一、主要內(nèi)容
1、項目概況
南盤江大橋位于G324盤百公路安龍至洪江段的南盤江上，1998年建成通車，全橋總長為477.23m，是連接廣西和貴州兩省的重要通道。大橋主橋為跨徑240m的鋼桁架懸索橋，引橋為無粘接預(yù)應(yīng)力混凝土空心板。
主纜由19束91根Φ5高強(qiáng)鍍鋅平行鋼絲索股組成，直徑為240mm。
吊桿采用帶PE套的61Φ7高強(qiáng)鍍鋅平行鋼絲，間距6m，全橋共39對。
設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)
?。?）設(shè)計荷載：汽車－超20級，掛車－120，人群3.0kN/m2
（2）橋跨布置：(18.5+24.1+3×20.5)m引橋+240m（懸索橋）+（4×20.5)m引橋
?。?）橋面全寬：1.0m(人行道)+0.5m（防護(hù)帶）+9m（機(jī)動車道）+0.5m（防護(hù)帶）+1.0m(人行道)
2008年相關(guān)單位對該橋進(jìn)行了詳細(xì)的檢測，發(fā)現(xiàn)該橋存在以下問題：
加勁梁位置已經(jīng)發(fā)生變異，主桁架高程縱橋向呈S形，高差較大；橋面橫向存在高差。結(jié)構(gòu)在車輛荷載下振動、搖晃，人感不適。重要部件有較多（10%以內(nèi)）中等缺損，次要部件有20%嚴(yán)重缺損，功能降低，進(jìn)一步惡化將不利于重要部件，或影響正常交通。
結(jié)構(gòu)整體靜力剛度滿足設(shè)計要求；鋼桁架目前的承載能力不滿足設(shè)計要求；本橋有車輛激發(fā)橋梁產(chǎn)生較大振動的可能。
目前大橋?qū)嵭薪煌ü苤疲辉试S小車通行。
二、結(jié)構(gòu)量測
1、主纜線形測量
對比分析，南側(cè)主纜在L/4~3L/4區(qū)段較北側(cè)主纜線形高，跨中最為顯著，高差約為15.3cm。
單側(cè)對稱比較分析，以跨中為中心軸貴州側(cè)主纜較廣西側(cè)高，最大高差25.6cm。
三、 外觀檢測
1、主桁架外觀檢測
大量主桁上節(jié)點(diǎn)板銹蝕，80%中度銹蝕（銹坑深度0.6~1.2mm）。10%輕度銹蝕（防護(hù)涂層劣化，起皮、剝離）。吊桿位置的部分節(jié)點(diǎn)板螺栓缺失。
2、橫梁外觀檢測
橫梁上弦桿、上節(jié)點(diǎn)板銹蝕，銹蝕數(shù)量達(dá)到90%,現(xiàn)場施焊的焊縫質(zhì)量較差。
部分上弦桿、腹桿及下弦桿表面，積泥較多。部分連接螺栓松動。下弦桿部分連接螺栓絲扣過短。
3、錨室外觀檢測
貴州岸：錨室上方橋臺底滲水，上方橋面邊板縱向接縫滲水，有鈣化結(jié)晶。邊板下緣局部鋼筋銹脹、露筋。滲水處于散索錨固處，下滲雨水滴在鋼絲束上。錨室濕度、溫度和露天環(huán)境基本一致。
廣西岸：錨室井蓋處有漏水，錨室表面有積水，散索錨固巖面有積水。錨室頂板近支撐處邊緣大量滲水。主纜下錨頭聯(lián)接器表面銹蝕，且表面有積水。巖錨處巖面有大量淤泥附在表面，未發(fā)現(xiàn)有開裂破損情況。錨室環(huán)境濕度很大，特別是南側(cè)錨室。這對結(jié)構(gòu)防腐尤為不利。
4、主塔外觀檢測
?。?）、主塔在橋面以上塔身有大量網(wǎng)狀裂縫，橋面以下塔身有多條裂縫且滲水；
?。?）、主塔第一道橫系梁（橋面板處）底部有多條裂縫且滲水、泛堿；
?。?）、主塔塔身局部混凝土破損、露筋。
5、橋面系檢測
橋面鋪裝破損嚴(yán)重，特別是吊桿處，出現(xiàn)較多坑槽。橋面雨水下滲至鋼梁，造成橫梁銹蝕。伸縮縫被泥土雜物堵塞，止水帶破損，變形縫兩側(cè)距離不等，一端被擠死。人行道板拆除后，格槽內(nèi)積水。主桁上弦桿槽內(nèi)積泥、積水。
