年度研究进展13桥梁养护

引言

年，江苏省南通市通州区刘桥镇九圩港英雄大桥、江苏省丹阳市导墅镇老黄埝桥、黑龙江省哈尔滨市方正县新兴大桥、湖北省鄂州市大广高速花湖互通D匝道桥垮塌。洪水作用下，南同蒲线昌源河大桥桥台冲毁、海南G98环岛高速公路K+珠碧江大桥桥墩下沉倾斜，封锁桥梁。四川泸县6.0级地震，绵泸高铁多座简支梁桥支座螺栓剪断，区间被迫停运。桥梁养护决定运营安全，建设和养护全功能全寿命的理念已经在行业内达成共识。在安全可靠前提下，实现干扰少、时间少、费用少的高效养护，是桥梁养护研究目标。运营桥梁养护工作，最先接触到病害，然后自然地系统思考如何养护得更好，进而提升养护技术水平。病害整治、养护策略、养护技术是桥梁养护三大主题。本文主要介绍年业界在这三方面取得的成绩。

病害整治

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索夹和吊杆

何少阳[]介绍了悬索桥索夹滑移、索夹与主缆涂层之间出现缝隙、索夹螺杆拉力减小病害。运营期间，索夹螺杆张力损失可超过50%。其原因为：活载拉力导致主缆直径变小；主缆钢丝重新排列，孔隙率变化；主缆缠丝不够紧密；索夹橡胶密封带老化变形。胡小康等[2]分析了2×m三塔两跨悬索桥0根短吊索病害。上、下销轴中心间距增大，吊索长度变长，下套筒脱开，下锚头护筒密封圈与锚杯间出现缝隙，下套筒与锚杯连接处出现断裂。上套筒与锚杯连接处严重锈蚀，吊索钢丝坑蚀，钢丝锈蚀疲劳断裂。病害主要原因为销轴与衬套卡死致使耳板不能正常转动，检查吊索下叉形耳板与钢箱梁锚板没有转动痕迹，而正常吊索转动痕迹很明显。更换病害吊索，对新吊索上、下锚头进行优化设计，特别是衬套，新吊索的销轴与梁端锚板接触面用锡青铜、与叉形耳板接触面用DU复合材料。销轴不外露，不与叉耳板连接固定。采取各种措施，增加销轴转动性能。下锚头钢套筒伸入锚杯口由原28mm增大到45mm。下锚头钢套筒壁厚由原2.5mm增大到23.5mm。安装临时索夹、临时索辅助卸载更换新吊索。张小丹等[3]也介绍了2×m三塔两跨悬索桥吊索病害(图)。下锚头套筒与锚杯连接处断裂，对其解剖后发现下锚杯内部不密实，局部位置存在空隙，导致锚杯内腔湿气侵入，钢套筒与锚杯连接处钢丝断裂，钢丝断口和钢套筒锈蚀严重，锈蚀程度由下至上逐渐减弱。上、下销轴总体完整，表面磨损严重(图2)。上、下衬套挤压、磨损变形严重，局部位置破损，表面有部分固体润滑剂缺失和破损，且受压区润滑剂损失严重(图3)。更换后的新吊索与旧吊索对比见图4.(a)下护筒拉开照片(b)正常下护筒与锚头连接

(c)下护筒拉开示意

图悬索桥吊索下护筒脱开缝隙(张小丹等[3])图2销轴病害照片(张小丹等[3])图3衬套病害照片(张小丹等[3])图4新吊索和旧吊索对比(张小丹等[3])朱毅[4]介绍了上海轨道交通3号线苏州河桥梁拱组合结构多根吊杆下锚头锈蚀较严重，采用临时兜吊方案更换吊杆。射水法清除吊杆锚头内的环氧铁砂，取出吊杆。对变形、应力、索力、温度进行换索施工监测。赵素雅[5]发现福州湾边大桥刚构-拱组合结构~年3次专项检测吊杆索力超设计值，边跨吊杆索力大，中跨吊杆索力小。采用MIDAS软件分析认为混凝土收缩徐变、频率法测试误差等对吊杆索力影响较大，建议更换全部吊杆。宋重阳等[6]分析了跨径m广西柳南高速六景郁江桥钢管混凝土拱桥典型病害。钢管与混凝土温度膨胀系数差异、混凝土灌注不密实引起钢管脱空。吊杆防水罩开裂导致雨水渗流至锚头保护罩内，导致锚头积水、锈蚀。桥面系预应力横梁大量U型裂缝、纵向矮T梁大量U型裂缝系受力引起。采用钢-混叠合梁替换桥面系，更换吊杆，向钢管内压注环氧类浆液。加固后，实测吊杆索力、桥面线形满足要求。四川华腾公路试验检测有限责任公司等单位发现某拱桥吊杆突然振动，横向振幅0cm，立即封锁桥梁。该桥年建成，吊杆采用钢绞线，挤压式锚头。检测发现钢绞线锚头滑移、钢丝锈蚀严重。

