跨海斜拉桥关键结构物预防性养护研究胡正涛1

跨海斜拉桥关键结构物预防性养护研究胡正涛1

胡正涛1林阳子2，3姚响宇3

1.广东省南粤交通东雷高速公路管理中心湛江524000；

2.广东省交通规划设计研究院股份有限公司广东广州510507；

3.广东盛翔交通工程检测有限公司广东广州511400

摘要：跨海斜拉桥跨径大、结构复杂，关键结构物和易损构件众多，又处于恶劣的海洋环境中，养护管理难度大。以广东省某跨海斜拉桥为背景，对桥梁运营中的状况进行关键结构物的预防性养护研究，以提高桥梁全寿命周期，节约养护成本，为科学合理的制定养护计划提供依据。

StudyonPreventiveMaintenanceofKeyStructuresofSea-crossingCable-stayedBridges

HuZhengtao1LinYangzi2，3YaoXiangyu3

（1.DongleiHighwayManagementCenterofGuandongProvincialNanyueTransportation，Zhanjiang，524000，China；

2.GuangdongProvinceCommunicationsPlanning&DesignInstituteCo.Ltd，Guangzhou，510507，China；

3.GuangdongShengxiangHighweyEengineeringConsultationCo.Ltd.，Guangzhou，511400，China）

Abstract：Thecross-seacable-stayedbridgehasalargespan，acomplexstructure，alargenumberofkeystructuresandvulnerablecomponents，anditisdifficulttomaintainandmanageintheharshMarineenvironment.Takingacable-stayedbridgeovertheseainguangdongprovinceasthebackground，thepreventivemaintenanceresearchonkeystructuresinbridgeoperationiscarriedouttoimprovethewholelifecycleofthebridge，savethemaintenancecost，andprovidethebasisformakingascientificandreasonablemaintenanceplan.

1.引言

近几年来我国基础设施行业持续发展，兴建了一大批跨海特大桥梁，促进经济的快速发展。国内外对跨海大桥运营中的养护进行了广泛的研究，但对关键结构物的预防性养护却涉及较少。跨海大桥一般为缆索式承重桥梁，桥梁跨径大、结构复杂，关键构件数量众多。相比于跨江、跨河桥梁，跨海大桥处于恶劣的海洋环境中。桥梁结构物在海洋环境下，受到大气温湿度变化、海洋盐雾、海水侵蚀等自然因素的影响以及承受繁忙交通荷载，甚至遭受自然灾害或人为灾害侵袭，会使得桥梁构件在没有达到设计使用年限就产生不同程度的病害和损伤，甚至有些桥梁在运营期间出现重大事故。

针对跨海特大桥梁的养护情况，王金权[1]等人建立了跨海特大桥梁的养护标准，形成了养护工作的评价体系，但没有涉及到桥梁的预防性养护。凤懋润[2]等阐述了桥梁工程运营阶段的主要问题和方法论，认为应加强预防性养护、社会管理和工程评估。陈双全[3]等人提出了桥梁养护工作“八化”理念，明确预防性养护是一种先进、科学的理念。开展跨海大桥关键结构物预防性养护研究对桥梁的安全性、耐久性有重要的意义。

2.预防性养护技术

预防性养护的概念早期应用于道路养护中，后来也逐步尝试应用于桥梁结构物的养护过程中。美国联邦公路局对桥梁养护进行了分类，一种是修复性养护，即桥梁结构发生损伤后，对其进行维修，包括更换损坏的结构物、重新涂刷、对构件裂缝进行填充等；另一种是预防性养护，预防性养护主要是在桥梁结构没有完全被损坏的情况下，为了保证桥梁良好的状态，采用预防性养护措施，做到治早、治小、治好，避免病害呈现恶化的趋势。美国联邦公路局在其出版的《桥梁维护指南》中指出：“预防性养护是一种可以延长桥梁基础设施使用寿命的具有成本效益的方法”，且预防性养护在美国已经得到了相对较为广泛的应用。

