摘要：文章介紹了廣州市區7座跨江橋梁及珠江隧道的結構檢測與評估，對檢測過程中遇到的相關問題進行了分析討論。由于被檢測與隧道的結構形成各不相同，可供有關同行交流參考。
關鍵詞：橋梁；隧道；檢測；評估
1 引言
廣州是改革開放的前沿城市，基礎設施的建設在短短二十多年里卓有成效，為加強珠江兩岸的聯系，在長達不足15 km的珠江航道上先后建成了廣州大橋、海印大橋、珠江隧道、江灣大橋、解放大橋、鶴洞大橋系（含昌崗西立交、廣中立交）等，這些不同形式、體系的跨江橋梁推動了廣州市經濟的發展，也為城區增添了一道道絢麗的色彩。隨著城市交通的日益繁忙和超重車輛的增多，運營多年的橋隧結構能否滿足繼續承載的要求，是否存在安全隱患，為人們所關注。為此，廣州市政管理部門于2003年安排了對市區7座跨江橋梁及珠江隧道的檢測與綜合評估工作，以建立橋梁、隧道“健康狀況”和“使用壽命”的相關檔案，指導橋梁、隧道的養護與維修。
2 七橋上隧結構概況
2.1 海印大橋
海印大橋于1988年12月28日建成通車，是一座雙塔單索面預應力混凝土斜拉橋，為塔梁墩固結連續體系。跨徑布置為35m+(85.5m+175m+85.5m)+35m,主橋全長416m。
主梁為預應力鋼筋混凝土倒梯形單箱三室箱形梁，索塔順橋向為倒Y型，塔高57.4m。橋面以下橋墩布置為雙排柔性墩，柔性墩墩身伸入沉井基礎內。斜拉索采用扇形布置，塔柱內拉索呈叉錨固式。
海印大橋建成后運營一直正常。1995年5月，南岸邊跨西側一根拉索突然斷落，同一邊跨也有一根垂度過大，有斷落的可能。市政管理部門立即組織對全橋拉索進行檢查，并最終對全橋拉索進行更換。
2.2 鶴洞大橋
鶴洞大橋于1988年7月建成通車。主橋全長648m，為雙塔雙索面斜拉橋，主跨為360m銅~混凝土疊合梁，索呈扇形布置。邊跨為144m預應力混凝土梁（含過渡孔），并設有兩個鋪助墩及一個過渡墩、一個邊墩。主塔為預應力砼鉆石型橋塔，塔高128.45mm。
全橋設有144根斜拉索，全部拉索在塔內張拉，斜拉索為冷鑄墩頭錨。
2．3 解放大橋
解放大橋是一座無風撐三跨連續下承式鋼管混凝土系桿拱橋，跨徑為55m+83.6m+55m。全橋長932m，橋寬25m，兩肋間距為18m，雙向四車道，兩肋外側懸挑3.0m作為人行道。中孔鋼管拱肋跨徑為81.6m，矢跨比為1/5；邊孔鋼管拱肋跨徑為53.7m，矢跨比為1/4.5；拱軸線均為拋物線，拱肋截面為“啞鈴”型。主橋共設33對吊桿。
2．4 海珠橋
海珠橋位于廣州市中心，始建于1929年~1933年，由美國馬克敦公司承建。主橋全長67.06m+48.78m+67.06m，三孔下承式簡支鋼桁架橋，中跨為開啟示結構，寬為11m。1949年10月，國民黨敗退時將海珠橋炸毀，只剩下了橋墩。建國后，市政府對鋼桁架部分進行重建，大橋結構仍為三跨簡支鋼桁架，但中跨改為等高度簡支鋼桁架結構。1974年對大橋進行了擴建，將主橋非機動車道改為機動車道，并在主橋兩側各加設了一座預應力鋼筋砼橋，寬度為11.26m。1955年，市政局對大橋進行了加固維修，加固后的海珠橋由原來的三跨簡支桁架經體系轉換形成了三跨連續索桁結構，設計荷載為汽—15。
2．5 廣州大橋