6、外觀檢測結(jié)論
?。?）主纜
南側(cè)主纜較北側(cè)高，同一主纜貴州側(cè)較廣西側(cè)高的趨勢，線形不對稱。
主纜在散索處已發(fā)生較為嚴(yán)重的銹蝕現(xiàn)象。主纜防護(hù)體系退化嚴(yán)重，主纜40%的防護(hù)面漆老化脫落，主纜最低點(diǎn)存在滲水現(xiàn)象。
?。?）吊桿
較多吊桿存在傾斜，傾斜度最大斜度達(dá)4.7%，吊桿傾斜造成吊桿在下錨頭處局部受力復(fù)雜。全部吊桿下錨點(diǎn)聯(lián)結(jié)部位表面銹蝕。25%的吊桿護(hù)套老化損壞。
?。?）加勁梁及橫梁
加勁梁線形發(fā)生變異，測量結(jié)果與08年檢測結(jié)構(gòu)相吻合。加勁梁在豎平面內(nèi)呈倒S波形曲線。
（4）主塔及索鞍
主塔未發(fā)生變位。主塔二次外包混凝土45cm。
貴州側(cè)主塔鞍座滑板破損，索鞍與鞍座（縱向跨中方向）抵死。鞍座錨栓螺母部分松動及缺失。
四、專項檢測
1、吊桿及主纜索力測試—吊桿
吊桿索力測試采取振動頻率法。對全橋26對吊桿測試（其余吊桿因長度過短無法完成頻率測試）；在用頻率測試索力完成后，又采取了張拉試驗，對全橋6根吊桿進(jìn)行了張拉，并修正了用頻率法測試得到的吊桿索力。
吊桿及主纜索力測試—邊跨主纜
2、拉索體系檢測—吊桿
拉索體系檢測—主纜
拉索體系檢測—評估
防水性能：水可以從索鞍附近，吊索索夾滑移處，下預(yù)埋管內(nèi)滲水進(jìn)入索體；
廣西岸錨室進(jìn)水沙，地錨無防護(hù)，銹蝕嚴(yán)重
貴州岸下游索股鋼絲銹蝕嚴(yán)重，大至2類腐蝕占1/3，3類腐蝕占1/3，4類腐蝕占1/3，鋼絲直徑最小4.5mm，主纜強(qiáng)度損失5%~10%
主纜最低點(diǎn)打開檢查，內(nèi)部有銹蝕情況，強(qiáng)度損失5%以上
鋼桁架構(gòu)件探傷—加勁梁銹蝕檢測
鋼桁架構(gòu)件探傷—加勁梁焊縫探傷
鋼桁架構(gòu)件探傷—加勁梁構(gòu)件探傷
3、鋼桁架構(gòu)件探傷—結(jié)論
?。?）縱向加勁梁及橫梁銹蝕較為嚴(yán)重，尤其是節(jié)點(diǎn)部位；銹蝕造成了構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的有效截面積減小，建議在計算分析時對構(gòu)件的有效面積進(jìn)行適當(dāng)折減（構(gòu)件截面的有效厚度可減小2.5mm~3mm）；
?。?）縱向加勁梁的一級焊縫可以滿足要求；橫梁的現(xiàn)場拼接以及后加固節(jié)點(diǎn)的三級焊縫存在缺焊、漏焊、焊縫開裂、焊縫銹蝕等現(xiàn)象，對未存在上述損傷的三級焊縫進(jìn)行了磁粉探傷檢測，未發(fā)現(xiàn)存在明顯的內(nèi)部缺陷；
?。?）鋼桁架加勁主梁的主要損傷及問題為：
1) 節(jié)點(diǎn)銹蝕嚴(yán)重，節(jié)點(diǎn)翹曲；
2) 栓桿較短，構(gòu)件連接多處栓接改為焊接以及由于施工誤差造成螺栓缺少等；
3) 主要受力桿件未發(fā)現(xiàn)明顯的損傷，但橫向聯(lián)系和橋面板由于構(gòu)造的缺陷造成其相互接觸為點(diǎn)接觸，對主梁和橋面板受力、傳力不利。 。
五、 荷載試驗
1、靜載試驗—試驗效率
本次靜載試驗主要工況實(shí)際加載效率在0.86～1.02之間。各工況控制截面的試驗荷載效應(yīng)與設(shè)計荷載效應(yīng)對比如下表所示：
靜載試驗—加載車輛
靜載試驗—撓度測試
