[分享]南京长江段长大桥梁群，如何有效管养

南京长江大桥于1968年建成通车。30年后，南京长江第二大桥开工建设，主跨为628米钢箱梁斜拉桥，是同期同类型桥梁的“国内第一、世界第三”。南京三桥为主跨648米钢塔钢箱梁斜拉桥，南京四桥是主跨1418米三跨连续弹性支撑钢箱梁悬索桥，也都是同期、同类型桥梁的“国内第一、世界第三”。南京二桥、三桥、四桥都是高速公路网和国道主干线南京节点上的过境超载货车主要通道，建成通车分别为19年、15年、8年，运营期交通量均提前超过设计预测值。其中，南京二桥因交通拥挤，2014年起，限制外地货车通行。

南京四桥主缆结构采用平行钢丝吊索，吊索与索夹为销接式连接，每侧吊点设2根吊索。索夹采用上下对合的结构形式，上、下两半索夹用螺杆相连并夹紧于主缆上，如图1所示。施工期未进行索夹二次紧固，仅进行了高强螺栓的超张。项目通车后交通量增长较快，2014年南京二桥进行货车限行后，大型客货车比例超过40%，见表1。

图1 悬索桥主缆结构

与同类型悬索桥一样，主缆初期出现了索夹滑移、索夹与主缆间敛缝开裂、索夹与主缆间敛缝漏气、索夹直缝开裂、索夹直缝漏气，需要进行二次索夹紧固工作。

1.施工工艺流程

通过索夹敛缝病害分析，确定索夹紧固的方案。靠近塔柱的5个索夹以及每种索夹类型，在主缆区段的首尾索夹为特殊索夹，其余为普通索夹。普通索夹和特殊索夹应采用不同的工艺流程。具体则是采用“测试—补张—测试”的施工步骤，根据试验段大量的测试，分析螺杆力下降的规律，制定符合工效要求的工序。

图2 试验段施工工艺流程

2.索夹张拉顺序

索夹螺杆数量较多，后张拉螺杆会对前张拉螺杆有一定的卸载作用。为尽可能消除该作用的影响，采用交叉张拉的方式，消除索夹受力不均匀导致的变形等可能会出现的病害。

图3 索夹螺杆张拉顺序示意

3.张拉控制指标

根据相关文献及试验段的研究成果，提出了螺杆张拉控制力要求：M45张拉控制力为85吨，M52张拉控制力为115吨；两次紧固后检测M45索夹螺杆力平均值不低于75吨，M52索夹螺杆力平均值不低于100吨；必要时对特殊位置索夹进行第三次张拉检测，经过短期快速衰减后仍能保证3.3的安全系数。

南京二桥斜拉索采用平行镀锌钢丝索股，最大索长330m，采用螺旋线防风雨震措施。自2001年初建成通车的19年以来，主要发现的斜拉索病害有以下几种：斜拉索阻尼器锈蚀、索体PE破损、上锚头轻微霉变、锚箱积水锈蚀、钢套筒轻微锈蚀等。

斜拉索养护措施为：2～3年进行一次定期维护检查，及时修补PE破损。个别斜拉索上锚头虽有霉变，但打开检查，情况良好；阻尼器进行一次更换，其中减震油更换为硅油。

钢箱梁桥面板出现的典型病害主要有六种：

（1）U肋焊缝裂纹；

（2）U肋母材裂纹；

（3）横隔板连接板母材裂纹；

（4）横隔板加劲肋裂缝；

（5）纵隔板钢管裂缝；

（6）其他焊缝裂纹，包括横隔板牛腿竖向加劲肋顶部与顶板焊缝裂纹、横隔板接板竖向加劲肋与顶板焊缝裂纹。

图4 正交异性板裂纹横向分布情况

病害的横向分布如图4所示,正交异性板结构各类裂纹峰值均出现在上、下游重载车道的第9、第12道U肋位置,其次出现在第二快速车道的第15、第18道U肋位置,且进城的上游车道病害数量多于出城的下游侧车道病害数量。

U肋焊缝裂纹病害的修复采取图5所示流程。U肋母材裂纹病害的修复可采取图6所示流程。M16高强度螺栓初拧扭矩为128Nm、终拧扭矩为237Nm；拧紧顺序由节点中心向四周逐个进行。

图5 U肋焊缝裂纹修复工艺

图6 U肋母材裂纹修复工艺

隔板板接母材裂纹病害的修复可采取图7所示流程。M20高强度螺栓初拧扭矩为198Nm、终拧扭矩为397Nm；拧紧顺序由节点中心向四周逐个进行。纵隔板钢管裂缝病害的修复可采取图8所示流程。采用角钢替换原结构钢管，新接板通过角钢和高强螺栓与箱梁连接。