廣州大橋于1985年11月建成交付使用。大橋全長979.04m，橋寬24m，由主橋、副橋、引橋組成。主橋跨越珠江主航道，上部結構為三跨預應砼連續箱梁（80m+110m+80m），下部采用鋼筋砼墩，沉井基礎；副橋跨越珠江副航道；上部結構為兩聯三跨25m預應力砼連續梁；引橋上部結構為預應力混凝土簡支T梁橋，副橋與引橋下部結構均采用排架墩，鉆孔樁基礎。
2．6 江灣大橋
江灣大橋地1997年12月建成通車。大橋全長914m，主橋上部結構杰83m+128m+83m變截面三跨預應力混凝土連續箱梁結構。主橋橋墩采用兩個橢圓形獨立柱實心墩，鉆孔灌注樁基礎。
2．7 人民橋
人民橋于1967年建成通車，全橋長527m。主橋上部結構為三孔帶有掛孔的T型剛構橋，跨徑為54m+74m+54m，掛孔長34m。T構懸臂由12片預應力砼T梁組成。北岸墩為樁基礎，兩個水中墩為沉井基礎，水中墩為鋼筋砼實體墩，岸邊墩為鋼筋砼挑臂墩。
2．8 珠江隧道
珠江隧道1993年底建成通車，是國內第一條沉管隧道，設計車輛通過能力為3600輛/h。隧道由北岸黃沙段、河中段及南岸芳村段組成，總長度為1238.5m，橫向設四孔，其中兩孔為機動車道孔，一孔地鐵孔，另設一專用管線廊。沉管為鋼筋砼結構，共分為五節沉放。暗埋段采用鋼筋砼箱形結構，敞開段采用鋼筋砼U型槽。
3 檢測與評估內容
3．1 一般外觀檢測
本次外觀檢測的內容包括如下幾個方面：1、橋面系構造檢查；2、混凝土強度、碳化深度、裂縫狀況；3、主梁、斜拉橋索塔軸線空間位置、鋼管砼拱肋軸線空間位置檢測；4、斜拉索、吊桿現狀；5、鋼管砼拱肋脫空現狀；6、支座、橋梁墩臺現狀；7、水下基礎結構性戲能檢查；8、隧道滲漏情況；9隧道軸線及沉管的沉降、水面位移；10、沉管接頭狀況、隧道覆蓋層摸查。
通過本次外觀檢測及時發現了某些隱患：如解放大橋鋼筋砼拱肋內混凝土局部存在脫空現象，最大脫空高度2cm；鶴洞大橋主塔塔身凹槽處存在寬0.2~0.3mm豎向裂縫；昌崗西立交第四層橋臺處端橫梁出現較大裂縫，鋼筋裸露銹蝕，橋臺支座脫空；江灣大橋邊跨端支座處主梁底板發現多條斜裂縫及縱向裂縫，裂縫寬達0.2mm；海珠橋主引橋混凝土炭化深度較深（炭化深度平均達8.1mm）、梁體鋼筋銹蝕嚴重等，根據上述檢測結果，養護部門會同有關單位及時提出了加固、補強措施，并對昌崗西立交第四層橋臺端橫梁進行了支座更換、砼切割等整治處理，避免了損傷部位的進一步擴大。
3．2 結構仿真分析
考慮到海印大橋、海珠橋的特殊歷史背景，本次檢測對這兩座橋進行了結構仿真分析。計算采用了結構損傷非線性原理，分析出海印大橋經歷斷索、換索結構大調整后，中孔北支點截面和南邊孔支點截面下緣面下緣產生較大的拉應力的原因——換索后的索力增量超過一定范圍，使橋面整體抬升。進而推斷出正是截面下緣較大的拉應力使得大橋箱梁底板產生了橫橋向的裂紋。同時，仿真分析模擬和跟蹤了海珠橋體系轉換過程、結構內力變化與分布規律，并將計算結果與荷載試驗結果做對比分析，對海印橋的承載能力進行科學評價。通過結構仿真分析，使外觀檢查的某些表觀現象找到了理論依據。除海珠橋主引橋外，其余各橋均能滿足結構承載力的要求。
3．4 特殊檢測手段的運用
