1、工程概況
烏江大橋是貴陽(yáng)至遵義汽車(chē)專(zhuān)用公路跨越烏江的公路橋梁，是世界上已建成的第1座PFC吊拉組合橋（預(yù)應(yīng)力鋼筋鋼纖維鋼絲橋）。烏江大橋全長(zhǎng)461m，該橋的總體布置見(jiàn)圖1。橋跨布置為6 m+2x60m（斜拉橋）+168 m（吊橋）+2x60m（斜拉橋）+6m。本橋的主要特點(diǎn)是大跨、高墩、輕型結(jié)構(gòu)。
大橋荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為汽車(chē)-超20，掛車(chē)-120。抗震設(shè)防烈度為8度。最大水平加速度為0．2g。基本風(fēng)速為：頻率，1/10；最大風(fēng)速，25 m/s。
懸索體系主纜由19股127絲
的無(wú)鍍鋅高強(qiáng)鋼絲經(jīng)過(guò)擠纜纏絲形成。單根長(zhǎng)度為475．65m，直徑
275 mm。重179．1 t。主纜矢高28．8 m，矢跨比
。吊索采用帶PE套的85
5平行鋼絲（中間短索采用鋼棒代替），索距6m，全橋共27對(duì)。
斜拉體系為雙塔雙索面對(duì)稱(chēng)布置，索距6m，全橋共40對(duì)。斜拉索采用19根無(wú)鍍鋅7
5低松弛鋼絞線，外用PE+PU兩層索套防護(hù)。每根斜拉索在主塔上設(shè)置的鞍座上轉(zhuǎn)向。兩端錨固在加勁梁上采用單索張拉工藝施工。加勁梁采用預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土薄壁箱梁結(jié)構(gòu)（具體構(gòu)造見(jiàn)圖2），頂板厚度為14 cm，底板厚度為12cm，箱內(nèi)頂?shù)装宄矢駱?gòu)布置。頂?shù)装逋ㄩL(zhǎng)預(yù)應(yīng)力束采用7
7平行鋼絲，短束采用7
5平行鋼絲。
1997—11該橋建成通車(chē)，雖然運(yùn)營(yíng)至今未曾發(fā)生因橋梁病害而引起的安全事故。但是目前橋梁各部分已存在不同程度的病害。為確保該橋營(yíng)運(yùn)安全，延長(zhǎng)其使用壽命，充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)該橋進(jìn)行全面的結(jié)構(gòu)檢查和評(píng)定是十分必要的。
2、大橋結(jié)構(gòu)檢測(cè)與評(píng)定
2．1 大橋結(jié)構(gòu)檢測(cè)
2．1．1 主要檢測(cè)內(nèi)容
本次檢測(cè)主要針對(duì)該橋的懸索體系、斜拉體系及梁體、主塔等重要構(gòu)件進(jìn)行詳細(xì)的外觀病害調(diào)查和無(wú)損檢測(cè)。外觀檢查中以目視觀察為主，輔以必要的測(cè)量設(shè)備以及超聲波檢測(cè)儀、混凝土雷達(dá)等專(zhuān)用檢測(cè)儀器。另外，對(duì)于難以到達(dá)的部位，借助高倍望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)等輔助器材進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)斜拉索護(hù)簡(jiǎn)等難以接觸到的重要部位，采用工業(yè)內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢測(cè)。為解決主梁梁底和索塔等無(wú)法接近檢查的問(wèn)題。