图7 隔板接板母材裂纹修复工艺

图8 纵隔板钢管裂缝修复工艺

钢桥面铺装是指铺在钢板上、不参与结构受力计算，提供行车舒适性的铺装层。铺装层与钢桥面板共同直接承受汽车轮载的作用力。国内钢桥面铺装设计与施工，特别是沿长江经济带地区，必须考虑“高温、重载”两大环境因素。夏季，钢箱梁温室效应使得铺装层温度更高。与混凝土箱梁相比，在夏季同等条件下实测温度数据，钢箱梁铺装体系温度梯度在铺装表面、钢桥面板、钢箱梁室内、钢箱梁底板分别可达到72℃、60℃、50℃、45℃。

钢桥面铺装必须考虑5个关键问题：

①铺装层与钢板间的有效粘结；

②钢板的防水防腐；

③适应钢桥较大的变形-追随性；

④高低温稳定性-车辙及温度裂缝；

⑤铺装层抗疲劳开裂问题。

钢桥面铺装按结合料性质可分为三类：沥青类、树脂类、沥青与树脂组合类。国内大跨径钢梁桥建设初期（2000年以前），以SMA和单层浇筑式两种沥青类铺装为主。随着南京二桥成功引进美国环氧沥青铺装后，以苏通大桥、舟山连岛大桥为代表的桥梁都采用了环氧沥青铺装这一树脂类铺装形式，西陵长江大桥修复工程等项目则采用了组合类铺装。

南京属于内陆性气候，夏季最高气温达43℃，而冬季低温可达-14℃。南京地区钢桥面铺装采用三种形式，分别是：双层环氧沥青混凝土（EA）、改性环氧树脂薄层（ME）和复合浇筑式沥青混凝土（PGA+AC）。

1.环氧沥青铺装病害

南京二桥桥面采用环氧沥青铺装，自2001年3月通车以来，无大修。前15年累计通行车辆达2.55亿辆（绝对数），其中大货以上重车达7015万辆；年度日平均交通量从9500辆/日增长到8.3万辆/日，重型货车比例达28%。设计寿命15年，设计轴次为1200万辆次，实际通行换算当量轴次达2700万辆次。2016年3月统计，路面破损率3.77%。环氧沥青铺装存在3种典型病害：裂缝、鼓包坑槽、机械损伤。在所有的病害类型中，裂缝类病害最为严重，占到总病害数量的90％以上。

图9 环氧沥青铺装病害

2.环氧沥青铺装病害修复

（1）裂缝病害

裂缝病害修复应考虑三种方案。一是选择低粘度的YBL粘结剂作为环氧沥青混凝土钢桥面铺装层的裂缝修复材料。二是根据不同的裂缝宽度，选用表2中的修缝剂加以修复。三是将环氧树脂+固化剂+酒精比例调匀后，直接涂抹在裂纹表面进行封闭。

施工工艺上,应经过连续烈日暴晒(避免高温时分进行灌注),灌注前应清除裂缝内部的油污等影响粘结强度的杂质。裂缝周边若存在明显的唧浆现象,应先用切缝机对裂缝进行拓宽,处理好内部破碎颗粒及水分后,按坑洞病害处理。

（2）鼓包坑槽病害

早期鼓包的修补目标是修复鼓包底部界面。养护时应在突起鼓包下界面处理完毕后，采用加温压重措施消除突起；修补材料宜采用低粘度材料YBL粘结剂和LSQ47环氧树脂。其工艺流程为：铺装层表面锥刺三到四个小孔，至底层位置→热吹风机将热空气吹入鼓包→湿气充分干燥→冷却后灌缝处理→用注射器或专用裂缝灌注仪(从最低位置起)→待有YBL粘结剂渗出后，橡胶皮堵孔。如此循环往复,直至最高位置的锥刺孔内粘结剂渗出为止，最后用灌缝料将裂缝密封,待YBL灌缝料固化后即可开放交通。

中晚期鼓包修补应根据鼓包范围的裂缝闭合情况确定鼓包病害的严重程度，再根据不同的严重程度选择采用灌缝密封处理还是开挖回填处理。对于使用期间出现的严重中晚期鼓包开裂病害，按坑洞回填处理。

小坑槽（直径<50cm）的修补，采取了3种方案。方案1：先将小坑洞内清理干净，再将环氧树脂+固化剂+酒精+集料,按照一定比例调配后直接填入小坑洞内，最后人工进行夯实。方案2：先用钢丝刷与鬃毛刷将凹坑内的浮动颗粒与灰尘清除干净，然后预埋细质集料，与邻近铺装层表面齐平，再将YBL86粘结剂灌入凹坑内，待粘结剂完全固化后即可开放交通。方案3：用高强度IV型修复剂+冷拌混合料修补。