3．4．1 地質雷達無損探測設備的運用
珠江隧道在沉管段砼澆筑過程中，由于水化熱和砼體積自身收縮且受外部約束而產生了大量的裂紋：5節沉管共產生約500多條、長約660m的裂紋，雖然當時對上述裂紋進行了及時的封閉處理，但是珠江隧道自1993年底建成通車以來，已有近10年的時間，局部側墻壁出現了滲水現象，為準確掌握裂紋的寬度、深度、發展延伸分布情況，本次檢測采用了地質雷達。它是通過收集電磁波在隧道砼裂紋處波形的變化情況，計算出裂紋的各項特征指標。珠江隧道檢測共布設雷達檢測線10條，完成雷達檢測部面長7380m，是對大體積、大范圍鋼筋砼結構裂紋檢測的一種新嘗試。
3．4．2模態試驗
為了對廣州大橋主橋的工作狀態進行進一步的評定，分析病害成因，提出處理措施，并為長期監測橋梁的劣化程度、檢驗加固效果提供基礎資料，本次檢測對廣州大橋主橋做了模態試驗。它是在動載試驗的基礎上沿順、橫橋向箱梁中線處布設多個測點，利用自然脈動方法測取橋梁的各階固有頻率、振幅、阻尼和振型，通過試驗值與理論值的比較，對靜載試驗的計算模型進行修正，使理論模型更趨完善合理。試驗同時對廣州大橋主橋的抗扭、堅彎剛度及對稱性等物理參數進行了定性評定。
模態試驗表明：動、靜載試驗的計算模型與實橋基本吻合，但主橋各階段振型與理想振型相比均有一定程度的畸變。表現之一：從縱向看，兩邊跨畸變程度比中孔大，分析認為是由兩邊跨橋面板之間的連接狀況稍差所致，這與外觀檢測情況相符——邊跨橋面板多處有補疤，主梁翼緣板間的連接有孔洞。表現之二：東側振幅值相對西側大，根據現場情況分析，大橋東側有一條輸氣管道，西側有一條輸水管道支承于橋梁橫隔板上，由于輸水管道質量較大，導致相對振型值偏小。
4 檢測評定結果
“七橋一隧”檢測現已結束，檢測單位對橋梁結構的定性評價已通過專家評審和認可：除海珠橋主引橋因外觀缺損嚴重、結構承載能力不足，被評為四類橋梁外，其余各橋承載能力滿足設計要求，總體評定為二類橋梁。
5 問題探討
5．1 海珠橋主橋鋼結構的檢測
海珠橋主橋鋼結構的疲勞檢測是多方關注的焦點。建于1933年的海珠橋即是廣州歷史發展的見證，又是建設國際大都市的新廣州旅游景觀的一個組成部分，具有城市道路、歷史和景觀三位一體的功能和作用，有作為歷史文物保存下來的必要。
海珠橋過去曾做過幾次檢測、大修、但從未進行疲勞測試。本次檢測對主橋（鋼橋）進行了動、靜載試驗和訪真分析，認為加固后的海珠橋主橋（鋼橋）靜、動力性能均符合要求，可滿足相應設計荷載等級安全通行要求。對主橋恒載狀況下主桁梁、吊桿、背索應力的測試表明，海珠橋加固后經過近10年的運營，橋梁結構發生了內力重分布，測試值與固施工時的張拉力存在偏差，靜力分析認為這種偏差不致于影響結構安全。但是，結構的靜力特性分析是在認為結構材料特性滿足要求的前提下進行的，而對于一個服役達70多年的老橋而言，鋼結構的疲勞特性是不容忽視，僅采用常規的荷載試驗，對鋼橋的整體性能作評估是不全面的。為了全面掌握橋梁的損傷狀況，建議除了做常規的檢測外，有必要對鋼橋進行疲勞測試和殘余壽命評估，避免因疲勞而引發的脆性破壞。
5．2 解放大橋水平體外索力測試
