鋼筋混凝土病害橋梁檢測技術分析

秦立朝

湖南高速鐵路職業技術學院

鋼筋混凝土病害橋梁檢測技術分析

秦立朝

湖南高速鐵路職業技術學院

鋼筋混凝土橋梁作為橋梁工程中的重要組成部分，隨著運營條件及年久的變化，病害橋梁日益增多，必須加強對鋼筋混凝土橋梁的安全控制，本文就一工程案例，分析了鋼筋混凝土橋梁檢測技術，并提出整改意見，以保證其安全性。

鋼筋混凝土；橋梁；檢測

1　前言

隨著我國社會經濟的快速發展和交通運輸行業的不斷進步，鋼筋混凝土橋梁以其剛度大、強度高、造價低、噪音環保、結構樣式多、維修費用低，具有較好的穩定性和耐久性等優點作為了橋梁建設的主要類型；隨著橋梁的老化、運營條件的提高和病害的不斷發展，鋼筋混凝土橋梁的剛度和強度大大降低，據不完全統計，我國病害橋梁占我國橋梁總數的45%左右，主要表現在橋梁的裂紋、混凝土鋼筋的銹蝕、混凝土的炭化露筋、支撐塊的破損、橋面的積水等；鋼筋混凝土橋梁的病害會直接危機橋梁自身的安全性，影響到交通運輸系統的安全穩定，由于發生原因復雜，病害將無法完全避免，只能通過各種檢測技術，控制各個病害環節，降低病害危險程度。

2　工程概況

上海市寶山區楊盛河橋是一座東西走向的三跨混凝土簡支梁橋，建于1987年，無設計和竣工資料可查。實測橋全長48.6m，三跨簡支梁跨度均為16.0m。全橋寬為20.5m，橋寬雙向3m人行道+ 17.0m機動車道，橋面兩端設橡膠條伸縮裝置，跨間橋面連續；橋面設0.08m～0.165m鋼筋混凝土鋪裝層；三跨簡支梁每跨均由20片混凝土空心板梁組成；梁底均采用板式橡膠支座。兩橋墩均為樁柱式橋墩，下設6根Φ0.80m的圓形立柱，蓋梁高0.90m，長20.6m、上部寬1.20m、底寬0.60m。該橋長期無車輛通行，根據規劃，決定重新啟用該橋，確定該橋的載重等級。

3　橋梁檢測目的

通過對楊盛河橋的檢測，分析構件缺陷及損傷的原因，評價其對橋梁承載力和耐久性的影響；通過靜載試驗，測試橋梁結構在試驗荷載作用下控制截面的應變（應力）和撓度，評價橋的工作狀態和承載能力，確定其載重等級；通過動載試驗，測試空心板梁的在汽車動荷載下的沖擊系數和自振頻率等自振特性，評價空心板梁在動荷載作用下的工作狀況。

4　橋梁表觀結構檢測

4.1全橋外觀缺陷檢查

橋梁外觀缺陷檢查先可采用目測法，對混凝土梁、墩臺、支座和橋面附屬設施等進行全面檢查，對于裂縫用儀器測定其寬度和深度，儀器測定可采用超聲測試儀、雷達檢測技術、紅外線—熱檢測技術等，超聲波在混凝土傳播過程中遇到裂縫，將產生反射、折射、繞射等物理現象，使超聲波聲時延長，根據聲時測算裂縫的深度。經過對楊盛河橋全面檢查，發現鋪裝混凝土水灰比較大，強度較低，水泥易流失；橋梁板底、橋臺混凝土收縮及預應力的橫向效應，產生了較多小于0.2mm的縱向裂縫、網狀裂縫；兩橋臺處均有滲水現象，橡膠支座有不同程度的老化，全橋支座鋼墊板均已銹蝕。

4.2混凝土無損檢測

采用瑞士PROFOMETER5鋼筋保護層檢測儀，利用電磁感應原理對鋼筋混凝土結構中鋼筋直徑、位置、間距和混凝土保護層厚度進行無損檢測；混凝土強度無損檢測常用回彈儀法、超聲波法、超聲回彈綜合法，超聲回彈綜合法由于誤差小而被廣泛采用，但考慮本橋主梁為空心板梁，無法采用超聲回彈綜合檢測，故采用回彈法檢測混凝土強度。通過檢測，板梁主筋混凝土保護層厚度、板梁箍筋混凝土保護層厚度均不符合規范要求，板梁混凝土強度達到C40混凝土強度要求，其他構件混凝土推定強度為21.3MPa～ 56.0MPa，大于C20混凝土強度等級，滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）中的要求。

4.3混凝土碳化深度檢測

由于混凝土中水泥水化物呈弱堿性，其在鋼筋表面形成具有保護作用的“鈍化膜”，隨著時間的流逝，空氣中的CO2和水分子與混凝土的堿性成份緩慢發生化學反應，作為保護層的混凝土由外到內逐漸碳化，失去保護作用。混凝土碳化深度檢測是通過混凝土表面鉆孔，露出孔內新鮮混凝土內壁表面，并除凈表面粉塵，然后用1%酚酞酒精噴涂，檢測其變色與不變色的臨界面深度，得出混凝土碳化深度，變紅表示未被碳化，不變色則表示已碳化。經檢測，該橋抽檢構件表層混凝土均已發生不同程度的碳化，碳化深度平均值為0.1mm～5.3mm。

