Vol.47,No.l6第47卷第1期January,2°21Sichuan Building Materials2021年1月铜陵市长江公路大桥病害分析与加固应用探讨
何庆爲孙盼盼b，华倩文b，郭喜龙爲范伟*
（铜陵学院乩建筑工程学院;b.数学与计算机学院，安徽铜陵244000）
摘要：论述钢筋混凝土结构裂缝产生的原因及其控制处理技术，对于不同类别的裂缝成因进行归纳，同时对目前常用的裂缝控制处理措施进行总结和分析。桥梁经加固后，其结构性能、承载力和耐久性方面都能达到使用上的要求。比重建新桥节约60%-70%以上的费用才是可行的、有意义的。包括因加固桥梁中断交通造成的经济损失。针对桥梁材料、工艺、环境和维护等因素，建立一套健全的桥梁设计方案，以期做到材料最简化、质量最大化。
关键词：大跨度斜拉索大桥、铜陵市长江公路大桥、桥梁病害、桥梁加固应用
中图分类号:U445.7文献标志码:A
文章编号:1672-4011（2021）01-0174-03
DOI：10.3969/j.issn.1672-4011.2021.01.087
0前言
桥梁，飞跃深谷，横跨河流，是交通事业中重要组成部分。我国坐拥长江、黄河等大江大流，桥梁交通在交通运输中起着举足轻重的地位，但是经过研究，我国目前的道路桥梁存在着一定程度的病害，并且这些病害已经导致25%的道路桥梁成为危桥，不仅阻碍了社会的发展，而且在一定程度上对人们的人身以及财产安全造成了威胁。因此，加强对病害桥梁的加固技术研究是目前我国道路桥梁建设企业的首要任务。桥梁作为交通运输枢纽其强度和刚度需要达到极高标准，而且还要具备一定的稳定性和延续性。由于混凝土性能良好且造价保守，是道路桥梁首选的建筑材料。但是钢筋混凝土的道路桥梁结构也容易产生一些常见的病害。而桥梁本身的老化问题也亟待解决，钱塘江大桥是我国第一架自主设计建造的现代化桥梁，距今已有80年的历史。随着时间的推移，桥梁所处的温度与湿度的变化，受水流或风雨的侵蚀，再加上车辆荷载增大，车辆频率增加，桥梁结构与材料的疲劳都在加速桥梁的老化。再加上早期建造的桥梁的资金紧缺，设计标准偏低，建造技术稍弱使得现在一些桥梁正在变成老桥甚至危桥。桥梁的老化不能满足人们日益增长的交通运输要求。这时候对桥梁的病害伤损进行分析、评估。
铜陵长江大桥是安徽境内的第一座跨江公路大桥。大桥于1991年12月15日开始动工，于1995年10月1日完成主桥合龙工程，大桥全线贯通；于1995年12月26日通车运营。位于我国安徽省铜陵市羊山矶下游600m处，连接枫阳县东西两岸，西起于普济号桥，上跨长江水道，东至上水桥枢纽；铜陵长江大桥
为七孔连续预应力钢筋混凝土双塔双索面斜拉桥，全长2592m，其中主桥长1152m，南引桥710m，北引桥730m，桥宽20m，主桥采用（80+90+190+432+190+ 90+80）跨径布置，主跨长432m o主塔为H形桥塔，分上、中、下三部分，索塔采用环向预应力束来平衡索力产生的弯矩，塔柱内设有劲性骨架。斜拉索采用无粘结钢绞线拉索，内选采用多股高强度、低松弛、热镀锌平行钢绞线索，总投资4.5亿人民币，桥面为双向四车道高速公路，设计速度为100 km/h o
本文以铜陵长江公路大桥为例，对其桥梁病害加固应用进行分析探讨O
1研究方法
桥梁结构表观状况检查主要是检查桥梁的表观损伤，测 量桥梁的空间位置以及斜拉索索力等。检查基本项目如下。
1）桥梁基本几何尺寸调查。利用全站仪以及卷尺量尺对该桥不同构件的结构几何尺寸进行测量并与竣工资料以及该桥历次维修、加固等有关资料进行对比。
2）梁体及索塔混凝土外观检查。检查桥梁结构混凝土表面平滑度，混凝土表面是否有风化剥落（掉角）露筋、钢筋锈蚀、蜂窝麻面、孔洞、碳化等。
3）梁体及索塔裂缝外观检查。以目测为基础，对全部裂缝进行逐点逐条的标记并绘制图表，再进行实
际裂缝检查O 4）支座外观检查。支座作为本桥主要的传力构件，支座检查时应先确定支座类型，然后确定支座各组件及其附属构件是否无损。
5）墩台、基础外观检查。主要包括：对墩台、基础的不均匀沉降、偏移进行检查；对墩台（包括盖梁等）、基础的外表面混凝土进行检查。
6）桥面系构造外观检查。主要包括桥面铺装、伸缩缝、桥墩、人行道、桥面横纵坡、排水构造物、桥上交通等设施和桥面线形的检查。例如伸缩缝是否积水、堵塞、破损、跳车等；排水构造物是否破损、堵塞等；桥面护栏是否破损、松动等。