靜載試驗—應(yīng)力測試
靜載試驗—吊桿索力測試
靜載試驗—試驗結(jié)論
2、撓度測試
在試驗荷載各加載工況下，主梁測試截面撓度校驗系數(shù)η＝0.68～1.00，校驗系數(shù)不大于1，說明本橋總體剛度基本滿足要求。
3、應(yīng)力測試
在試驗荷載各加載工況下，主梁剛桁架主要測點(diǎn)應(yīng)力校驗系數(shù)η＝0.45～0.92，殘余率0%～18%。應(yīng)力校驗系數(shù)均小于1，且殘余率小于20%，表明結(jié)構(gòu)承載能力基本滿足要求，但主纜安全儲備不滿足規(guī)范要求。
4、吊桿索力
在試驗荷載各加載工況下，吊桿索力校驗系數(shù)η＝0.74～1.09。L/8跨右側(cè)10號吊桿索力校驗系數(shù)η＝0.99～1.09校驗系數(shù)較大，吊桿在試驗荷載作用下存在索力分布不均的情況。
5、其它觀測
對整個試驗過程嚴(yán)格監(jiān)控，跨中L/2跨三級加載過程中發(fā)現(xiàn)貴州岸主塔伸縮縫處橋面大幅上翹，伸縮縫間摩擦發(fā)出異響，在N4號車行駛至距預(yù)定加載車位置15m處時停止加載，說明該位置伸縮縫不滿足橋梁正常使用要求。其余未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)有較大變位、振動或聲響等異常響應(yīng)，測試數(shù)據(jù)正常。
6、試驗過程中，主塔及橋面板未發(fā)現(xiàn)新增裂縫；兩岸錨室主纜錨固區(qū)域未發(fā)現(xiàn)異常，表明主纜在試驗荷載作用下錨固性能良好；塔頂部分主塔與索鞍、索鞍與主纜之間未發(fā)生相對滑移，說明主索鞍已喪失正常的縱向變位功能。
動載試驗—測試內(nèi)容
1、動應(yīng)變測試；
2、動力系數(shù)測試；
3、豎向自振頻率；
4、阻尼系數(shù)。
動載試驗—動力特性理論計算
動載試驗—試驗結(jié)果
南盤江大橋?qū)崪y一階頻率與理論計算頻率較為吻合，表明大橋總體剛度與理論剛度較為接近，主要結(jié)構(gòu)總體動力特性尚能滿足要求。
跑車及剎車試驗，表明主橋在勻速跑車正常工作狀態(tài)下的動力性能滿足要求。在剎車工況下實(shí)測沖擊系數(shù)大于理論值，最大實(shí)測沖擊系數(shù)為0.12，此外剎車工況動應(yīng)變較勻速跑車工況要大3%～14%，橋梁運(yùn)營和維護(hù)過程中應(yīng)對沖擊響應(yīng)給予充分考慮。
六、技術(shù)狀況評定
根據(jù)該橋的外觀檢測、專項特殊檢測、荷載試驗結(jié)果，按《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》JTG/T H21-2011和《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》JTG H11-2004對該橋進(jìn)行技術(shù)狀況評定。經(jīng)評定該橋為5類橋。
按2011評定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評定
控制主橋評定結(jié)果的主要構(gòu)件是主纜和加勁梁。其中主纜變形較為嚴(yán)重，南北兩側(cè)主梁最大高差為15.3cm，單側(cè)主纜最大高差為25.6cm。按照《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》表7.1.1-2規(guī)定，當(dāng) “主纜變形較大，不可恢復(fù)的變化小于或等于設(shè)計允許值”時，主纜線形評定標(biāo)度為“4”；當(dāng)“主纜變形較為嚴(yán)重，不可恢復(fù)變化大于設(shè)計允許值”時，主纜線形評定標(biāo)度為“5”.由于無法得到本橋主纜變形的設(shè)計允許值，且主纜本身變形較大，因此對主纜線形評定標(biāo)度定為“5”主纜單項評定等級為“5”。
