黄油保护，所以在保护罩内有积水的情况下，斜拉索锚头的腐蚀比较严重，锚杯内壁也存在锈蚀现象。在其他斜拉索中，锚头及锚杯的外观都比较好，只有锚头外侧有轻微锈蚀[3]。

4.1.2 防护罩检查

在斜拉索防护罩中注满发泡剂，掀开64 个斜拉索上的将军帽，对其进行检查：W10 南侧索、W15 南侧索、W16 南侧索、W5 北侧索、W6 北侧索、W15 北侧索和W16 北侧索套筒内的发泡剂被水浸泡，并在索套上钻了个洞，且有水从洞里流出，其他斜拉索的套筒内发泡剂干燥。被水浸泡的斜拉索和下锚头护罩中有水的情况一样，这说明雨水是从上向下灌入的，这也是下锚头护罩出现积水的重要因素。

4.1.3 PE 护套外观检查及索体内部缺陷检查

该项目利用斜拉索探伤机器人（可360°全景拍摄自由段）对斜拉索进行探伤，并根据漏磁探伤原理，对斜拉索内高强度钢索的腐蚀及断丝情况进行无损探伤。

外观检测结果表明：8 根斜拉索PE 护套表面局部存在蜂窝，索号分别为E10 南侧索、W10 南侧索、W15南侧索、E5 北侧索、W5 北侧索、W6 北侧索、W8 北侧索及W15 北侧索，占斜拉索总数的12.5%。斜拉索中，有16 条PE 护套出现了裂纹，占总长度的25.0%；部分出现的孔洞和裂纹是聚乙烯外套管表面损坏，还没有完全穿透聚乙烯外套管[4]。引发PE 护套病害的主要因素有：材料运输、施工过程中出现的问题，聚乙烯护套材料的老化，以及活荷载的重复荷载等。

NDT 测试结果显示：7 条斜拉索下锚头护罩内有水渍的线材没有断丝，线材最大部分的腐蚀速率为1.53%～5.27%。根据《公路桥梁技术状况评定标准》(JTG/T H21—2011)，该斜拉索钢索的腐蚀程度为3级，由此推测钢索的表面腐蚀严重，且有一些铁锈脱落。《城市桥梁养护技术标准》(CJJ 99—2017)要求，因腐蚀导致钢索面总损失率大于10%时需更换索具，目前该桥不符合更换索具要求。

4.2 力学性能检测评估

4.2.1 索力测试结果分析

斜拉索索力超限是影响其使用寿命的一个重要原因，该项目前期已完成多项索力检测，数据均显示，A 桥在静载状态下，拉索强度基本保持稳定，其中2022 年拉索实测索力与成桥索力偏差在5%以下，占总数量的82.8%，其中11 条拉索实测索力与成桥索力偏差大于5%，下锚头防护罩积水严重的7 根斜拉索索力测试结果如表1 所示。

表1 下锚头防护罩积水严重的7 根斜拉索索力测试结果

通过对静载荷下实测索力、最不利荷载组合造成的索力增量和对斜拉索钢丝腐蚀率的折减进行分析，得出全桥斜拉索的最小安全系数为2.63，因此7 条下锚头护罩内有较大积水的斜拉索，最小安全系数为2.77，符合使用期内斜拉索的索力安全系数不小于2.5 的要求[5]

4.2.2 斜拉索减振效果分析

斜拉索对数衰减率达到0.02 以上时可有效抑制斜拉索的涡激振动；对数衰减率达到0.03 以上时能有效防止斜拉索的风雨振；对数衰减率达到0.05 以上时可防止并排斜拉索的尾流驰振。

抽检A 桥12 根斜拉索进行对数衰减率测试，实测值如表2 所示。由表2 可知，除W16 南侧索的对数衰减率为0.04 外，其他11 根斜拉索的对数衰减率均大于等于0.05，且桥梁建成至今也未出现斜拉索的尾流驰振现象，表明A 桥斜拉索的减振效果较好。

表2 斜拉索对数衰减率实测值

4.2.3 其他测试结果分析

斜拉桥的索力变化与其桥面的线形密切相关，通过对桥面固定观测点的观察，发现A 桥的桥面线形平稳，南北两个方向的高差很小，最大的高差只有0.016m，且多年来的实测数据比较稳定，连续3 年桥面高程变化量不超过±1cm，说明目前斜拉索的病害尚未引起桥面线形变化。

进行外观检验时，在E12 号北索塔及W2 号南北索的3 条索塔端锚固区出现了混凝土裂纹，在加载期间，通过对裂纹的监控，发现裂纹的长度及宽度均无显著扩大，表明索塔端锚固区裂纹是一种非结构性裂纹，目前还没有对桥梁结构的安全性造成威胁。

5 斜拉索修复

对于产生较大病害的斜拉索，应更换，对产生较小病害的，应采取修补措施。更换斜拉索的原因有两种，一是斜拉索外部或内部出现了严重的损伤（如斜拉索被腐蚀、被汽车碰撞、被火灾破坏等）；二是斜拉索的受力能力较差（索力过大、风致振动较大等）。

A 桥斜拉索设置于桥面中线，并安装了防撞护栏，自建成以来未发生车辆碰撞、火灾等事故，因此不需要更换索具，对已有损伤进行修补即可。由于斜拉桥的上、下锚头无保护，且索塔端锚固区出现了非结构性裂纹，此类病害不会对斜拉索的安全造成太大影响，但会严重影响索体的耐久性，因此对其进行上、下锚头修补，对斜拉索上下锚头先进行锈蚀处理，再次涂上牛油保护，最后对索塔端锚固区裂缝进行注浆加固[6]。

该桥梁共有7 条斜拉索，由于将军帽处的封口不够严密，导致斜拉索护罩中的发泡剂被水浸湿，护罩中出现了大量积水，斜拉索下锚头被腐蚀，这类问题会严重影响斜拉索的安全与耐久性。将7 条斜拉索护套上的泡沫材料全部清理干净，干燥后重新填充泡沫材料，然后在护套上盖上一层封条，并将护套上的泡沫材料清理干净，并使其处于干燥状态。对PE 护套进行修补，部分斜拉索的PE 护套虽出现孔洞、裂纹，但没有穿透PE 护套。虽然PE 护套破损并不严重，但其持续恶化会直接威胁斜拉索的安全性及耐久性，因此需对PE 护套破损部分进行修补。

6 结语

在A 桥斜拉索使用15 年后，对其外表及内部缺陷进行检测，对其索力、减振效果及桥面线形进行分析，结果表明，该桥斜拉索主要病害为7 根斜拉索将军帽密封不严，致使下部锚头防护罩出现积水，锚头腐蚀严重。同时，桥梁部分斜拉索的PE 护套出现部分蜂窝、裂缝，且内缆绳表面出现了腐蚀现象，但由于不影响结构的安全性，因此不需要更换。通过除锈，对裂缝进行注浆，并对防护罩采取更换发泡剂的方式，取得了良好的修补效果，该项目的成功经验可为同类养护工程提供参考。