7）结构空间位置测量。利用全站仪、精密水准仪等测量仪器测量主梁的线型、索塔的偏位等结构空间位置的变化。
2桥梁主要构件的损伤检测
2.1混凝土整体浇筑质量检测
采用声波CT技术检测重点梁段结构的质量情况（混凝土均匀性、密实性、强度等指标情况），评估混凝土整体浇筑质量。
2.2混凝土强度及碳化深度检测
对桥梁的梁体、桥塔、墩柱各取代表性的构件进行混凝土强度及碳化深度检测分析。
2.3裂缝深度和宽度检测
裂缝深度和宽度检测是在梁体裂缝外观检查之后对结构的主要裂缝进行的专项无损检测，采用的仪器为裂缝测宽仪和裂缝测深仪。
收稿日期：2020-11-10
作者简介：何庆（1999—），男，安徽铜陵人，在读本科，主要学习和研究方向：土木工程。
基金项目：安徽省大学生创新训练计划项目：对桥梁结构损伤病害分析及加固应用探讨—
—以铜陵市长江公路大桥为例（S201910383336）
6 iJ g 坊
Sichuan Building Materials
第47卷第1期2021年1月
Vol.47,No.l January, 2021
2.4 混凝土保护层检测
对桥梁的梁体、桥塔、墩柱各取代表性的构件进行钢筋
位置定位及混凝土保护层检测。仪器采用钢筋位置测定仪 进行测试。可以准确推知各结构混凝土保护层厚度、钢筋位
置、布筋情况以及钢筋直径。
2.5钢筋锈蚀情况检测
在桥梁的梁体、桥塔、墩柱上各取代表性的构件，在以上
构件中的混凝土脱落、掉脚、露筋、鼓包、不平整的部位中选
取代表性部位采用钢筋锈蚀仪进行测试。
2.6氯离子含量检测
对桥梁的代表性构件按不同深度进行现场取样。将样
品带回试验室采用氯离子含量测定仪对样品进行化学分析
以测定氯离子含量。测定结果须能反映氯离子在混凝土中
随深度的分布，根据钢筋处的混凝土氯离子含量判断引起钢
筋锈蚀的危险性。
3斜拉索专项检测
斜拉索检测主要目的是了解斜拉索及其锚固系统是否
发生锈蚀，测定斜拉索当前索力，为桥面铺装更换时的索力
调整提供依据。
主要检测内容包括:①采用斜拉索检测机器人对斜拉索 PE 护套的外观进行检查，看是否有开裂和破损;②打开斜拉
索梁端将军帽，检查内置减振器是否损坏，索道管内发泡材
料是否失效，索道管内是否积水;③检查斜拉索外置减振器 是否损坏失效，观测斜拉索的风振和雨振状况;④打开塔端
和梁端冷铸锚上的螺纹，螺母是否锈蚀和缺少防护油;⑤采 用高被摄像系统，对斜拉索上端内置减振器封闭情况进行观 察;⑥进行索力的全面检测。将检测结果与竣工时的索力进
行比较，找出索力变化大于10%的斜拉索。对索力变化较大 的索，破损严重的斜拉索，将对该索进行PE 护套开仓检查，
开仓范围根据实际情况确定，一般为0.1mX0.2m o 对开仓 的斜拉索采用专用塑料焊枪修补恢复。
4桥梁结构检算
通过对桥梁各个结构进行检测分析，检算分析。
4.1箱梁断面横向受力检算
利用桥梁静力线性计算或桥梁博士将单位长度的箱梁
断面简化成平面模型进行横向框架分析，以计算箱梁断面横
向受力的安全性。
4.2上部结构运营阶段计算
采用MIDAS/Civil 进行计算。首先进行全施工过程的
模拟，在得到成桥状态的结构内力后，计算运营阶段受力。
4.3结构损伤模拟计算
根据桥梁结构的检查、检测以及荷载试验的结果，采用
测量的实际线形，对模型采用损伤模拟的方式了解桥梁真实
的受力状态。计算考虑的几种主要病害损伤如下：预应力损
失，收缩徐变效应，裂缝，刚度折减等。在计算中，将同时考
虑汽车超载的影响。拟采用MIDAS/Civil 进行计算，再由桥 梁博士进行复核。
4.4构造及细部复核
桥梁的主要构造及细部的局部验算。包括梁段局部，斜
拉索锚固区，支座处等的局部验算。本项验算拟采用通用有 限元分析软件ANSYS 进行。
5结构性能评估
根据检测结果，按照《公路桥涵养护规范》（JTG H11-
2004）进行结构现状评估。对千大型桥梁的总体或桥梁构件
的评估，可采用以下两种方法：
5.1直接评估法
依据大桥桥梁技术状况评定标准和桥梁主要构件检查
指标及分级评定标准进行评估；
5.2综合评估法
首先根据缺损程度（大小、多少或轻重）、缺损对结构使
用功能的影响程度（无、小、大）和缺损发展变化状况（趋向 稳定、发展缓慢、发展较快）等三个方面，以累加评分方法对
各部件缺损状况做出等级评估。用累加评分法对桥梁各部
件进行评估。
根据以上方法，按重要部件、次要部件的功能及材料的