图1桥梁预防性养护

作为桥梁养护工作的一个重要组成部分，预防性养护是一种通过对状态较好的桥梁实施具有成本效益的养护措施以延长其使用寿命的过程。桥梁预防性养护概念本身就表明应该对桥梁实施一种精心计划的具有成本效益的处理措施策略，使桥梁保持良好的状态，延迟桥梁在以后发生质量恶化，并避免在桥梁修复或者重建方面花费大量的资金。跨海特大桥梁造价高，结构复杂，关键承重结构众多，常规的养护方法往往倾向于修复性养护，缺乏针对性。对跨海特大桥梁关键结构物进行预防性养护，在结构未出现结构性病害前进行养护，提高桥梁全寿命周期。

3关键结构物的预防性养护研究

本文以广东省某跨海特大斜拉桥为工程背景，开展运营过程中大桥关键结构物的预防性养护研究。关键结构作为关键的受力构件，将荷载传递到基础上，其健康水平对桥梁的安全性至关重要。通过详细调查国内外桥梁预防性养护技术与经验，深入研究跨海特大斜拉桥关键结构物的预防性养护技术要点。

3.1斜拉索系统

斜拉索系统包括索体、锚具和阻尼装置这几部分，各部分结构在构造上有所差异，所以针对斜拉索系统不同结构预防性养护要点也有所差异。斜拉索是斜拉桥的养护重点，斜拉索承受较大的拉力，将桥面荷载传递到桥塔上，对腐蚀作用十分敏感，因此保持斜拉索防护层的完整性十分重要。在上个世纪建成的缆索承重桥梁，没有意识到拉索预防性养护的重要性，在运营几年后拉索钢丝出现不同程度的锈蚀甚至是断丝现象，危害桥梁安全被迫全桥换索。斜拉索预防性养护的重点部位是上、下锚头处、拉索出口密封处等。

图2斜拉索初期病害

斜拉索索体的预防性养护主要针对拉索防护层、拉索钢丝锈蚀与拉索锚固区出现的初期病害，这些病害一般没有严重威胁到结构的安全性能，但是如果不进行预防性养护的话，病害进一步恶化，最终影响到结构的安全性与耐久性。拉索防护层大多采用PE护套，一旦护套老化开裂、出现损伤、导致护套内渗水，索体防护层功能失效，进而导致拉索钢丝锈蚀。斜拉索锚具的预防性养护主要针对锚具防护损伤、锚具的锈蚀。当斜拉索锚具防护罩出现绣蚀时，除去锈蚀部分重新涂装，而当防护罩出现破损影响到锚头的防护时应更换新的防护罩。斜拉索阻尼器的预防性养护主要针对的是阻尼器限位功能失效，漏油、阻尼器的防护层破损导致的锈蚀、螺旋线的松动或断开等。

3.2组合梁

该跨海斜拉桥主梁为半封闭钢箱组合梁，由于钢箱梁处于海洋气候下，盐雾的侵蚀作用，使得钢箱梁腐蚀问题尤为突出。此外，在车辆荷载的反复冲击作用与恶劣海洋环境的耦合作用下，主梁容易产生疲劳裂缝，影响组合梁的安全性与耐久性。通过防腐设计，通过采取以下措施进行组合梁结构的预防性养护。

3.2.1钢箱梁涂装

钢梁涂装根据部位和方案不同，分为钢梁外表面、钢梁内表面、钢混结合面及高强度螺栓接合四部分：钢梁外表面系指所有暴露于大气中的钢梁外表面部分。钢梁内表面系指组合梁箱内所有部分，该部分处于封闭环境中，且布置有除湿机。钢混结合面系指钢梁与混凝土桥面板的结合处，其防腐寿命与桥面板相同，要求为100年。涂装完成后，在钢结构与桥面板结合边线处涂布硫化型橡胶密封剂。高强度螺栓接合面采用喷涂无机富锌防锈防滑材料，喷涂后搁置6个月，其抗滑移系数复验值要求不小于0.5。

