混凝土無損檢測技術在橋梁加固中的應用

鐘勇云 陳紅

1中交云南高速公路發展有限公司 云南 昆明 650000

2云南省交通運輸廳工程造價管理局 云南 昆明 650000

1 引言

隨著經濟的日益發展，交通物流運輸在社會經濟中的重要性尤為突出，運輸車輛的軸載也越來越大，因高速公路治超限載且過路費高昂，超限貨車選擇了走二級公路，“百噸王”對橋梁造成了嚴重的破壞。近年云南省公路局開始分批次分地州對全省二級公路橋梁采取加固措施，通過混凝土無損檢測技術在橋梁加固上的實際運用確保了加固施工質量。

2 混凝土無損檢測技術

2.1 混凝土無損檢測技術分類

混凝土無損檢測技術主要分為三類：即聲波類檢測技術、地質雷達類檢測技術、電磁感應類檢測技術。

1）橋梁CT是聲波類檢測技術典型代表，用聲波穿透混凝土，經過計算機處理反演對混凝土的聲波速度成像，重現混凝土內部的結構圖像[1]。聲波速度反映混凝土內部的密實性、缺陷和力學性狀。檢測結果直觀，準確。

2）地質雷達是用超高頻電磁波探測目標，發射電磁波對目標進行照射并接收其回波，由此獲得目標至電磁波發射點的距離、距離變化率（徑向速度）、方位等信息[1]。

3）鋼筋位置測定儀由主機（信號發生系統、信號采集系統、信號處理系統）和探頭組成，信號發射系統產生激勵信號至探頭，探頭產生電磁場在鋼筋內產生渦流，渦流產生的電磁場又被探頭接收并輸出電信號，電信號經主機處理系統計算判定鋼筋的位置和保護層厚度以及鋼筋的直徑[1]。

2.2 混凝土無損檢測技術應用方向

無損檢測主要是提供結構物理現存狀態結構模量的分布、缺陷位置、規模，為結構功能評價提供基礎數據，損傷結構檢算的參數分布，機構物理損傷與功能損傷分析，為修復關鍵部位提供基礎資料，對加固部位物理效果進行評價。

2.3 無損檢測技術的特點

對缺陷的位置、大小、強度能定量指示，結果直觀，能直接用于結構檢算。可用于舊橋梁病害的檢測和加固效果評價，還能作為新建橋梁的質量控制手段。

3 橋梁加固方法

3.1 橋梁加固方法分類

橋梁加固的方法主要有：增大截面加固法，粘貼鋼板加固法，粘貼纖維復合材料加固法，體外預應力法，改變結構體系加固法。

3.2 各種橋梁加固方法適用條件

1）增大截面加固法適用于鋼筋混凝土和預應力混凝土受彎構件、鋼筋混凝土受壓構件的加固。

2）粘貼鋼板加固法適用于鋼筋混凝土受彎、受拉、受壓構件的加固[2]。

3）粘貼纖維復合材料加固法適用于鋼筋混凝土受壓柱、梁、板的加固[2]。

4）體外預應力法適用于預應力梁的加固，改善原結構受力狀況。

5）改變結構體系加固法適用于多跨簡支梁改為連續梁，連續梁、連續剛構橋改為矮塔斜拉橋等使原有結構受力體系發生改變的方法[2]。

3.3 混凝土簡支梁梁橋加固方法選擇

1）簡支梁抗彎能力不足或梁體撓度過大時，比較適合采用體外預應力法，增大截面、簡支變連續等加固法。

2）個別主梁體病害嚴重，其它主梁狀況良好，可采用更換主梁加固。

3）對于提高承載能力幅度不大時的加固設計，可采用粘貼鋼板或纖維復合材料加固。

4）主梁斜截面抗剪能力不足時，可采用粘貼鋼板或纖維復合材料加固。

4 無損檢測技術在橋梁加固上的案例運用

4.1 橋梁概況

S315元陽-綠春二級公路格瑪6#橋全長126.08m，橋面寬9m。橋梁上部結構為預應力混凝土結構連續T梁，橋面聯系為：3×20m+3×20m；每跨梁4片裝配式后張法預應力T梁。該橋原設計荷載等級為《公路橋涵設計通用規范》（JTGD60-2004）中的公路-Ⅱ級荷載，比《公路橋涵設計通用規范》（JTGD60-2015）中的公路-Ⅱ級荷載小，實際運營中，交通流量大，重載車輛較多，造成T梁出現豎向裂縫，裂縫位于翼緣板以下跨中位置，縫寬度0.04～0.19mm之間，裂縫大致呈“棗核”形，裂縫中部寬，向梁頂、底發展。

