橋梁荷載試驗技術(shù)在建設(shè)工程交工驗收質(zhì)量檢驗中的應(yīng)用

李田青 吳進星

摘要：文章認為橋梁荷載試驗作為綜合評定橋梁工程質(zhì)量、檢驗橋梁實際承載能力最直接、最準確的一種技術(shù)手段，應(yīng)在工程交工驗收質(zhì)量檢驗中得到重視和應(yīng)用。廣西建設(shè)工程管理部門或質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)也應(yīng)補充規(guī)定橋梁承載能力檢驗抽樣比例，以便貫徹執(zhí)行國家、行業(yè)管理部門關(guān)于建設(shè)工程檢驗評定標準和交工驗收辦法要求進行橋梁荷載試驗的規(guī)定，確保橋梁結(jié)構(gòu)安全投入運營。

關(guān)鍵詞：橋梁;荷載試驗;交工驗收;檢驗

This article considers that bridge load test is the most direct and accurate technical means to comprehensively assess the bridge engineering quality and verify the actual bearing capacity of bridges，which requires the attention and the application in the quality inspection of engineering completion acceptance.Guangxi construction engineering management department or quality supervision agency should also supplement the regulations for the sampling ratio of bridge bearing capacity inspection，in order to implement the regulations of national and industrial management departments on the bridge load test of construction engineering inspection and evaluation standards and completion acceptance requirements，so as to ensure the bridge structure safety and being put into operation.

Bridge;Load test;Completion acceptance;Inspection

0 引言

作為公共基礎(chǔ)設(shè)施，橋梁工程建設(shè)質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到橋面行駛車輛和行人的安全。橋梁工程質(zhì)量與原材料、混合料、構(gòu)配件、工程實體的質(zhì)量有關(guān)，取決于工程勘察單位、設(shè)計單位、施工單位的工作質(zhì)量，也跟建設(shè)單位、監(jiān)理單位、質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)等監(jiān)督管理力度有關(guān)，需要建設(shè)項目參與各方嚴格執(zhí)行國家法律、法規(guī)、工程建設(shè)強制性標準的規(guī)定。

建設(shè)工程交工驗收質(zhì)量檢驗，是評價工程質(zhì)量，確保建設(shè)項目順利投入運營、安全運營的最后把關(guān)。交工驗收質(zhì)量檢驗，包括施工單位自檢、監(jiān)理單位抽檢以及建設(shè)單位、質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)組織或委托第三方試驗檢測機構(gòu)對工程質(zhì)量的檢驗。對于橋梁工程來說，由于行業(yè)管理規(guī)定以及檢測設(shè)備、人員專業(yè)水平、檢測資質(zhì)的不足，施工單位、監(jiān)理單位僅能夠檢驗原材料、混合料質(zhì)量以及構(gòu)配件、工程實體的尺寸、位置、外觀缺陷，對與安全運營最為相關(guān)的橋梁工程承載能力則只能進行間接和定性評定。對橋梁工程承載能力進行直接、準確、定量鑒定，一般由建設(shè)單位、質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)組織或委托有資質(zhì)的第三方試驗檢測機構(gòu)通過橋梁荷載試驗予以檢驗。

1 橋梁荷載試驗技術(shù)及原理

橋梁荷載試驗是通過對橋梁結(jié)構(gòu)施加與設(shè)計荷載等效的荷載，利用儀器設(shè)備和軟件，采集、分析橋梁關(guān)鍵部位和截面力學效應(yīng)和振動特性，以評定橋梁工程質(zhì)量、檢驗橋梁實際承載能力的一種最直接、最準確的技術(shù)手段。橋梁荷載試驗包括靜載試驗和動載試驗。

橋梁荷載試驗分為試驗準備、荷載試驗和試驗數(shù)據(jù)整理分析等三個階段的工作。試驗準備階段工作主要包括設(shè)計圖紙和施工資料的收集、擬定試驗橋跨、橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型建立和結(jié)構(gòu)計算分析、擬定試驗荷載、測試項目、測試點理論值計算、儀器配套以及測點布設(shè)等。荷載試驗階段工作主要包括施加分級試驗荷載、卸除荷載、采集荷載作用下力學效應(yīng)和振動特性等。試驗數(shù)據(jù)整理分析階段工作主要包括整理橋梁位移、靜撓度、靜應(yīng)變、裂縫擴展閉合情況、動撓度、動應(yīng)變等，分析計算結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)、相對殘余應(yīng)變、沖擊系數(shù)、自振頻率、阻尼比、振型等。