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曲线梁桥

胡安庆等[7]发现一座4层立交桥的第4层曲线桥(A线桥)桥墩A30-2顶紧第3层曲线梁体(B线桥)，第4层桥墩柱的梁墩抵紧背面弯曲开裂，第3层曲线梁的防撞墙混凝土压溃、曲线梁错位明显、支座剪切变形明显。长期监测表明，年第3层曲线梁横向位移30.64mm，残余横向位移8.2mm。第3层曲线梁横向位移没有随着温度变化而回复原位，第4层曲线梁横向位移较小。第4层、第3层曲线梁横向位移与温度相关系数分别为0.92、0.68。第3层梁横向位移受到温度、重车等联合作用。在季节性温度变化作用下，第3层曲线梁横向温度位移大，叠加上重车荷载，逐渐向曲线外侧横向爬移，梁体靠近第4层桥墩柱；第4层曲线梁与第3层曲线梁反向交叉，横向位移方向相反，第4层曲线梁横向位移带动其桥墩横向移动，墩柱靠近第3层曲线梁，最后发展为梁墩顶死病害(图5)。图5第4层桥A30-2墩与第3层桥Bc联梁体横向顶死(胡安庆等[7])黄筱淇等[8]分析了南昌市坛子口立交桥病害。该桥为大圆环带匝道立交，主桥与5条匝道(TA、TB、TD、TE、TC)采用牛腿连接。高温天气出现梁端顶死，伸缩装置偏斜扭转。TD5墩柱根部顺桥向剪切破坏，墩顶有劈裂性裂缝，支座破坏。TD2墩支座上钢板螺栓剪断，单向支座上钢板滑出主梁，支座上、下钢板错位量达4mm。TD4墩支承垫石混凝土剥落。TD3处梁体向北位移66mm，TD6、TD7梁端向南位移，TD匝道梁发生逆时针旋转(图6)。其余匝道与主桥在在牛腿位置均发生错缝，有旋转迹象。环形主桥偏位带动匝道梁发生偏转。病害原因为：匝道牛腿支座没有支承垫石，梁底到牛腿顶面距离小，灰尘泥沙堆积掩埋支座，难以检查支座病害，支座被压入梁内，支座失效。整治方案为：分离主桥梁体和匝道梁体，废弃牛腿，新建部分桥墩支撑主桥和匝道，钢套箍加固增设梁体限位装置的桥墩，增大梁缝，更换伸缩装置。利用升温，顶推环形主桥纠偏。一年半的监测表明，整治效果良好。图6TD匝道跟随主桥旋转偏位孟杰等[9]介绍了曲线桥支座移位和脱空病害(图7)。预应力、日照分别作用下，支座出现负反力。建议采用扁平箱式截面、增加抗扭支座间距。图7支座脱空(孟杰等[9])

