1、工程概況
烏江大橋是貴陽至遵義汽車專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（預應力鋼筋鋼纖維鋼絲橋）。烏江大橋全長461m，該橋的總體布置見圖1。橋跨布置為6 m+2x60m（斜拉橋）+168 m（吊橋）+2x60m（斜拉橋）+6m。本橋的主要特點是大跨、高墩、輕型結(jié)構(gòu)。
大橋荷載設(shè)計標準為汽車-超20，掛車-120。抗震設(shè)防烈度為8度。最大水平加速度為0．2g?；撅L速為：頻率，1/10；最大風速，25 m/s。
懸索體系主纜由19股127絲
的無鍍鋅高強鋼絲經(jīng)過擠纜纏絲形成。單根長度為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。
斜拉體系為雙塔雙索面對稱布置，索距6m，全橋共40對。斜拉索采用19根無鍍鋅7
5低松弛鋼絞線，外用PE+PU兩層索套防護。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。加勁梁采用預應力鋼纖維混凝土薄壁箱梁結(jié)構(gòu)（具體構(gòu)造見圖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預應力束采用7
7平行鋼絲，短束采用7
5平行鋼絲。
1997—11該橋建成通車，雖然運營至今未曾發(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。為確保該橋營運安全，延長其使用壽命，充分發(fā)揮其經(jīng)濟效益，對該橋進行全面的結(jié)構(gòu)檢查和評定是十分必要的。
2、大橋結(jié)構(gòu)檢測與評定
2．1 大橋結(jié)構(gòu)檢測
2．1．1 主要檢測內(nèi)容
本次檢測主要針對該橋的懸索體系、斜拉體系及梁體、主塔等重要構(gòu)件進行詳細的外觀病害調(diào)查和無損檢測。外觀檢查中以目視觀察為主，輔以必要的測量設(shè)備以及超聲波檢測儀、混凝土雷達等專用檢測儀器。另外，對于難以到達的部位，借助高倍望遠鏡、照相機等輔助器材進行檢測。對斜拉索護簡等難以接觸到的重要部位，采用工業(yè)內(nèi)窺鏡進行檢測。為解決主梁梁底和索塔等無法接近檢查的問題。本次采用了基于圖象視頻技術(shù)的遠程非接觸橋梁檢測技術(shù)。該技術(shù)將天文望遠鏡、數(shù)碼相機、自動控制平臺與激光指示器等進行有效集成，基于數(shù)字影像與攝影測量的基本原理，應用計算機技術(shù)、數(shù)字圖像處理、影像匹配、模式識別等多學科的理論和方法，從所攝對象中提取用數(shù)字方式表達的幾何與物理信息。可遠程、自動拍攝橋梁表面圖像，同時可直接對圖像中象素信息進行處理與轉(zhuǎn)換，進而得到裂縫、空洞等病害特征參數(shù)。在不需要到達構(gòu)件表面的情況下，可在橋面或者橋下地面直接對梁體、橋墩、主塔等構(gòu)件的外觀病害狀況進行檢測。
2．1．2 主要檢測結(jié)果
（1）懸索部分纜索系統(tǒng)檢測
通過對烏江大橋懸索體系中主纜的檢測發(fā)現(xiàn)主纜表面PE層出現(xiàn)不同程度的損傷現(xiàn)象，局部老化開裂、破皮露筋、滲水。打開部分主纜PE層和纏絲后有濕潤感和纏絲銹蝕現(xiàn)象。且部分防水膩子不夠密實，出現(xiàn)鋼絲外露、銹蝕現(xiàn)象。打開部分吊索護套用手觸摸有濕潤感覺。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)的原因為：烏江大橋主纜材料為非鍍鋅鋼絲。防腐蝕性能較差；纜索的防護也比較簡單，主纜和吊索外僅包裹一層PE護套，并無油漆防護系統(tǒng)，防護等級較低．這導致纜索系統(tǒng)出現(xiàn)了比較嚴重的銹蝕現(xiàn)象。
?。?）斜拉索的檢測
對大橋斜拉索所作的檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)斜拉索表面外僅有層PE+PU護套。外無涂裝，護套表層劃傷較多，局部老化開裂、破皮露筋、出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象。鼓包可能是斷絲的表現(xiàn)，須對其加以重視。對部分斜拉索內(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，本次檢測采取打開全部錨筒檢查．并采用內(nèi)窺鏡對部分斜拉索進行了觀測。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，外無涂裝，套管老化后斜拉索的銹蝕就難以避免。錨筒中防護油脂長期未得到更換．致使油脂長久失效，使錨筒中裸露的斜拉索失去防護而加劇銹蝕，此類無排水及檢查部件的傳統(tǒng)錨筒對于斜拉索防護本身具有的先天缺陷值得深入研究。從目視檢查情況來看，經(jīng)過多年時間考驗，烏江大橋斜拉索的情況堪憂。
（3）梁體與橋面系病害