當出現(xiàn)下列情況之一時，可判定橋梁實際承載能力不滿足要求：

（1）主要測點校驗系數(shù)>1.0;

（2）主要測點相對殘余應(yīng)變>20%;

（3）裂縫擴展、閉合超過規(guī)定;

（4）橋梁基礎(chǔ)發(fā)生不穩(wěn)定沉降變位。

2 荷載試驗技術(shù)在橋梁交工驗收中的應(yīng)用

2.1 工程概況

那厘右江特大橋主橋鋼筋混凝土箱形拱橋，分為左右兩幅橋梁，橋跨單孔凈跨為160 m，凈矢高24.611 m，矢跨比1/6.5，拱軸系數(shù)為1.76。拱圈高2.8 m，拱圈頂全寬11.0 m，位于拱圈外側(cè)的兩片拱箱為邊箱，中間各片為中箱。邊箱的外側(cè)腹板厚14 cm，其余腹板厚度均為8 cm。邊中拱箱頂厚度為20 cm，底板厚度為25 cm，箱軸中距均為1.6 m。每箱底板寬度1.56 m，中箱采用1.42 m，現(xiàn)澆縱縫18 cm。行車道板采用10 m跨徑的空心板，單幅橫向布置11塊板。橋面鋪裝采用10 cm厚C50防水混凝土現(xiàn)澆層+10 cm改性瀝青混凝土，防水層為水性滲透型無機防水劑。設(shè)計荷載等級：公路-Ⅰ級，人群2.5 kN/m2。橋面寬度：29.50 m=2×[0.25 m（人行道欄桿）+1.57 m （人行道）+0.43 m（防撞墻）+11.75 m（行車道） +0.75 m（防撞墻及一半中央分隔帶寬度）]。

2.2 荷載試驗方案

選取那厘右江特大橋左幅主橋為荷載試驗對象。

2.2.1 有限元分析

采用專用結(jié)構(gòu)軟件Midas/Civil建立橋梁有限元模型，計算分析結(jié)構(gòu)振型，得到結(jié)構(gòu)振動頻率和沖擊系數(shù)（見表1）。

2.2.2 靜載試驗

2.2.2.1 測試內(nèi)容及截面布置

在拱圈L/4（截面B）、3L/8（截面C）、L/2（截面D）最大正彎矩效應(yīng)下，截面B、C、D處拱箱的應(yīng)變和截面B、G（3L/4截面）、D處拱箱的撓度;在拱圈兩岸拱腳（截面A和E）最大負彎矩效應(yīng)下，截面A、E處拱箱的應(yīng)變（見圖1）。

2.2.2.2 測點布置

截面A、B、C和E的應(yīng)變測點布置在拱背;截面D的應(yīng)變測點布置在拱腹;拱圈上的各測試截面均布置7個混凝土應(yīng)變測點;空心板測試截面布置11個混凝土應(yīng)變測點;撓度測點布置在各拱箱中心線對應(yīng)的拱背。采用數(shù)字水準儀進行測量。

2.2.2.3 試驗工況

共安排6個試驗工況，以彎矩等效原則在橋面布設(shè)車輛荷載，計算荷載試驗效率系數(shù)，通過調(diào)整、優(yōu)化車輛位置和數(shù)量，使荷載試驗效率系數(shù)控制在0.95～1.05之間。試驗工況詳見表2。

2.2.3 動載試驗

2.2.3.1 脈動試驗

在試驗跨測試截面D處橋面行車道上布置1個豎向傳感器，測量外界各種因素所引起的橋梁微小且不規(guī)則的振動，然后進行頻譜分析，最終得到橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性（自振頻率和阻尼比）。

2.2.3.2 跑車試驗

試驗車以不同的車速沿橋面行車道勻速往返行駛，采集測試截面D的動應(yīng)變并計算沖擊系數(shù)。

2.3 靜載試驗結(jié)果與分析

2.3.1 撓度測試結(jié)果

截面B、G、D的撓度測試結(jié)果見表3～6。

2.3.2 應(yīng)變測試結(jié)果

截面A、E、B、C、D的應(yīng)變測試結(jié)果見表7～12.