本次采用了基于圖象視頻技術(shù)的遠(yuǎn)程非接觸橋梁檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)將天文望遠(yuǎn)鏡、數(shù)碼相機(jī)、自動(dòng)控制平臺(tái)與激光指示器等進(jìn)行有效集成，基于數(shù)字影像與攝影測(cè)量的基本原理，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字圖像處理、影像匹配、模式識(shí)別等多學(xué)科的理論和方法，從所攝對(duì)象中提取用數(shù)字方式表達(dá)的幾何與物理信息。可遠(yuǎn)程、自動(dòng)拍攝橋梁表面圖像，同時(shí)可直接對(duì)圖像中象素信息進(jìn)行處理與轉(zhuǎn)換，進(jìn)而得到裂縫、空洞等病害特征參數(shù)。在不需要到達(dá)構(gòu)件表面的情況下，可在橋面或者橋下地面直接對(duì)梁體、橋墩、主塔等構(gòu)件的外觀病害狀況進(jìn)行檢測(cè)。
2．1．2 主要檢測(cè)結(jié)果
?。?）懸索部分纜索系統(tǒng)檢測(cè)
通過(guò)對(duì)烏江大橋懸索體系中主纜的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)主纜表面PE層出現(xiàn)不同程度的損傷現(xiàn)象，局部老化開(kāi)裂、破皮露筋、滲水。打開(kāi)部分主纜PE層和纏絲后有濕潤(rùn)感和纏絲銹蝕現(xiàn)象。且部分防水膩?zhàn)硬粔蛎軐?shí)，出現(xiàn)鋼絲外露、銹蝕現(xiàn)象。打開(kāi)部分吊索護(hù)套用手觸摸有濕潤(rùn)感覺(jué)。且發(fā)現(xiàn)內(nèi)部鋼絲有水氣和少量白色物質(zhì)吸附在表面。這說(shuō)明吊索鋼絲的鍍鋅層在潮濕環(huán)境下已經(jīng)氧化失效。經(jīng)分析，以上病害出現(xiàn)的原因?yàn)椋簽踅髽蛑骼|材料為非鍍鋅鋼絲。防腐蝕性能較差；纜索的防護(hù)也比較簡(jiǎn)單，主纜和吊索外僅包裹一層PE護(hù)套，并無(wú)油漆防護(hù)系統(tǒng)，防護(hù)等級(jí)較低．這導(dǎo)致纜索系統(tǒng)出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的銹蝕現(xiàn)象。
?。?）斜拉索的檢測(cè)
對(duì)大橋斜拉索所作的檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)斜拉索表面外僅有層PE+PU護(hù)套。外無(wú)涂裝，護(hù)套表層劃傷較多，局部老化開(kāi)裂、破皮露筋、出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象。鼓包可能是斷絲的表現(xiàn)，須對(duì)其加以重視。對(duì)部分斜拉索內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)，部分鋼束有銹跡。為了充分了解斜拉索在錨筒內(nèi)的銹蝕情況，本次檢測(cè)采取打開(kāi)全部錨筒檢查．并采用內(nèi)窺鏡對(duì)部分斜拉索進(jìn)行了觀測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，少量鋼束表面有銹蝕現(xiàn)象，大部分套筒內(nèi)有積水和油水混合物存在。烏江大橋斜拉索外僅有層PE+PU套管，外無(wú)涂裝，套管老化后斜拉索的銹蝕就難以避免。錨筒中防護(hù)油脂長(zhǎng)期未得到更換．致使油脂長(zhǎng)久失效，使錨筒中裸露的斜拉索失去防護(hù)而加劇銹蝕，此類(lèi)無(wú)排水及檢查部件的傳統(tǒng)錨筒對(duì)于斜拉索防護(hù)本身具有的先天缺陷值得深入研究。從目視檢查情況來(lái)看，經(jīng)過(guò)多年時(shí)間考驗(yàn)，烏江大橋斜拉索的情況堪憂。
（3）梁體與橋面系病害
