高速公路橋梁工程試驗檢測技術及成果應用研究

陳繼岳

（廣東省交通運輸建設工程質量檢測中心，廣東 廣州 510420）

1 橋梁試驗檢測的意義及內容

1.1 試驗檢測的重要意義

在高速公路中，橋梁是不可或缺的重要組成部分之一，它的質量和整體性能，不但關系到使用壽命，而且還與行車安全密切相關。所以對橋梁工程進行試驗檢測顯得尤為必要。通過試驗檢測能夠全面了解并掌握橋梁結構的實際情況，根據檢測所得的結果，可以為橋梁建設施工提供詳實可靠的數據支撐，這對于橋梁質量的進一步提升具有重要意義。隨著城市化進程的逐步加快，交通運輸業得到了快速發展，橋梁所承受的車輛荷載隨之顯著增加，這在一定程度上加劇了橋梁的老化速度。橋梁作為大型的構筑物，其本身具有一些特殊性，一旦建成后，無法通過損壞的方式對結構進行檢測。換句話說，試驗檢測只能在橋梁結構尚未完成之前進行，或是在橋梁竣工后，采用無損檢測技術。

1.2 試驗檢測的具體內容

1.2.1 橋面檢查

水是影響橋面結構的主要因素之一，所以應該對橋面的排水功能進行必要的試驗檢測，可將重點放在排水設施上，檢測其性能否完好，發現問題要及時處理，以免導致排水不暢；對橋面鋪裝層進行檢查，看有無明顯的病害問題，如松散、坑洼以及擁包等；對橋面的伸縮縫進行檢查，看有無異常。

1.2.2 性能檢測

對于橋梁來說，性能至關重要，所以應當對結構性能進行瞬時和長期試驗。同時，還要進行靜、動荷載試驗，嚴格根據規范標準的規定要求，對橋梁構件的內力進行測定，主要包括剪力、彎矩以及軸向力等；對結構中存在的局部損壞情況進行如實記錄，根據檢測結果，對應力分布及大小進行記錄，為后續處理提供依據。

1.2.3 支座檢測

支座是橋梁的重要構件之一，與結構的整體穩定性密切相關。所以要對支座進行檢測，具體內容如下：對支座的功能進行檢查，看有無異常；對底座的完整性進行檢查，看有無破損的情況，如果底座損壞，則應當及時進行處理，以免對結構的穩定性和安全性造成影響；對座板進行檢查，看是否存在質量問題，如斷裂、錯位以及脫空等，針對具體的問題，采取相應的措施進行處理；對橡膠支座的有效性進行檢查，看有無變形的現象。

1.2.4 檢測難點

在對橋梁進行試驗檢測的過程中，如果相關的數據丟失，檢測會難度隨之增大。從設計階段開始，到施工階段的數據資料都應當妥善保存，從而為試驗檢測提供依據，這樣能夠降低檢測難度，提升檢測效率和質量。橋梁投用后，如果承載力下降，可能是因為地基不穩導致的，此時應當對地基進行試驗檢測。

2 工程概況

某高速公路工程項目中的一個合同段位于某省境內，全長4.568 km，沿線上有一座橋梁，采用的是簡支轉連續結構，施工工藝為箱梁預制、現場吊裝、簡支轉連續。該橋按照雙幅進行設置，其中每幅橫向布設預制空心板10片，通過鉸縫進行連接。為了保證該橋梁工程的整體質量，應當對混凝土空心板進行試驗檢測，以此來驗證梁體腹板箍筋和錨下鋼筋由帶肋改為光圓時，對結構受力造成的影響，評定橋梁結構的安全狀況。

3 高速公路橋梁工程試驗檢測技術及成果應用

3.1 錨下局部應力試驗

3.1.1 試驗內容

該試驗檢測主要包括以下內容：在空心板綁扎鋼筋時，埋設應變計和應變片；在混凝土澆筑完畢后、預應力張拉前，在錨固區安裝應變計，將壓力傳感器安裝于錨下；測試錨固區局部應力。

3.1.2 布設測點

對錨下鋼筋應力測點進行布設，并將單向應變計和應變片牢固粘貼在鋼筋上，據此對應力變化進行測試。在每一片空心板上，共計布設應力測點12 個；為了對預應力鋼筋的張拉力進行準確測控，可以將壓力傳感器布設在預應力張拉的一端，單片梁共計布設傳感器6 個，并在梁端對混凝土應變測點進行布設[1]。

3.1.3 試驗結果

在試驗檢測中，對邊板預應力鋼束的張拉值進行測試后得出如下結果：張拉力普遍小于設計值，一個截面內6根預應力鋼束有5 根的張拉力誤差比控制力大，其中最大誤差為18.5%；邊板鋼筋應力監測結果為測點附近應變實測值與理論基本一致，錨下應力分布正常，梁體外觀檢測未發現明顯的裂縫及破損。

中板的預應力鋼束測試結果如下：張拉力比設計值普遍偏小，一個截面內6 根鋼束有1/2 的張拉力誤差超過控制力，最大誤差為11.5%[2]。中板鋼筋應力監測結果與邊板相同。

3.1.4 成果應用

通過錨下應變測試得出如下結論：邊板和中板在預應力張拉階段，錨固區周圍混凝土的變化與理論一致，應力分布正常；梁體外觀無異常情況，該試驗成果可為橋梁施工提供指導依據。