状态以及承载能力和行车状况，对桥梁总体和桥梁部件的技
术状况给出评估意见，可分为：良好、稍差、坏及危险四种状
态。对处于坏或危险状态的构件应进行维修加固。
6实证研究
1） 裂缝。裂缝是混凝土路面中最广泛产生的病害状况,
也是在我国道路桥梁病害难题中须主要处理的。裂缝会严 重威胁道路桥梁的使用性能与承载能力，且不一样程度的裂 缝，其伤害程度也各有不同，程度轻则妨碍驾驶员开车的舒
适感，程度重则立即伤害汽车及人们的生命安全。除此之
外，路桥裂缝会危害保护层，进而引起建筑钢筋生锈。
2） 剥蚀。剥蚀毁坏路桥的外型形状，包含：路桥表层的 疏松脱皮、脱落、露石、蜂窝状表面等状况。路桥表层造成的
脱落或脱离，会造成构件截面减少，应力扩大，造成气体或别
的有害物的内沉积作用更非常容易产生。根据产生原因的 不一样，剥蚀状况能够分成风化层剥蚀、水质腐蚀、冻融循环
剥蚀等。
3） 混凝土内部的毛细管孔及气泡。混凝土中难以避免
地存有毛细管孔，这就促使空气中的水、氧气、二氧化碳等化
学物质迅速进到混凝土內部，而且侵蚀建筑钢筋。这又较大
程度地减少了道路桥梁的使用性能与安全系数。
4） 建筑钢筋生锈及混凝土碳化。建筑钢筋生锈是道路 桥梁毁坏最关键的原因之一。建筑钢筋生锈后会造成容积 扩张膨胀，混凝土承担很大拉力而裂开。混凝土碳化到一定
程度时，道路桥梁会造成裂缝，缩短了路桥的使用寿命，毁坏 了路桥的安全系数
5） 地基不匀称沉降。在一些地质比较独特的地域，如山 区地带、湿地等地基本建设路桥，要分外留意。如果不高度
重视解决地基问题，则非常容易产生地基不匀称沉降状况,
严重威胁道路桥梁的安全性，造成路面裂开，桥体拖动下移
等灾害。
6） 其他病害。除以上比较典型性的路桥病害以外，也有
无法预料的自然灾害等原因造成的路桥毁坏状况，比如水
灾、山体滑坡、酸雨等危害，路面研究工作人员还要相对地引
起重视，防患于未然。
7结束语
目前，世界上大跨度斜拉桥和悬索桥仍朝着大跨、重载、
（下转第185页）
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套零部件，加强质量检查和定期养护，保证各零部件都可正
常使用。对道岔结构展开周期性检查，完整记录检查数据，
以便分析道岔的变化规律，及时发现存在的问题，以科学的
方式处理。
4.4提高信息化、科学化的维修管理水平
铁路道岔的使用情况将直接影响铁路全线的运行状况，
因此及时做好日常养护维修工作极具必要性，而此项工作的复杂度较高、覆盖面较广，因此提高维修管理的信息化水平和科学化水平具有显著现实意义。通过道岔检测系统的应用，能够给维修管理工作提供可靠的技术支撑，实现“故障修”向“状态修”的转变。为满足平稳性的要求，应合理控制尖轨和基本轨顶的高程情况、轨底坡等；为满足舒适性要求，应定期做好对钢轨刚度的检测与维护工作；为满足可靠性要求，应定期检查钢轨的几何尺寸，并做好钢轨探伤等相关工作。
5施工注意事项
1)打磨车的作业速度需视实际情况合理调整，具体考虑对象包含打磨作业的性质、打磨车的工作性能等。对于多遍打磨，随着打磨次数的增加，打磨速度应逐步提高，直至打磨后的表面粗糙度满足要求为止。根据经验，打磨速度以4~ 13km/h较为合适。打磨车砂轮的起落点所处位置应具有足够的精确性，与设计要求的误差宜＜500mm o
2)打磨受限区段。尖轨区域为尖轨非工作边距基本轨工作边100mm处与尖轨尖端之间，如图1所示；心轨区域为长短心轨非工作边间距100mm处与可动心轨尖端前50mm 之间，如图2所示。
(上接第175页)
高速的方向前进。在建的我国常泰过江通道公路铁路两用斜拉桥以1176m主跨跨径超过了目前位列第1位的俄罗斯俄罗斯岛公路大桥。我国南京仙新路过江通道悬索桥主跨跨径为1760m；六横公路大桥、深中通道伶仃洋大桥、龙潭过江通道等一批主跨跨径超过1500m的悬索桥也正在建设中，甬州铁路西推门大桥则为主跨1488m的公路铁路斜拉悬索协作体系桥，这些在建的桥梁也必将推动我国建桥技术水平而针对随着桥梁的使用不可避免地产生桥梁病害，因此，公路桥梁的加固至关重要。本文以铜陵长江公路大桥为例介绍加固应用，对类似工作的开展具有一定的意义。
[ID：010756]参考文献：
[1]中华人民共和国交通部•公路桥涵养护规范:JTG H11-2004
[S].北京：人民交通出版社,2010.