3.2.2钢梁涂装

防腐涂装方案应满足《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》（JT/T722-2008）的要求，首选耐腐蚀寿命长的方案，以降低维护费用。

3.2.3安装除湿系统

主梁在梁端人孔安装气密门，电缆孔安装密封盖，使组合梁两侧边箱内部成为密封空间，同时组合梁内部设置除湿系统，通过除湿系统工作，使组合梁内相对湿度小于45%。全桥梁内部共设置6套除湿系统，每套除湿系统的设备包括1台除湿机及1台混合箱，以及相应的风管系统和控制系统。

3.3桥塔与桥墩

桥塔与桥墩处于海洋气候恶劣环境中，又是关键受力传力构件，为重点检测养护构件。斜拉桥主塔常见的病害主要有：

①索塔裂缝：索塔裂缝是定期检查重点关注病害，裂缝主要类型包括：塔身竖向裂缝、塔身横向裂缝、索塔锚固区局部裂缝。

②索塔倾斜变形：选择在无车的情况下对两个索塔塔柱空间位置进行测量，获取塔柱顶部的三维坐标。测量点位最好利用施工中已预埋的标准栓，便于测量结果的延续性和可比性。由测量结果可以判断索塔的倾斜状况，是否影响结构安全。

③索塔沉降观测：定期利用精密水准仪对索塔沉降进行观测，判断其是否出现均匀或不均匀沉降以及沉降是否稳定，判断其对结构的影响程度。

针对日常巡查和定期检查发现的病害，及时采取处治措施进行预防性养护。对于桥墩与桥墩出现的裂缝进行封闭处理，避免水侵入裂缝导致钢筋的锈蚀，从而降低构件的耐久性。

3.4地基与基础

该跨海特大桥地处海洋环境，为满足结构耐久性要求，对索塔和桥墩基础进行预防性养护。通过提高混凝土自身的抗腐蚀性能，即采用海工高性能混凝土；增加混凝土保护层厚度，并采取有效的结构构造措施与裂缝限制要求确保运营过程的安全性，必要时采取附加耐久性措施，如在混凝土结构表面进行硅烷浸渍等。

在对该桥地基与基础进行预防性养护的过程中，其养护与维修应符合下列规定：

①桥梁的基础及地基应完整、稳定。②桩基础存在颈缩、露筋、钢筋锈蚀等缺陷时，必须及时维修加固处治。③基础开裂后应视裂缝的影响程度，及时维修加固处治。④基础钢筋保护层无法满足规范要求或处于腐蚀环境时，宜增设防腐措施等确保其耐久性。⑤桥梁基础受地质、地形、地貌及周边环境等因素影响发生异常变位时，应及时进行检测评估，根据评估结果及基础的病害特征进行加固处治。

⑥若基础冲刷过深或基底局部掏空，应及时采取必要的防护措施。⑦基础变位所产生的附加内力影响到桥梁的正常使用和安全时，或桥梁墩台基础自身结构出现大的缺损使承载力不足时，必须进行加固处治。

4结语

跨海斜拉桥具有跨径大、结构复杂，关键结构物和易损构件众多，而且处于恶劣的海洋环境中，需要对关键受力结构物进行预防性养护，提高桥梁全寿命周期。通过对桥梁的日常巡查以及定期检查发现的初期病害，及时处治进行预防性养护，避免结构的进一步劣化。

参考文献：

[1]王金权，肖龙，王灏.特大型跨海桥梁养护标准研究[J].公路，2018，63（05）：287-292.

[2]凤懋润，赵正松.桥梁工程运营维护方法论[J].工程研究-跨学科视野中的程，2016，8（06）：644-653.

[3]陈双全，韩永平.养护“八化”理念及在长大桥梁的应用与实践[J]公路，2018，63（11）：228-232.

科技项目：广东省交通运输厅科技项目【科技-2016-02-018】