該橋加勁梁變形較為嚴(yán)重，主桁架縱橋向呈S型，最大高差達(dá)32cm，主梁變形嚴(yán)重，影響結(jié)構(gòu)安全。其最大撓度>計算跨徑的1/800=30cm，根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》表7.4.2-3規(guī)定，跨中撓度一項評定標(biāo)度為5。加勁梁單項評定等級為5類。
廣西岸錨碇檢查難度大，通過檢查其外觀病害并了解施工情況，地質(zhì)狀況較差，錨索長度不足，難以準(zhǔn)確評定，但潛在風(fēng)險較大。
主橋技術(shù)狀況評分為48.8，根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》4.3“5類橋梁單項控制指標(biāo)”規(guī)定，當(dāng)“結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的永久變形，變形大于規(guī)范限值”時，整座橋評定為5類橋。因此，根據(jù)該橋主纜和加勁梁檢測評定結(jié)果，該橋技術(shù)狀況評定類別為5類。
七、 病害成因分析
1、主纜、加勁梁線形
南北兩側(cè)主纜及加勁梁存在較大高差可能與主塔傾斜、主索鞍偏位、施工安裝誤差及上下行車輛荷載差異大等因素有關(guān)；主纜及加勁梁在貴州側(cè)和廣西側(cè)存在較大高差可能與主塔、主索鞍的非對稱變位、吊索索力不均及加勁梁非對稱架設(shè)施工等因素有關(guān)。
據(jù)了解，該橋成橋時，橋面線形就不夠平順，但由于缺乏可靠資料，無法明確主纜及加勁梁線形的成因，也無法準(zhǔn)確確定運(yùn)營期間主纜及加勁梁的線型實(shí)際變化規(guī)律及量值。
2、吊桿傾斜
測量發(fā)現(xiàn)，全橋所有吊索均存在不同程度的傾斜，最大傾斜度達(dá)5.86%，且吊索的傾斜方向具有明顯的對稱性。考慮到其傾斜方向具有的對稱性特點(diǎn)與主纜及加勁梁的反對稱變形規(guī)律不相吻合，故判斷，除個別吊索的傾斜與索夾滑移有關(guān)外，吊索傾斜可能與索夾安裝時的定位方法有必然聯(lián)系。
3、主纜吊桿索力不均
通過對吊索索力分布與加勁梁及主纜線形的對比分析發(fā)現(xiàn)，吊索索力與主纜線形之間具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，在一定程度上呈伴生關(guān)系。由于吊索索力與主纜及加勁梁線形之間具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，索力的安裝誤差會導(dǎo)致主纜及加勁梁線形發(fā)生變化，同時主纜及加勁梁的變形又會影響到周邊索力的變化，二者之間總是在相互影響。因此，吊索索力不均除與其自身的安裝誤差有關(guān)外，還和二者之間的關(guān)聯(lián)性存在必然聯(lián)系。
由于吊索索力不均，為滿足節(jié)點(diǎn)受力平衡的條件，各吊索間的主纜索力必然會與之相適應(yīng)地作出調(diào)整，因此，主跨主纜索力不均也就是理所當(dāng)然。對于南北兩側(cè)邊纜，由于主索鞍的移動，橋梁理論跨徑發(fā)生變化，且主纜線形存在差異，故南北兩側(cè)邊纜索力在一定程度上存在差異是必然的。