[2]陈林海•公路桥梁混凝土中钢筋腐蚀检测方法探讨[J]•工程
建设与设计,2020,8(19)：214-215.
[3]王亚辉.桥梁工程混凝土裂缝分析及防治措施[J].工程技术
研究,2020,43(5)：165-167.
[4]焦恒见，罗文林，糜怀谷•某桥斜拉索病害分析及处治建议
图2可动心轨打磨车打磨受限区域(单位:mm)在明确上述区段的具体范围后，根据各处的结构特点采取相适应的打磨方法，其中钢管内侧以大机打磨为宜，外侧不允许采取大机打磨的方式，情况特殊时可由施工人员辅助打磨。作业期间应重点关注尖轨、可动心轨顶面宽度在20mm 以内的范围，保证该处的打磨角度和打磨量具有合理性，否则易在打磨过程中给尖轨、可动心轨造成不同程度的损伤。
3)大机打磨受限区域的尖轨或可动心轨较为脆弱，该处易发生疲劳裂纹等质量问题，需通过人工打磨
的方式处理，以保证圆角光滑过渡。裂纹深度应成为重点考虑对象，若深度W0.2mm时需彻底消除该部分裂纹；若深度＞0.2mm时则需最大限度减小裂纹深度，以保证该处具有平顺性。此外，大机打磨受限区存在较明显的磨耗现象后，易对基本轨高造成影响，使得该高度超过尖轨或存在翼轨高于可动心轨的情况，此时需人工打磨，以便调整轨头廓形，使其满足要求。
6结束语
铁路道岔作为铁路事业中的重点建设内容，强化对结构的设计以及做好维修养护工作均具有必要性，在实际工作中应遵循“预防为主，防治结合”的原则，以道岔的状态为基本参考，组织科学的维修养护工作，提高道岔的应用水平。
[ID：010786]
参考文献：
[1]逮明•铁路道岔设备维修与养护[J]•科技创新与应用,2020,
10(4)：127-128.
[2]陈旭.浅析高速铁路道岔结构及维修养护[J]•信息记录材料,
2018,41(10):212-213.
[J]•科技创新与应用,2020,10(29)：133-134.
[5]姜涌，庞晰中，孙元军，等.斜拉桥主梁长悬臂翼缘板施工阶段
裂缝成因分析[J]•公路与汽运,2020,36(5):97-99.
[6]李军堂，潘东发•沪通长江大桥主航道桥施工关键技术[J]•桥
梁建设,2019,49(5)：9-14.
[7]李迎九.千米跨度高速铁路悬索桥建造技术现状与展望[J].
中国铁路,2019,58(9)：7-8.
[8]魏林.超高性能混凝土在沪通长江大桥上的应用[J].铁道工
程学报,2019,36(5):85-89.
[9]刘自明.平潭海峡公铁大桥施工关键技术[J].桥梁建设,
2019,49(5):6-8.
[10]邹敏勇，易伦雄，吴国强.商合杭铁路芜湖长江公铁大桥主桥
钢梁设计[J].桥梁建设,2019,49(1)：65-70.
[11]易伦雄•主跨588m非对称矮塔公铁两用斜拉桥设计研究
[J]•桥梁建设,2019,49(4)：64-68.
[12]周外男，王令侠•芜湖长江公铁大桥主桥钢梁架设方案[J].
桥梁建设,2018,48(1)：1-6.
[13]王东辉，胡雄伟•平潭海峡公铁两用大桥深水区栈桥下部结
构设计[J]・铁道标准设计,2015,59(10)：76-80.
[14]潘军，熊仕坤•孟加拉帕德玛大桥超长大直径倾斜钢管桩施
工技术[J].世界桥梁,2018,46(6)：16-20.