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钢梁

刘小玲等[0]分析了一座跨径m钢箱梁斜拉桥病害的空间分布特征。钢箱梁斜腹杆过焊孔裂纹分布与主梁受力分布吻合，跨中和辅助墩裂纹多，桥塔附近基本没有裂纹；上、下游索力不一致；上、下游拉索护套开裂病害相差大；钢塔涂层劣化主要在桥面和塔顶区域；钢塔有90个高强螺栓锈蚀。潘思彤等[]分析了一座主跨68m斜拉桥钢箱梁病害。该桥年建成，年发现套高强度螺栓断裂、套螺栓严重锈蚀。年断栓率约0.05%。断裂螺栓主要集中分布在钢箱梁底板和斜腹板，底板占比为69%，腹板占比为3%，顶板螺栓未发现断裂。断裂部位的螺栓更换后容易再次断裂。严重锈蚀螺栓95%截面已断裂。断裂螺栓部位渗水严重，桥面铺装损坏严重。断口宏观分析显示应力腐蚀断裂占比94.6%，脆性断裂占比5.4%。电镜扫描图谱能看出断裂缺陷源区、发展区，显示应力腐蚀特征。实测扭矩超拧超过0%的螺栓占比3%。金相分析图谱显示断裂螺栓均为索氏体，螺栓热处理工艺满足要求。实测螺栓摩擦系数为0.58～0.67，大于设计值0.45。螺栓断裂主要原因为桥面积水从铺装破损处的连接接头渗入钢箱梁，引起螺栓应力腐蚀。堵漏处理后，螺栓锈蚀断裂明显减少。祝龙[2]认为滨海公路辽河大桥斜拉桥钢箱梁靠近渤海，空气中盐分含量高，导致箱梁内部顶、底板局部腐蚀，底板外部有点状锈蚀及泡状锈蚀。史毅杰[3]检测发现一座城市立交桥钢混组合箱梁的桥面板混凝土剥落、箱内钢板与螺栓锈蚀、箱内底板积水、箱内有混凝土残渣、木板碎屑及碎石块等建筑垃圾以及泄水管失效病害。建议增设底板泄水孔、涂刷界面胶和C50自流平混凝土修补桥面板进行病害处置。京广线K+88柳林桥双线3×24m上承式钢板梁于年月竣工，使用56年后，钢板梁上下盖板锈蚀磨损严重，支座剪切变形开裂，钢梁纵向偏移严重，接近桥台前墙，线桥偏心较大，浅基严重病害。张齐[4]比较了混凝土框架桥、刚构桥、简支梁桥方案，认为框架桥方案底板受冲刷威胁。简支梁桥方案利用原有桥墩和扩大基础，也未消除浅基病害。刚构桥方案钻孔桩基础的整体性好，解决了原桥所有病害，为实施方案。京沪线K上行线和下行线分别为一孔24m、2m上承式钢板梁桥，年建成。钢梁上盖板翘起，铆钉烂头，钢梁严重腐蚀，钢梁纵向位移大，梁端顶紧桥台，桥台护锥冲刷，桥梁限速45km/h运营。程正楷等[5]考虑到利用既有桥台和扩大基础风险较大，推荐重建新桥。比选简支T梁和框架桥，采用了对铁路影响小、施工风险低、投资少、后期运营成本低的框架桥方案。付军等[6]采用ABAQUS软件建立宜都枝城长江大桥整体-局部-细部多层次精细化有限元模型，公路桥面托架角钢开裂病害原因为：托架竖直角钢与上弦角钢翼缘分离导致局部区域发生应力集中，最大等效应力39.2MPa；公路桥面纵梁不连续，托架受力发生扭转；公路车辆超载倍，托架应力增大53.4%。采用增大垫板尺寸、竖直角钢上端顶紧翼缘、在角钢裂缝两侧设置T形钢板等加固措施后，角钢最大等效应力降低62.7%，已经安全通车运营3年。娄松等[7]分析了运营50多年的南京长江大桥病害。公路混凝土桥面板开裂剥落，钢纵梁腹板疲劳开裂，威胁下层铁路行车安全。更换公路桥面系，将公路桥面改造为适用于既有钢桁梁的多支座支承正交异性钢主梁结构体系，研发适应板桁间多项效应的多功能拉压钢支座，设计兼具施工平台作用的防护隔离棚架，研制快速架设宽体钢主梁的架板机以及新制钢主梁与既有钢桁梁匹配安装控制技术。