4、主纜銹蝕
主纜兩端的錨室均未做好必要的防雨防潮除濕處理，雨水可以沿著主纜、預(yù)埋管直接進(jìn)入錨室；
索鞍附近的主纜有一段未進(jìn)行纏絲防護(hù)，雨水可以從該處進(jìn)入索體內(nèi)部，沿著鋼絲往下滲透，直到錨室內(nèi)的索股段；
由于貴州側(cè)的錨室處于開放狀態(tài)，可以充分地進(jìn)行氧氣交換，加上長期受到雨水、紫外線的直接侵襲，造成索股鋼絲嚴(yán)重銹蝕，出現(xiàn)大量的銹坑，有效截面損失率達(dá)到10%；
貴州岸錨室上方的預(yù)制板的正處于散索的上方，該鉸縫長期滲水至散索表面，也是造成散索鋼絲銹蝕的原因之一。
5、加勁梁病害
鋼縱加勁梁、橫梁節(jié)點(diǎn)銹蝕病害：由于上部橋面系構(gòu)造不合理，造成橋面鋪裝破損嚴(yán)重，橋面雨水順吊索處的橫向結(jié)構(gòu)縫下滲至橫梁上節(jié)點(diǎn)，造成較大數(shù)量節(jié)點(diǎn)處構(gòu)件表面銹蝕?？v梁主要是橋面人行道板因卸載拆除后，無防護(hù)措施，灰塵及雨水集聚在上弦桿H型鋼的槽內(nèi)，雨水順拼縫流至節(jié)點(diǎn)，造成大范圍縱梁上節(jié)點(diǎn)的銹蝕。
橫梁現(xiàn)場拼接焊縫主要是施工質(zhì)量差造成，部分吊索下節(jié)點(diǎn)板施工不規(guī)范，螺栓孔定位不嚴(yán)，錯孔螺栓安裝不上。造成螺栓缺失，以致栓接該成焊接。
八、 承載能力評定
1、計算模型
靜力計算結(jié)論—主纜索力
主纜所能承受的最大索力為2984×19=56696KN,計算出主纜在恒載及活載共同作用下的最大拉力為28869.6KN。主纜安全系數(shù)1.96，不滿足規(guī)范要求主纜安全系數(shù)為2.5的容許值。
結(jié)合本橋主纜病害檢測結(jié)果，確定承載能力檢算系數(shù)Z1為0.9，折減后主纜安全系數(shù)為1.77，不滿足規(guī)范要求主纜安全系數(shù)為2.5的容許值。
靜力計算結(jié)論—吊桿索力
吊索所能承受的最大索力為3920KN,經(jīng)計算吊索在恒活載共同作用下的最大拉力為648.3KN，安全系數(shù)6.0。表明具有一定的安全儲備，承載能力滿足要求。
結(jié)合本橋吊桿病害檢測結(jié)果，確定承載能力檢算系數(shù)Z1為0.9，折減后主纜安全系數(shù)為5.4，表明吊索仍具有一定的安全儲備，承載能力滿足要求。
靜力計算結(jié)論—主梁撓度
主梁桁架由汽車荷載引起的最大豎向變形δ＝0.673m＜L/300＝0.8m，滿足規(guī)范允許值，但已經(jīng)接近規(guī)范容許值。
結(jié)合本橋鋼桁架檢測結(jié)果，確定承載能力檢算系數(shù)Z1為0.85，折減后本橋豎向允許變形為0.68m，該橋的豎向變形已非常接近容許變形值。
靜力計算結(jié)論—桁架應(yīng)力
加勁梁采用16Mn鋼，鋼材的容許應(yīng)力為：[σ]=210MPa，縱梁上弦桿最大應(yīng)力-170.7 MPa，下弦桿最大應(yīng)力153.5 MPa；橫梁上弦桿最大應(yīng)力-118.3 MPa，下弦桿最大應(yīng)力158.1 MPa，滿足規(guī)范要求。
2、根據(jù)加勁梁檢測結(jié)果，確定承載能力檢算系數(shù)Z1為0.85，折減后的鋼材容許應(yīng)力為178.5MPa，弦桿的最大應(yīng)力雖未超過折減后的容許應(yīng)力，雖滿足規(guī)范要求，但應(yīng)力儲備已較小。