对于大坑槽（直径>50cm的大坑洞及狭长刮擦外伤坑洞）的修补，采取了两种方案，方案1：冷补法。用A型高强粘结剂+V型纯树脂添加剂+冷拌混合料修补。方案2：热补法。环氧沥青联结层+环氧沥青混合料。

3.复合浇筑式（PGA+AC）沥青铺装

南京四桥在国内首次采用复合浇筑式沥青钢桥面铺装，比之于浇筑式沥青铺装，它提高了高温抗车辙性能，有效减少了浇筑式沥青混凝土铺装的车辙病害。除在施工期出现鼓包病害，自2012年通车运营以来，未出现除机械损伤以外的其他病害，体现了复合浇筑式沥青铺装的优良性能。

4.改性环氧树脂薄层铺装

南京眼步行桥铺装和南京长江大桥维修改造人非车道，均采用聚氨酯改性环氧树脂薄层。南京眼步行桥2014年6月通车至今，病害主要是掉粒，其主要原因是：图案和桥面两次施工时，产生了厚度不一致、高低不平所致；找平消除高差时，树脂用量少，粘结不牢，运营期因磨耗而出现陶瓷颗粒掉落的缺陷。

南京长江大桥人非铺装施工期病害类型主要是鼓包裂缝。施工期因降雨、交叉施工等因素，使得铺装层间有水、油污、稀释剂或者乳胶漆的存留，在太阳辐射下铺装升温产生体积膨胀而形成鼓包，进而出现铺装层开裂甚至脱落。

南京二桥南汊大桥设置竖向支座12个，横向支座4个。竖向支座设置在南北索塔、辅助墩、过渡墩各2个，横向支座设置在南北索塔与钢箱梁交接处各2个。2018年度专项检查发现，主桥竖向支座整体工作状况较差，存在的病害主要有以下几种：锈蚀、滑移面灰尘堆积；四氟滑板磨损；抗风支座钢件锈蚀；螺栓锈蚀；聚四氟乙烯滑板树脂磨碎；风支座防尘装置破损。为保证桥梁运营整体质量，对主桥支座进行了更换。

图10 南京二桥支座病害

南京二桥主桥使用的四条伸缩缝均为LR20模数式伸缩缝。通车第12年，伸缩缝U形箱体滑动支座、滑动弹簧进行了更换。通车第19年的维修检查中，发现了两类病害：橡胶条破损及缝内堵塞病害、工字连接件损坏及U形箱体盖板损坏；维修建议，将伸缩缝U形箱体的滑动支座和滑动弹簧全部分批更换。

南京四桥索塔下横梁处布设了纵向阻尼器。阻尼器两端设连接耳板；塔柱上设叉耳，叉耳通过预埋螺栓锚固于塔柱上；钢箱梁上设连接牛腿，阻尼器连接耳板伸入叉耳和连接牛腿间，通过销轴连接。纵向阻尼器主要存在三种病害：阻尼器漏油、连接耳板与安装座不平行和阻尼器锈蚀。维修建议措施：调整优化阻尼器连接耳板与安装座间连接构造；检测阻尼器性能并检查密封性；定期对阻尼器进行检查和维护。

图11 南京四桥检修小车示意图

南京四桥是三跨连续支撑悬索桥，为减少主梁竖向振动对钢箱梁外检修小车的影响，南京四桥在检修小车维护调整方案中，采取了在驻车位置用永磁起重器将小车悬臂端吸附于梁底的方案，并通过阻尼器进行减振。

1) 特大跨径桥梁营运期，索结构、钢箱梁、钢桥面铺装及支撑体系是检查养护的重点，都存在常见的典型病害。

2) 悬索桥主缆初期易出现索夹滑移、敛缝开裂、敛缝漏气等病害，在运营三年后一般应进行二次索夹紧固工作；斜拉桥拉索易出现PE破损病害，两端锚具病害较少。

3）钢箱梁正交异性桥面板易出现U肋焊缝及母材、横隔板连接板母材及加劲肋、纵隔板钢管等疲劳裂缝，应及时对裂缝进行修复。

4）南京二桥环氧沥青钢桥面铺装使用近19年仍正常使用，所存在的裂缝、鼓包坑槽、机械损伤等病害，应及时养护维修。复合浇筑式（PGA+AC）沥青钢桥面铺装有较好的耐久性，近9年运营期间未出现除机械损伤以外的其他病害。

5）大跨度桥梁在20年运营期间，支座进行一次更换，伸缩缝滑动支座及弹簧应全部分批更换；阻尼器易损，应定期检查更换易损部件；检修小车应重视主梁竖向振动带来的不利影响。