4.4鋼筋銹蝕狀況檢測

當混凝土處于一個高堿性環境，會在鋼筋表面形成一層保護膜，由于氯化物或碳化作用，這種保護膜會被破壞，發生銹蝕。銹蝕過程中，在鋼筋表面形成陽極區和陰極區，導致鋼筋離解，在陽極區生成膨脹的銹蝕產物。半電池電位鋼筋銹蝕度測量法是目前在現場無損鋼筋銹蝕度檢測中較先進的一種方法，通過測量鋼筋和混凝土表面之間的電位和電阻率，來評價腐蝕程度和保護層狀況，腐蝕程度由電勢的高低來判斷。電勢越高，腐蝕的可能性就越大；同時考慮電阻率的影響，電阻率低，表現為電勢高；電阻率高，表現為電勢低。

5　橋梁性能結構檢測

5.1橋梁靜載試驗

由于橋的設計荷載不明，根據使用要求，期望承載能力達到汽車-20級、掛車-100，并能通行經常使用的特種車輛荷載。為此首先要計算經常使用的特種車輛荷載、汽-20級和掛-100車輛產生的荷載效應，其中最大的荷載效應確定為該橋的控制荷載，將該控制荷載作為“期望承載能力”。橋能否達到“期望承載能力”，則需要通過與“期望承載能力”相近的試驗荷載作用在各跨中截面進行檢驗。

為了達到理想的試驗效果和檢測數據的可信度，一般要求加載試驗所用試驗荷載根據設計標準荷載的最不利效應值進行等效換算，等效換算的原則為使所用的靜力試驗荷載的效率ηq滿足：

式中：ηq—靜力試驗荷載效率；一般要求在0.85～1.05范圍內。

Sstate—試驗荷載作用下控制截面內力計算值；

S—控制荷載作用下控制截面最不利內力計算值（不計沖擊）；

（1+μ）—按規范取用的沖擊系數。

各級試驗荷載下空心板梁跨中彎矩及相應荷載等級表

各級荷載下應變測試結果表

圖1　某立柱在試驗荷載下時間—沉降曲線

圖2　應變（應力）時程曲線（單位：με）

圖3　撓度時程曲線（單位：mm）

對于橋墩基礎承載能力測試則首先計算汽-20荷載在某一號墩蓋梁某一號立柱上產生的最大反力（含沖擊，包含人群荷載），將此荷載用加載車輛進行等效，逐級加載，用精密水準儀依次讀數，并及時繪制時間-沉降曲線。（如圖1）

由以上檢測結果發現各應變片隨著荷載增加應變增加趨勢基本一致，表明隨著荷載的逐級增大，承受荷載較大的梁并沒有發生開裂，而且達到汽車-20級承載能力。在荷載作用下，立柱最大沉降1.02mm，卸載后剩余沉降為0.12mm，其相對殘余變形小于《公路舊橋承載能力鑒定方法（試行）》所規定的20%容許值，表明基礎承載能力達到汽-20級載重等級。

5.2橋梁動載試驗

由于橋梁結構在移動車輛、地震等動力荷載作用下會產生復雜的振動問題，僅靠理論分析還不能滿足工程應用的需要，故橋梁動載試驗就成為解決該問題必不可少的手段。橋梁動載試驗通常檢測結構的動力響應，主要包括振動和沖擊。動載試驗時，重車分別以5、10、15、20km/h勻速駛過橋面，記錄所有動載測點的動應變和動撓度時程信號，由此計算沖擊系數；自振頻率及阻尼比檢測采用脈動試驗連續記錄0.5小時的脈動時程信號，由此分析其自振頻率和阻尼比。如圖2、圖3梁板跨中在5km/h速度下的應變（應力）時程曲線和撓度時程曲線。

6　結論

通過對本橋技術狀況檢測，按照《城市橋梁養護技術規范》（CJJ 99-2003）中技術狀況評定，該橋技術狀況為B類橋；根據動靜載試驗結果，判定本橋的承載能力滿足汽車-20級、掛車-100荷載要求，亦能滿足需要通行的特殊車輛的要求，但需對存在的病害進行維修。建議對露筋位置進行除銹，清理干凈后用修補砂漿修補，梁板表面涂刷滲透結晶型漿料，提高構件的抗碳化能力；對于橋多數梁板在端部1～2m內產生的裂縫，建議表面刷滲透結晶型漿料，封閉裂縫，提高耐久性；由于橋面鋪裝凹凸不平，建議用鋼筋鋼纖維混凝土重建橋面鋪裝，修復梁間橫向聯系，對橋頭接坡進行平順處理。

［1］商峻.鋼筋混凝土橋梁檢測與損傷評價［J］.科技與企業，2012，7

［2］牛世久.鋼筋混凝土橋梁耐久性病害特殊檢測技術分析.山西建筑.2007年15期

［3］《城市橋梁技術狀況鑒定準則（試行）》（SZ-19-2002）

秦立朝（1978-），男，河北省石家莊人，民族：漢，學位：本科，單位：湖南高速鐵路職業技術學院鐵道工程系，職稱：副教授，研究方向：土木工程。