檢測(cè)發(fā)現(xiàn)烏江大橋橋面鋪裝破損比較嚴(yán)重。出現(xiàn)大面積破碎，鋼筋網(wǎng)外露，多處坑槽，橋面積水從破損處直接流到箱內(nèi)，箱梁頂板出現(xiàn)潮濕、水珠、滴水等現(xiàn)象，跨中段尤其突出；梁體懸拼段接縫處出現(xiàn)大量破損、空洞、露筋銹蝕現(xiàn)象；箱梁底板預(yù)留孔部分堵塞，部分箱內(nèi)積水超過(guò)20 cm深。觀察發(fā)現(xiàn)該橋在有卡車(chē)通行時(shí)振動(dòng)較大，梁體有橫向偏動(dòng)，橋面系破損較為嚴(yán)重，兩側(cè)橋頭伸縮縫有高差，橋頭跳車(chē)現(xiàn)象明顯；恒載下橋面線性較差，撓度較大。根據(jù)觀察發(fā)現(xiàn)橋面系損傷嚴(yán)重，結(jié)合設(shè)計(jì)文件，橋面板厚14cm，相對(duì)偏薄。根據(jù)交通量調(diào)查發(fā)現(xiàn)該橋過(guò)往車(chē)輛有較嚴(yán)重的超載現(xiàn)象。因此頂板厚度可能不足。目前不僅鋪裝層出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，橋面板可能也出現(xiàn)較嚴(yán)重的破壞．主要表現(xiàn)在頂板出現(xiàn)貫穿裂縫（下雨天里箱梁內(nèi)積水嚴(yán)重）且檢測(cè)發(fā)現(xiàn)箱梁懸拼段接縫處頂板開(kāi)裂很?chē)?yán)重，說(shuō)明接縫質(zhì)量較差。
烏江大橋采用了50#高強(qiáng)FC澆筑薄壁箱梁，雖然主梁具有較好的韌性且大幅減輕自重，但箱梁存在質(zhì)量太輕、剛性不足、穩(wěn)性差的問(wèn)題。此外，在烏江大橋這樣的柔性體系橋梁上采用高強(qiáng)FC澆筑薄壁箱梁，可能使得橋梁恒活載比減小，橋面變形幅度更大，在這樣的條件下采用水泥混凝土橋面鋪裝很可能會(huì)導(dǎo)致開(kāi)裂等病害的出現(xiàn)。
在橋梁養(yǎng)護(hù)方面，由于橋面鋼纖維混凝土鋪裝層對(duì)超載較為敏感，使得鋪裝層出現(xiàn)嚴(yán)重破損，車(chē)輛行駛過(guò)程中對(duì)橋梁的沖擊作用更加明顯，剛性較弱的梁體發(fā)生較大的晃動(dòng)、扭曲等，增加了纜索系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。加劇了兩者病害的共同發(fā)展。其中以直接承受沖擊的橋面板開(kāi)裂最為嚴(yán)重。箱梁底板預(yù)留孔部分堵塞，橋面板滲水無(wú)法排出，引起箱梁內(nèi)部腐蝕鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋等的腐蝕或應(yīng)力腐蝕。降低了橋梁的耐久性以及后期整體的承載力．加重了橋梁病害的嚴(yán)重性。
2．2 大橋結(jié)構(gòu)試驗(yàn)
為了檢驗(yàn)橋梁正常使用承載能力是否滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求．了解橋梁結(jié)構(gòu)目前的受力性能。從而為其病害處理、加固維修提供技術(shù)依據(jù)，對(duì)烏江大橋進(jìn)行了靜載試驗(yàn)。測(cè)試內(nèi)容為烏江大橋各斜拉索的索力，關(guān)鍵控制截面的撓度以及截面主要部位的應(yīng)變或應(yīng)力。通過(guò)計(jì)算分析最終確定各控制截面具體位置見(jiàn)圖3。利用Midas計(jì)算模型進(jìn)行分析確定了兩側(cè)邊跨最不利正彎矩以及主跨1/4與3/4跨以及跨中最不利彎矩加載工況。
荷載試驗(yàn)結(jié)果表明：
