橋梁健康檢測附件設計方案商榷

李永信

摘 要：本文對長期應變檢測規、全自動水陸兩用吊籃、應力自校儀、全橋檢查及聲參數測定儀器的結構設計、運行方案及檢查效果的評定進行了方案論證，并通過幾座橋梁的使用檢驗，很好地驗證了這些方法在橋梁健康檢測設計中的有效性。

關鍵詞：長期應變檢測規；全自動水陸兩用吊籃；應力自校儀；健康檢測

中圖分類號：U466.3 文獻標識碼：A

1 概述

橋梁在建成之后要進行成橋檢測，測得第一手檔案資料，并建立健康檔案，運營一段時間之后，再進行健康檢測，測取數據之后，可以參照以前數據進行比較，以找出構件的薄弱環節和缺陷大小，定量確定橋梁的損壞程度及拆除時間。曾對鐘祥漢江公路大橋進行了全面檢測，并對本橋做過評估，提出了建議：拆除橋墩以上部分，在原來橋墩上另建一座新橋，目前舊橋已拆除，新橋已建成。

2 長期應變檢測規

長期應變檢測是一個至今沒有解決的問題，以下采取的使用長期應變檢測規的方法，對于應變長期檢測是非常有效的，見圖1。

長期應變檢測規是由應變規支架、連接塊、應變規支架、夾式引伸計所組成。二次儀表用應變儀測取應變后，再換算出位移來。位移增量除以標距即為應變值。夾式引伸計的調零標定刀口與夾式引伸計的測量刀口是一樣的距離，將應變規支架固定在應變規支架連接塊上之后，將支架固定在構件上，再從側面將在應變規支架連接塊輕輕地移出。這樣就保證了支架的標距值。將夾式引伸計安裝在調零標定刀口上進行調零之后，再將夾式引伸計放在測量刀口上，看其是否也在零位，若有微小的初讀數，記下來存檔，當構件加載之后，重復剛才的調零測量方法，即可得到任何時間的應變值。測量完畢，將應變規拿下來保存，這種測量方法很適合于長期應變的測量。

3 應力自校儀測試系統

應力自校儀由以下幾部分組成：1、千分表應變測試系統；2、自校應變規系統；3、標距安裝總成；4、信號采集轉化系統；5、計算機軟件程序系統所組成。

目前，用應變片短時間檢測的橋梁健康檢測比較多。但對于長期檢測，應變變化及裂紋擴展時，就必須用應力自校儀才能做到。

由于千分表和應變規同時測量，可以相互校對，增加了儀器應變測試的可靠性。同時可以測量裂紋的擴展量，這是本儀器的創新之處。應用于橋梁健康檢測及監控之后，可以隨時掌握路橋信息，指導路橋檢修及加固。應力自校儀測試系統見圖2 。

那么如何到達橋梁的各個部位進行檢測呢？這就是下面要介紹的全自動水陸兩用吊籃。

4 全自動水陸兩用吊籃

全自動水陸兩用自爬式吊籃示意圖見圖3。

本吊籃系統由吊籃移動車、水陸兩用吊籃主體、氣囊、卷揚機、滑輪、自爬升降器、方向盤組成。其運行方法為：在整個跨內由橋面上的吊籃移動車帶動主體運行，完成各個部位的傳感器安裝及檢測。吊籃的升降由自爬升降器（手動）和卷揚機（自動）來完成。當本跨內的測試，貼片任務完成之后，可換另一個位置進行工作。若下面是陸地時，氣囊不充氣，可將吊籃推到到下一個位置。如果下面是水時，將氣囊充氣后，由后面的螺旋槳推動氣囊開到下一個位置。吊籃移動車上面有兩個套管，通過定位銷固定支架的位置，移動車內裝上水泥或者石頭，以增加車的重量，提高支架的承載能力。有了方便的工具，對于經常性地檢驗橋梁成為可能，可以更好地預防交通事故的出現。

5 全橋檢查及聲參數測定

為方便快捷地對全橋進行檢查，用橋梁檢測專用車更為方便，在車內裝有所有的檢測儀器，及探測儀器。

其檢測方法有查看測量法：對橋梁總體各個部位進行系統檢查，有缺陷的位置進行詳細記錄。

強度測量法：用回彈儀對混凝土強度進行現存強度檢查，比較測定強度與設計強度的差別。

應力測量法：將傳感器安裝在構件關鍵部位，通過加載看其構件的承載能力及應力的大小。

撓度測量法：通過水準儀或經緯儀（或全站儀）測量橋梁線形或撓度，看其是否在規范要求之內。對于大跨度的橋梁，可用連通管傳感器（或連通管）進行測量，其連通管傳感器的應用如圖4所示。