4.2 橋梁加固方案

依據橋梁技術狀況和復檢結果、病害成因、加固目標、施工條件等，T梁腹板在距梁端 4～16m范圍（即梁的約 1/5～4/5 處）存在腹板豎向裂縫，裂縫從馬蹄側面沿腹板向上延伸，貫穿至行車道板，病害情況嚴重。

經理論計算擬定每片梁增設2束3φ/15.2抗拉強度為1860MPa的體外預應力鋼絞線進行加固，改變原結構內力分布并降低原結構應力水平，使一般加固結構中所特有的應力應變滯后現象得以消除，后加部分與原結構粘為一體，較好地共同工作，使結構的總體承載能力有一定程度提高；使構件中原有裂縫寬度減小甚至完全閉合，并抑制新裂縫的出現。

4.3 混凝土無損檢測技術的應用

此次體外預應力鋼絞線加固方法的難點在于體外預應力錨固塊（見圖1）的施工，T 梁兩側錨塊腹板貫穿植筋，植筋數量較多且密集，T梁內鋼絞線與植筋鉆孔理論最小距離2.5cm（見圖2）。

圖1 預應力錨固塊位置圖

圖2 鋼筋鋼絞線位置圖

1）鋼筋測定儀檢測錨固塊位置原T梁腹板鋼筋保護層厚度，防止在鑿毛混凝土表面上傷害到原T梁鋼筋。

未采用鋼筋測定儀檢測保護層厚度就開始在T梁腹板進行錨塊位置混凝土切割鑿毛，造成T梁鋼筋損傷甚至斷裂（見圖3）。

圖3 未測定保護層厚度施工造成T梁鋼筋損傷

2）本次危橋改造項目由于貫穿植筋較多，如何避免鉆孔過程中傷及原梁鋼絞線是施工成敗的關鍵，經查閱資料及多方咨詢，原梁鋼絞線的探測采用地質雷達探測方法，準確度高，探測相對便捷，工期影響小。

①收集相關設計資料

a）梁體在錨固塊區域內的波紋管埋深、分布圖；

b）梁體在錨固塊區域內鋼筋（豎向鋼筋、水平鋼筋）的直徑、凈保護層厚度。

②根據收集的圖紙在梁體側面標記出波紋管設計的分布位置。

③利用鋼筋檢測儀探測出鋼筋在梁體側面的實際位置，并作網格線標記（見圖4）。

圖4 鋼筋測定儀檢測保護層厚度

④在梁體表面錨塊區域內畫出多條間距40cm左右的豎向測線標記，測線位置盡量布置在相鄰兩根豎向鋼筋中間，避免豎向鋼筋對采集信號的干擾。

⑤采用1.6G手持式地質雷達（天線頻率為1.6G，探測深度為30cm，深度分辨率約為1mm）在每條豎向測線上進行勻速掃描（見圖5），根據雷達特征圖像（見圖6），現場標記出各條測線上鋼絞線中心點位置，然后將各條測線上探測出的鋼絞線中心點連接起來得到鋼絞線中心點在梁體的實際位置分布線。

圖5 1.6G手持式地質雷達

圖6 波紋管內鋼絞線典型雷達特征成像圖

3）錨固塊混凝土質量控制

由于錨固塊位于梁端翼板下面，混凝土澆筑面距翼板底部16～36cm，狹小的操作空間對錨固塊混凝土澆筑質量控制有很大難度，為檢測混凝土的施工質量現場采用橋梁CT對錨固塊質量進行檢測，通過橋梁CT檢測出的錨固塊混凝土波速剖面圖（見圖7）可以看出錨固塊混凝土密實度比較均勻，只有在預埋孔道周圍稍差，均滿足質量要求。

圖7 T梁錨固塊BCT剖面圖

5 總結

混凝土無損檢測技術在橋梁加固施工中的應用，解決了橋梁加固施工中遇到的一系列技術難題，通過鋼筋測定儀檢測避免了在新老混凝土結合面鑿毛施工中對原結構中鋼筋的損傷，通過高頻地質雷達檢測避免了在植筋鉆孔施工中對原T梁中預應力鋼絞線的破壞，通過BCT技術對錨固塊混凝土質量缺陷進行透視檢測保障了錨固塊混凝土的內在質量，確保橋梁加固的實施[3]。

新檢測技術在工程施工中的廣泛應用，為工程質量提供了堅實的技術保障條件，為我們國家的實現中國夢做出了有力的貢獻。