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混凝土梁

袁鑫等[8]分析了鹤大高速红岭高架桥预应力混凝土连续刚构桥腹板斜裂缝、顶板纵向裂缝、底板纵向裂缝等病害原因。认为弯矩和剪力引起腹板斜向开裂，横向弯矩过大引起顶板纵向开裂，预应力径向作用过大造成底板开裂。应变校验系数大于。建议顶板加厚、腹板加厚、底板增设横梁以及体外预应力进行加固。徐光铭等[9]统计分析了0年山东省0条高速公路桥梁检测结果，服役5年以内的桥梁技术状况基本上为一类桥。发现预应力混凝土箱梁沿钢束走向出现裂缝(图8)。图8预应力混凝土箱梁沿钢束走向裂缝陈锋[20]介绍了一座(45+3×70+45)m预应力混凝土连续箱梁腹板斜裂纹病害。箱梁内部腹板斜向裂纹主要集中在70m跨0.2～0.4L、0.6～0.8L之间，即/4和3/4截面附近。箱梁外侧腹板斜向裂纹比内侧少。斜裂纹走向与梁体轴线夹角0°～45°。斜裂纹宽度多为0.0~0.30mm，裂纹中部缝宽、两端缝窄。腹板斜裂纹分布与计算主拉应力吻合。在箱内腹板主拉应力计算超限区及开裂区竖向粘贴宽50mm、厚6mm的Q钢板条，再用纵向钢板条扣压竖向钢板条。加固后运营显示，斜裂纹未发展。王灿等[2]分析了年底通车的一座(55+80+55)m预应力混凝土连续箱梁病害。边跨现浇段顶板纵向裂纹，顶板齿块裂纹严重，中跨L/4、3L/4截面腹板斜向裂纹，20~年跨中下挠83.4mm。认为混凝土收缩徐变、梁体刚度降低、预应力损失导致跨中下挠。通过MIDAS计算分析出混凝土收缩徐变下挠值2.9mm、梁体刚度降低引起的下挠值25.4mm，再用实测下挠值83.4mm减去收缩徐变、刚度降低下挠值，得到预应力损失引起的下挠量值45.mm，再反算出顶板预应力损失0%、底板预应力损失30%。采用体外预应力补充原来的预应力损失，增加压应力MPa，消除主拉应力。体外束加固后，年基本无下挠，裂纹无明显发展。龙佩恒等[22]分析了北京地区京哈、京平高速公路的混凝土梁桥病害，发现80%的混凝土梁桥存在裂纹、钢筋锈蚀、混凝土碳化和剥落以及支座下沉等病害，超过50%的病害与梁桥渗漏水有关。郑舟军等[23]介绍了某主跨50m预应力混凝土连续梁桥底板横向裂缝、腹板竖向裂缝病害。静载试验时，底板横向裂缝和腹板竖向裂缝宽度增大。0年比年静载试验的结构校验系数增大，结构性能降低。孙晋城等[24]针对湖州某立交桥预应力混凝土连续箱梁横向裂缝加固，比较预应力钢板、体外预应力加固，体外预应力加固效果和经济性更好。朱屏[25]提出了空心板铰缝失效的处治方法：体外横向预应力、铰缝横向局部植筋、加强桥面铺装钢筋、横桥向粘贴钢板。王知乐等[26]将钢筋混凝土梁加载至开裂，然后进行钢筋锈蚀处理。继续加载，比较粘贴CFRP片材、粘贴BFRP片材、锚贴钢板3种方法对锈蚀钢筋混凝土梁的加固效果。粘贴CFRP、粘贴BFRP限制裂缝发展比锚贴钢板更好。锚贴钢板加固，加载至某一级荷载，裂缝宽度突然增大。

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支座

宋连亮[27]将橡胶支座病害分为五类：劣品、脱空、移位、剪裂、失效。失效指转角超容许转角及剪切水平位移超容许值。采用可调节转换型支座，更换整治兴延高速公路六环立交匝道桥支座剪切变形过大的剪裂病害。预应力张拉前，支座可滑动；预应力张拉后，再安装支座上、下钢板锚固螺栓，转换为普通板式支座。沪昆高速公路(镇胜段)北盘江大桥为跨度m简支钢桁梁悬索桥，钢桥面板下设置5根纵梁，纵梁通过盆式橡胶支座支承在钢桁梁横联的横撑杆上。年发现钢桥面系固定支座挡块剪断破坏、钢桥面系整体向昆明端纵移病害。张春安[28]等采用ABAQUS、MIDAS、SAP软件计算，分析病害原因为桥面系构件与其它构件的相对温差所致。固定支座承受剪力随构件相对温差增大而迅速增大，桥面系相对横撑杆的位移也明显增大，非线性效应显著，温差超过6℃时，支座抗剪承载力不足。支座硅脂流失、下钢板锈蚀引起桥面板温度伸缩变形中心偏离设计中心位置。