其使用方法：在要測量部位放上一個連通管傳感器（或連通管），在基準部位有一個儲水箱，每個連通管傳感器均和儲水箱相連。當橋梁中間撓度增大時，連通管傳感器中的水的重量增加，在位移傳感器上反映出來的就是應變增加，進而測出橋梁每個關鍵部位的撓度。

固有頻率測量法：通過安裝在構件上的加速度傳感器及CRAS測量系統，可以測出系統的固有頻率及其振動特性。以和橋梁檢測時的檔案進行比較。進而分析系統的剛度，判斷其缺陷所在位置。

超聲探測法：發現缺陷之后為了確定其缺陷大小，可用超聲探測法。樁基探傷可用聲測管來進行。500mm以內的淺裂紋可用平測法，混凝土內部缺陷的探測可用斜測法或正交探測法。

裂紋長期觀測法：用長期應變檢測規來進行，根據裂紋的擴展情況，可以正確評估橋梁的可靠性及疲勞壽命。

6 橋梁檢測方法應用實例

用以上介紹的方法我們對黃龍大橋及古城大橋進行了舊橋健康檢測，安全可靠，效果良好。對鐘祥漢江公路大橋檢測后并提出了建議：拆除橋墩以上部分，在原來橋墩上另建一座新橋，目前舊橋已拆除，新橋已建成，避免了安全事故發生。

湖北秭歸龍潭河大橋（中承式鋼管混凝土拱橋，見圖5）、九皖溪大橋（上承式鋼管混凝土拱橋）、青干河大橋（中承式鋼管混凝土拱橋）建成時，曾對橋梁的鋼管進行了焊縫探傷，鋼管混凝土進行了超聲探傷及成橋檢測。從龍潭河大橋探測來看，在鋼管拱的下部非常密實，在拱頂及鋼管的上部混凝土與鋼管有脫離現象，在脫離的部分，采取了開孔灌漿措施，保證了橋梁的質量。

6.1 鋼管內部混凝土檢測技術

鋼管混凝土檢測不同于普通素混凝土或鋼筋混凝土，超聲波在鋼管混凝土中主要有圖6所示的4種傳播途徑。因此，可通過首波聲時、波形、首波頻率等波形特征來檢測混凝土的密實程度和缺陷。

6.2 鋼管混凝土波形識別與缺陷判斷

圖7所示為超聲波在鋼管混凝土中的傳播特性。

圖7（a）是空鋼管超聲波典型波形，其特征是首波頻率較高（其大小與探傷發射頻率、管徑及其壁厚有關），可在檢測前進行標定，以便在實際檢測中判讀。

圖7（b）是實芯鋼管砼超聲波典型波形，其特征是波形無畸變，脈沖包絡線是圓弧狀，沿鋼管壁傳過來的首波頻率較低。

圖7（c）是鋼管中混凝土與鋼管壁脫離或有空洞時典型超聲波脈沖波形，其特征是波形畸變大，首波衰減大，首波頻率低。由混凝土中傳過來的脈沖波形很難讀首波。

從龍潭河大橋測試來看，左右岸拱腳泵送混凝土密實性好，混凝土與鋼管脫粘很好，混凝土質量好；拱頂混凝土密實性較好，但混凝土與鋼管壁脫粘比較嚴重；其它部位混凝土比較密實，部分有脫粘現象。抽樣結果表明：全橋混凝土密實性較好（測試數據略），拖粘率為52.6%，滿足設計要求。由于是新橋，通過成橋檢測，滿足設計要求。

應用自爬式水陸兩用吊籃及全自動水陸兩用吊籃我們曾對十堰地區的黃龍大橋及襄樊地區的古城大橋進行了舊橋健康檢測，安全可靠，效果良好。

6.3 預應力連續箱梁橋檢測

鐘祥大橋工程包括東引橋、主橋、西引橋和接線，橋梁總長為548.73m。主橋為預應力混凝土連續箱梁，跨徑布置為：65+3×100+65m，東引橋跨徑布置為：（11×16+2×35）m，西引橋跨徑布置為：（10×35+25×20）m。35m跨徑的“T”梁為預應力混凝土土簡支梁，16m和20m跨徑的“T”梁為鋼筋混凝土簡支梁。實橋見圖8，本橋簡化模型見圖9 。

該橋自2003年5月以來，主橋第二跨、第四跨跨跨中出現較大下撓，第三跨跨中出現上拱，在所有懸臂1/4跨部位出現45度方向腹板斜裂紋，裂紋長度和寬度超過規范容許范圍，較大地削弱了主梁斷面。根據交通部和交通廳兩級橋梁檢測部門的檢測評定，確定了該橋為危橋。該橋的主要病害表現為以下幾方面：