?。?）試驗(yàn)跨各控制截面在試驗(yàn)荷載作用下?lián)隙葘?shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值及規(guī)范限值。其撓度校驗(yàn)系數(shù)處于0．7～0．9之間。均小于1．0。且處于常值范圍內(nèi)，滿足試驗(yàn)方法的要求．表明全橋剛度滿足設(shè)計(jì)要求；
?。?）從實(shí)測(cè)撓度數(shù)據(jù)看。加勁梁橫向傳力性能與兩邊跨受力對(duì)稱(chēng)性均較好。加勁梁剛度基本一致；
?。?）試驗(yàn)荷載作用下，結(jié)構(gòu)的受力基本處于線彈性工作狀態(tài)。實(shí)測(cè)全橋撓度與塔頂位移變化規(guī)律與理論計(jì)算變化規(guī)律亦十分吻合；
（4）試驗(yàn)荷載作用下，加勁梁各控制截面底板拉應(yīng)力實(shí)測(cè)值及索力實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值接近。本次試驗(yàn)．針對(duì)全橋的80根斜拉索進(jìn)行了恒
載下的索力測(cè)量。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示。邊跨和中跨方向上下游兩側(cè)的斜拉索的索力相差較小，相差最大的斜拉索為遵義側(cè)的1#斜拉索，上下游索力實(shí)測(cè)值相差47kN。相對(duì)誤差為4%。以橋梁中心為對(duì)稱(chēng)位置，對(duì)稱(chēng)方向的斜拉索的索力也相差較小，相差最大的為6#斜拉索，差值為67kN，相對(duì)誤差為5%。
此外，根據(jù)現(xiàn)有橋梁在汽車(chē)荷載作用下的振動(dòng)現(xiàn)象，選擇跨中孔作為試驗(yàn)孔進(jìn)行了動(dòng)載試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定了橋梁結(jié)構(gòu)在環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)、跑車(chē)及跳車(chē)作用下的動(dòng)力響應(yīng)及振動(dòng)特性。試驗(yàn)結(jié)果表明沖擊系數(shù)與車(chē)速并無(wú)直接關(guān)系，但車(chē)速較高時(shí)沖擊系數(shù)隨車(chē)速升高有增大趨勢(shì)。
3、維修加固建議
由于目前貴遵公路交通運(yùn)輸尚比較繁忙，因此對(duì)烏江大橋結(jié)構(gòu)的加固維修可考慮2個(gè)步驟分段進(jìn)行。在第1階段可僅作簡(jiǎn)單處治以減緩危害的加劇而不需封閉交通，此時(shí)可加強(qiáng)纜索防護(hù)，在錨室內(nèi)進(jìn)行排水、引流、裂縫封閉、除銹、噴涂、拼接斷絲等。待烏江大橋交通運(yùn)輸壓力減輕時(shí)，可封閉交通開(kāi)展第2階段的大修工作以進(jìn)一步解決問(wèn)題，在此階段可進(jìn)行纜索系統(tǒng)的改造。加固主梁（裂縫修補(bǔ)、型鋼框架加固增強(qiáng)整體性、粘鋼加固頂板）。并在結(jié)構(gòu)加固可靠的基礎(chǔ)上進(jìn)行橋面鋪裝處理。鑒于大橋結(jié)構(gòu)復(fù)雜．詳細(xì)的維修加固方案有待進(jìn)一步深入綜合分析研究之后方能確定。
4、結(jié)論
通過(guò)上述試驗(yàn)和分析研究，認(rèn)為烏江大橋雖然荷載試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)較好，能滿足汽-20級(jí)荷載等級(jí)要求，但強(qiáng)度儲(chǔ)備偏低，同時(shí)，超載對(duì)于結(jié)構(gòu)承載能力的不利影響較大。因此，為避免出現(xiàn)重大的安全事故，應(yīng)盡快對(duì)烏江大橋通行車(chē)輛進(jìn)行限載限速，并進(jìn)行全面維修加固。