2.3.3 靜載試驗結(jié)果分析

通過對那厘右江特大橋主橋左幅試驗跨靜載試驗測試數(shù)據(jù)的分析，可得出如下結(jié)果：

（1）在各靜載試驗工況下，試驗跨控制截面拱圈撓度平均值的撓度校驗系數(shù)值在0.620～0.709之間，均<1.0，說明試驗跨的整體剛度滿足要求。

（2）在各靜載試驗工況下，試驗跨控制截面拱圈應(yīng)變平均值的應(yīng)變校驗系數(shù)值在0.453～0.755之間，均<1.0，說明試驗跨的整體強度滿足要求。

（3）在各靜載試驗工況下，試驗跨測試截面的最大相對殘余撓度和相對殘余應(yīng)變分別為9.7%和17.9%，均<20%，說明試驗跨在各工況下處于彈性受力狀態(tài)。

2.4 動載試驗結(jié)果與分析

2.4.1 脈動試驗

通過對那厘右江特大橋左幅主橋加速度時程響應(yīng)曲線和頻譜圖進行分析，實測一階和二階振動頻率分別為0.95 Hz和1.80 Hz，均高于對應(yīng)的理論計算頻率值，這說明橋梁整體動剛度比設(shè)計良好。實測阻尼比為4.053%（見表13）。

2.4.2 跑車試驗

跑車試驗均采用2輛車，通過不同車輛速度下的動應(yīng)變時程曲線的振蕩峰值和谷值，可以計算出沖擊系數(shù)。不同車速下實測沖擊系數(shù)如表14所示。

2.5 荷載試驗結(jié)論

綜合分析靜載試驗和動載試驗結(jié)果，在設(shè)計等效荷載作用下，那厘右江特大橋左幅主橋應(yīng)變和撓度校驗系數(shù)均<1.0，結(jié)構(gòu)動力性能良好，橋梁承載能力滿足設(shè)計荷載（汽車荷載：公路-Ⅰ級）要求。

3 結(jié)語

橋梁荷載試驗作為綜合評定橋梁工程質(zhì)量、檢驗橋梁實際承載能力最直接、最準確的一種技術(shù)手段，應(yīng)在工程交工驗收質(zhì)量檢驗中得到重視和應(yīng)用。

《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準 第一冊 土建工程》 （JTG F80/1-2017 ）規(guī)定“特大跨徑的橋梁、結(jié)構(gòu)復雜的橋梁和承載能力需要驗證的橋梁應(yīng)進行荷載試驗”，但對常規(guī)橋梁沒有規(guī)定。交通運輸部2010年《關(guān)于印發(fā)公路工程竣交工驗收辦法實施細則的通知》附件1《公路工程質(zhì)量鑒定辦法》規(guī)定“橋梁承載力等均應(yīng)符合設(shè)計要求”，但對橋梁抽檢比例沒有規(guī)定。貴州、重慶等省份地方交通質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)補充規(guī)定了橋梁承載力鑒定抽樣比例，抽檢范圍涵蓋每個施工合同段和每種橋型結(jié)構(gòu)、每種橋跨孔徑。廣西建設(shè)工程管理部門或質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)也應(yīng)補充相關(guān)規(guī)定，以便貫徹執(zhí)行國家、行業(yè)管理部門關(guān)于建設(shè)工程檢驗評定標準和交工驗收辦法要求對橋梁進行荷載試驗的規(guī)定，確保橋梁結(jié)構(gòu)安全投入運營。

參考文獻：

[1]JTG F80∕1-2017，公路工程質(zhì)量檢驗評定標準（第一冊 土建工程）[S].

[2]JTGT J21-01-2015，公路橋梁荷載試驗規(guī)程[S].

[3]交通運輸部.關(guān)于印發(fā)公路工程竣交工驗收辦法實施細則的通知（交公路發(fā)（2010）65號文）[Z].2010.