檢測發(fā)現(xiàn)烏江大橋橋面鋪裝破損比較嚴重。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；箱梁底板預留孔部分堵塞，部分箱內(nèi)積水超過20 cm深。觀察發(fā)現(xiàn)該橋在有卡車通行時振動較大，梁體有橫向偏動，橋面系破損較為嚴重，兩側(cè)橋頭伸縮縫有高差，橋頭跳車現(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)橋面系損傷嚴重，結(jié)合設(shè)計文件，橋面板厚14cm，相對偏薄。根據(jù)交通量調(diào)查發(fā)現(xiàn)該橋過往車輛有較嚴重的超載現(xiàn)象。因此頂板厚度可能不足。目前不僅鋪裝層出現(xiàn)嚴重破壞，橋面板可能也出現(xiàn)較嚴重的破壞．主要表現(xiàn)在頂板出現(xiàn)貫穿裂縫（下雨天里箱梁內(nèi)積水嚴重）且檢測發(fā)現(xiàn)箱梁懸拼段接縫處頂板開裂很嚴重，說明接縫質(zhì)量較差。
烏江大橋采用了50#高強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)性差的問題。此外，在烏江大橋這樣的柔性體系橋梁上采用高強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導致開裂等病害的出現(xiàn)。
在橋梁養(yǎng)護方面，由于橋面鋼纖維混凝土鋪裝層對超載較為敏感，使得鋪裝層出現(xiàn)嚴重破損，車輛行駛過程中對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、扭曲等，增加了纜索系統(tǒng)的負擔。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裂最為嚴重。箱梁底板預留孔部分堵塞，橋面板滲水無法排出，引起箱梁內(nèi)部腐蝕鋼筋、預應力筋等的腐蝕或應力腐蝕。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重性。
2．2 大橋結(jié)構(gòu)試驗
為了檢驗橋梁正常使用承載能力是否滿足設(shè)計和規(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)，對烏江大橋進行了靜載試驗。測試內(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變或應力。通過計算分析最終確定各控制截面具體位置見圖3。利用Midas計算模型進行分析確定了兩側(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。
荷載試驗結(jié)果表明：
（1）試驗跨各控制截面在試驗荷載作用下?lián)隙葘崪y值均小于理論計算值及規(guī)范限值。其撓度校驗系數(shù)處于0．7～0．9之間。均小于1．0。且處于常值范圍內(nèi)，滿足試驗方法的要求．表明全橋剛度滿足設(shè)計要求；
?。?）從實測撓度數(shù)據(jù)看。加勁梁橫向傳力性能與兩邊跨受力對稱性均較好。加勁梁剛度基本一致；
?。?）試驗荷載作用下，結(jié)構(gòu)的受力基本處于線彈性工作狀態(tài)。實測全橋撓度與塔頂位移變化規(guī)律與理論計算變化規(guī)律亦十分吻合；
?。?）試驗荷載作用下，加勁梁各控制截面底板拉應力實測值及索力實測值與理論計算值接近。本次試驗．針對全橋的80根斜拉索進行了恒
載下的索力測量。實測數(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，上下游索力實測值相差47kN。相對誤差為4%。以橋梁中心為對稱位置，對稱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，相對誤差為5%。
此外，根據(jù)現(xiàn)有橋梁在汽車荷載作用下的振動現(xiàn)象，選擇跨中孔作為試驗孔進行了動載試驗，通過試驗測定了橋梁結(jié)構(gòu)在環(huán)境隨機振動、跑車及跳車作用下的動力響應及振動特性。試驗結(jié)果表明沖擊系數(shù)與車速并無直接關(guān)系，但車速較高時沖擊系數(shù)隨車速升高有增大趨勢。
3、維修加固建議
由于目前貴遵公路交通運輸尚比較繁忙，因此對烏江大橋結(jié)構(gòu)的加固維修可考慮2個步驟分段進行。在第1階段可僅作簡單處治以減緩危害的加劇而不需封閉交通，此時可加強纜索防護，在錨室內(nèi)進行排水、引流、裂縫封閉、除銹、噴涂、拼接斷絲等。待烏江大橋交通運輸壓力減輕時，可封閉交通開展第2階段的大修工作以進一步解決問題，在此階段可進行纜索系統(tǒng)的改造。加固主梁（裂縫修補、型鋼框架加固增強整體性、粘鋼加固頂板）。并在結(jié)構(gòu)加固可靠的基礎(chǔ)上進行橋面鋪裝處理。鑒于大橋結(jié)構(gòu)復雜．詳細的維修加固方案有待進一步深入綜合分析研究之后方能確定。
4、結(jié)論
通過上述試驗和分析研究，認為烏江大橋雖然荷載試驗結(jié)果相對較好，能滿足汽-20級荷載等級要求，但強度儲備偏低，同時，超載對于結(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，應盡快對烏江大橋通行車輛進行限載限速，并進行全面維修加固。