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桥墩和桥台

张鸿志等[29]介绍了郑州市建设路西三环立交桥南线桥第十联挂耳式连续梁桥的下部结构病害。梁体纵向位移，伸缩缝挤死失效，桥台背墙开裂，桥墩开裂。病害原因与纵坡4%、紧邻公交站和客运站车辆制动、仅仅在一个墩上布置固定支座、固定墩未加强配筋等有关。采用顶升复位梁体、加固固定支座桥墩、增设固定支座、限速整治后，梁体未发现纵移。王泽宁等[30]分析了广东省佛山市桂丹路上跨G立交桥不等跨交界墩上的L形盖梁病害。盖梁向小跨径方向倾斜，支座滑移脱空，桥墩开裂。病害原因为不等跨主梁温度纵向变形差异大，盖梁上的垃圾影响伸缩装置纵向伸缩。计算分析显示墩柱系梁下方钢筋屈服，挖探证实该区域裂纹密集。桩基托换，墩柱外包钢筋混凝土增大截面，更换支座，清理垃圾，更换损坏的伸缩装置。广州市东南西环高速公路仑头小桥年检查发现，桩承式桥台耳墙斜向裂缝~2.5mm，台前护坡相对桥台下沉30~80mm，外侧锥坡相对桥台下沉50~90mm。梁端顶死桥台，梁端开裂破损。梁面上、桥台防撞墙顶死，防撞墙破损。支座剪切变形大，局部脱空。随后对桥台地基采用袖阀管分层劈裂注浆加固，凿除桥台部分前墙，重做耳墙和伸缩缝，更换支座。0年，发现台前护坡仍旧下沉，桥台侧墙斜向裂缝长87cm，宽0.2mm。周斌杰等[3]采用PLAXIS2D软件，模拟桥台施工、加固及运营过程，认为淤泥地基发生长期固结沉降以及次固结沉降，汽车荷载引起淤泥累计变形，建议加大地基注浆深度，加强桥台排水。陈玉欣等[32]介绍小河至安康高速公路一座处于滑坡体上的桥梁病害。滑坡推力导致桥墩顶水平位移0.5~35.7cm；桥墩盖梁防撞挡块被梁体推移开裂；桥墩沉降6~2cm，中间桥墩沉降更大；支座滑移错位、剪切变形、挤压开裂破损；桥台护栏水平错位3cm。连续强降雨下，软弱松散土体构成的滑坡体抗剪强度不足，滑体下滑。原设置的排抗滑桩失效。建议增设第2排抗滑桩，桥梁桩基托换，墩柱外包钢筋混凝土，盖梁粘贴钢板，修复挡块，更换支座和伸缩装置。

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基础

熊文等[33]认为桥梁服役时间、结构安全状态、年平均径流量与受冲刷程度存在较强相关性，冲刷坑计算误差源于模型没有考虑床沙级配等，雷达、声波以及潜水员水下检测冲刷是主要方法。刘志国等[34]为整治桩基冲刷病害，提出新型压入钢套箱技术。将节段焊接拼装的钢管沿桥墩、桩基础四周，静力压入土中，形成钢管桩围堰，抽水，灌注快凝混凝土对桥墩、桩基加固。

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养护策略

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养护决策

长期沿用的主流养护策略是重病先治。养护决策方法有多种，常用的还是最简单的最危险策略。业内逐渐认识到，把有限资源绝大部分用于危险病害桥梁，忙于应急抢险整治，人员主要精力用于危机处理，不是一种好的养护策略。既要解决历史遗留病害问题，又要

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