解放大橋采用帶PE護套的12Q15.24(7Q5)的成品索作為系桿，后又增設了水平體外索（中孔每根系桿索由109Q7、邊孔每根系桿索由55Q7鍍鋅高強低松馳預應力鋼絲組成）加強系桿的作用，系桿對抵消拱圈的水平推力至關重要，是全橋的“生命索”。系桿的索力情況及應力幅值是評價系桿工作狀態的基本指標。遺憾的是本次檢測由于系桿包裹在砼系梁和鋼板錨箱中，并多點支撐在橫梁上，無法采用頻率法準確測出其索力，僅從大橋整體外觀檢測和荷載結果來推測出系桿的受力狀態，似乎與系標明本身的重要性不相區配，對于類似的系桿拱結構如何測試系桿索力，是值得研究和引起關注的，建議在設計階段就應考慮相關問題。
5．3 珠江隧道沉管接頭部件的檢測
珠江隧道沉管管節的五個接頭均設計為柔性接頭。沉管接頭處以尖肋型橡膠止水帶（GINA帶）作為第一道防水，Ω型橡膠止水帶作為第二層防水，型號與水壓力及設計變形量對應。Ω鋼板是作為抗震措施而設計的，沿接頭四周布置。為了使地震時管段接頭產生的軸向位移量不超出GINA帶和Ω型橡膠止水帶確保水密性時的最大允許位移值，設計加設了Ω鋼板和縱向約束裝置。本次對隧道沉管接頭部位的檢測采用了人工錘擊的方法來判定Ω鋼板的銹蝕情況，而對GINA帶和Ω型橡膠止水帶水密性未作進一檢測（這也是無法做到的）。從構造上看，GINA帶是無法更換的。理論上Ω型橡膠止水帶“在20℃的水中環境下壽命達100年”， 作為隧道的養護而言，如何檢測、跟蹤評價其使用壽命，值得探討和研究。同時，類似于“一勞永逸”的設計理念是否合適，也值得商榷。建議有關部門盡快研究橡膠止水帶退出工作后的止水處理預案。
5．4 混凝土強度測試
本次各橋梁（隧道）混凝土強度的檢測均采用了回彈法，規范對回彈法的使用范圍作了嚴格的界定，即要求齡期在1000d以內、砼碳化深度不大于6mm、鋼筋保護層厚度大于30mm，本次的測試對象砼的齡期均超過了1000d,砼碳化深度也不同程度地大于6mm，檢測結果的可信度是值得推敲的。
5．5 水下基礎的檢測
本次各橋梁水下基礎的檢測是由潛水員完成的，由于江水渾濁，能見度低，只能通過摸探來查明基礎的大致情況，檢測內容相對較粗糙。筆者認為，基礎對結構的影響可以通過變形的觀測來發現，外觀的輕微損傷結構安全影響不大，水下檢測只需探明是否有重大損傷即可。而建立橋梁養護的永久觀測，定期觀測基礎的變位情況，更有利于橋梁結構安全性能的準確評估。本次檢測在進行橋面線形、控制點三維坐標及隧道軸線測量對比時，是有相關教訓的，由于檢測永久測點的擾動和破壞，使得本次實測的數據大多無法與歷史測量數據作分析、對比。建議在橋梁、隧道的養護管理中，應加強對永久測點的建立與保護。
6 結語
通過對廣州市區七橋一隧的全面綜合檢測，養護管理部門及時掌握了各構筑物的真實損傷狀況及承載力水平，同時也暴露了橋梁、隧道結構在設計、施工、管理方面有待進一步完善的地方。其收益遠遠大于檢測本身所投入的人力、物力資源。如何評估結構物的使用壽命，確保使用多年的橋隧結構安全運營，用較少的投入換來結構物的正常使用，是養護單位應引起足夠重視或開展深層次研究的課題之一。
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