1）橋梁混凝土外觀缺陷主要表現為如下幾點：表面凹凸不平，厚度不均；蜂窩麻面較多；部分區域混凝土存在超方現象。頂板施工孔道漏水。

2）箱梁底板裂縫：主要分布在第二跨、第四跨的跨中部位。第一跨、第三跨、第五跨尚未發現底板裂縫。第二跨、第四跨底板裂縫均已裂穿底板，局部裂穿至腹板頂緣，裂縫寬度0.3～0.7mm。

3）箱梁頂板裂縫：該橋每跨頂板均發現裂縫，頂板裂縫主要分布在箱梁第一跨兩端，但檢測裂縫寬度小于0.1mm。根據受力分析，頂底板裂縫應已貫穿板厚。

4）經回彈儀檢測，砼強度評定標準在33.7MPa左右，達不到設計要求C50強度等級。

5）頂板和腹板鋼筋均未銹蝕。

6）第二跨和第四跨跨中下撓明顯，由于原有橋面標高缺失，根據設計縱曲線擬合的跨中撓度為20.5cm，第四跨16.2 cm。

7）全橋豎向預應力225處漏水。

8）根據鑿開底板77束預應力孔道觀察，33束未壓漿或壓漿不飽滿。其中三束斷絲4股（每束24股，1600MPa高強鋼絲，費氏錨）。

通過列舉橋梁的缺陷和必要的檢測手段，使人們知道了橋梁的缺陷類型，使大家對交通安全有更為清醒的認識，每座橋梁都有毛病，要用所提供的方法進行檢測和預防，根據裂紋的擴展規律，可以預測橋梁的使用壽命，這是一個更新的課題，需要下一步進行更深層次的探索。

7 工程項目健康檢測措施

首先建立工程項目檔案，將橋梁、房屋及工程結構在新建成之后，測試其健康特征，比如、應力、撓度及固有頻率等動力特性。一段時間（一年、幾年或十幾年）之后進行測試，與健康參數比對，看其是否有變化，根據檢測結果（就像上面的檢測例子），進而確定項目的危險程度及所采取的加固措施或拆了重建。

以上的方法是基于實用新型發明專利的基礎上提出的，下面分別介紹一下每項專利的功能及使用方法，基本思路是：檢測元件（傳感器），檢測操作過程，檢測儀器。

實用新型專利高低溫長期應變檢測規：本高低溫長期應變檢測規適應于各種構件的應變長期測量。適應于橋梁在建造過程中的監測監控，橋梁的成橋檢測，構件的荷載試驗及產品的檢驗等。

目前舊橋很多，根據對舊橋的普查，大多數的橋梁在不同程度上有所損傷，有的剛度不夠，有的部件損壞嚴重，這就需要對其進行檢測，即成橋試驗。經過測試數據分析，才能做出切實可行的補強及加固方案，以便進行橋梁的維修，提高橋梁運營的可靠度。橋梁部件應力測試通常采用應變片電測法，但是對于長期監測，使用應變片不能達到檢測效果，將高低溫長期應變檢測規安裝在橋面構件的下部進行測試，就可完成這項艱巨的任務。

實用新型專利：橋梁探測用吊籃；專利號：ZL 03 2 37538.7

本實用新型水陸兩用橋梁探測吊籃是適用于橋梁的探傷，檢測，橋梁的維修，補強及成橋試驗等場合的必備工具。

橋梁部件探傷一般采用非金屬探傷儀進行測試，在要探傷的部位安裝探頭進行測試。探頭所探部位，要用鋼管搭腳手架之后，才能完成探傷測試。若構件比較高，則搭腳手架的工作量非常之大。通常以橋面為根基搭爬梯及掛籃，并在四個截面分別搭一座腳手架才能完成拱下表面貼片任務，用鋼管很多，工作量也是很大。鑒于以上情況，我們研究設計制作出了水陸兩用橋梁探測吊籃，以解決目前存在的在橋拱下表面貼應變片問題。

個人實用新型授權專利：應力自校儀；專利號： ZL 2010 20241035.1

本實用新型專利是一種應力自校儀。應力自校儀適應于各種構件的應變長期測量，適應于橋梁在建造過程中的監測監控，橋梁的成橋檢測，構件的荷載試驗及產品的檢驗等。

目前應變片電測技術使用比較成熟，但是大部分用于小應變及短期測試。對于大應變及長期健康檢測，就必須使用應力自校儀。自校儀的每個通道均自帶一個長期應變自校規，自校規安裝在結構的構件上進行應變測量。橋梁的建造時間一般都比較長，此時再用應變片監測監控，其測量精度就會受到很大影響。而且應變片的使用為一次性的。

前景展望：應用以上介紹的方法，使用以上每項專利進行檢測，相信工程結構檢測會常態化，保證工程事故消滅在萌芽之中，使工程結構長期可靠正常營運。

（本文審稿 陳敏林）