3.2 抗剪承載力試驗

3.2.1 試驗內容

在對空心板鋼筋骨架進行綁扎時，將應變計埋設于斜截面抗剪最不利的位置處；在澆筑完的空心板指定位置安裝混凝土應變計；采用分級的方法進行加載試驗，每一級加載后，對應變數據進行測試，同時對梁體進行檢查，看有無裂縫出現。

3.2.2 布設測點

在對斜截面進行抗剪承載力試驗時，可將鋼筋應力測點布設在中板和邊板的箍筋上，每1 片空心板的腹板兩側分別布設5 個測點，1 個測點為三向應變計，其余4 個測點均為單向應變計。

3.2.3 加載與控制

抗剪承載力試驗通過千斤頂以單點的方式施加荷載，壓力傳感器安裝在千斤頂上，這樣能夠對加載力的數值進行準確控制，加載過程如圖1 所示。

在該工程中，抗剪承載力試驗的加載和卸載分20 級進行，試驗前應當進行預加載，其作用是使試件能夠快速進入正常的工作狀態。同時，要對加載設備及儀表進行檢查，看是否正常。

3.2.3 試驗結果

每級加載對邊板兩側的腹板進行應變測試，三向應變計換算為主應力值。邊板的內外側腹板控制斷面上的測點加載應變實測值，與理論值基本一致，由此表明，邊板加載時，應變分布正常。當實測值比理論值小時，說明邊板的抗剪強度良好；腹板主應力實測值與理論值之間的比值為0.50～0.80，可認為主應力方向與理論計算一致；在每級加載后，對結構外觀進行檢測，并未發現明顯的裂縫和結構承載力不足的情況。

中板的內外側腹板控制斷面測點加載應變實測值與理論值基本一致，加載過程中應變分布正常。中板的其他試驗檢測結果與邊板相同，在此不進行贅述。

3.2.4 成果應用

通過抗剪承載力試驗得出如下結論：在對邊板和中板進行加載的過程中，應變分布呈現為規律且正常的狀態，同時，應變實測值小于理論值，表明結構的強度比較好；當加載達到限值時，結構并未出現承載力不足的情況，由此可以判斷中板與邊板滿足設計抗剪承載力極限狀態的要求。上述試驗成果可為橋梁施工提供指導依據。

3.3 抗彎承載力試驗

3.3.1 試驗內容

在綁扎空心板鋼筋骨架的過程中，對鋼筋應變計進行埋設；當試驗檢測用的空心板混凝土澆筑完畢后，將表面應變計安裝在指定的位置，采用分級的方式施加荷載，并對每級荷載施加后的應變數據進行測試，同時，對梁體進行檢查，看有無明顯的裂縫，寬度是否發生了變化。

3.3.2 布設測點

為了對橋梁跨中斷面的應力分布狀況及應力與荷載之間的關系進行考察，將應力監測點布設在試驗梁的跨中斷面處，底面的應變測點布設在底板最底層的鋼筋上。腹板和頂板的應變測點布設在混凝土表面。單片空心板上布設3 個鋼筋應力測點和10 個混凝土應變測點；在對抗彎承載力進行試驗的過程中，觀測控制截面的撓度變化，將撓度測點布設在梁體的四分點處，測試儀器為電子位移計，測點的布設情況分別如圖2～圖4 所示；在試驗全過程中，觀測空心板的裂縫情況，以此作為判定結構承載力的依據，測試采用目測與裂縫測寬儀聯合的方法。

3.3.3 加載與控制

使用千斤頂在橋梁跨中斷面上進行單點加載，并將壓力傳感器安裝在千斤頂上，準確地控制加載力值。加載和卸載共分為26 級進行，加載過程參考抗剪承載力。

3.3.4 試驗結果

在每級加載過程中，測試邊板底面鋼筋的拉應變和邊板頂面混凝土的壓應變，分析應變與荷載之間的關系。由施壓結果可知，鋼筋與混凝土的應變趨勢全部處于正常狀態，其中鋼筋和混凝土的應變最大值分別為2 203 με和-831 με，二者均小于材料本身的極限應變，加載時對外觀進行檢測，無明顯的裂縫；隨著荷載的不斷增加，邊板的撓度未發生異常變化，卸載后，跨中殘余的撓度值為2.07 mm，說明結構的剛度比較好。當增加至最大荷載時，邊跨的最大撓度達到57.94 mm。

在每級加載過程中，對中板底面鋼筋的拉應變和頂面混凝土的壓應變進行測試，試驗結果如下：中板鋼筋與混凝土的應變變化趨勢全部為正常狀態，其中鋼筋和混凝土的應變最大值分別為1 872 με 和-981 με，都比材質本身的極限應變小。加載時外觀未出現裂縫，說明承載力符合要求。

圖2 中板鋼筋應力測點布設示意圖

圖3 邊板鋼筋應力測點布設示意圖

圖4 撓度測點的布設示意圖

4 結論

綜上所述，在高速公路橋梁工程建設中，應當對相關的試驗檢測技術進行合理運用，通過試驗所得的成果，對橋梁施工過程進行指導，從而保證橋梁的整體質量。未來一段時期，要加大試驗檢測技術的研究力度，除了對現有的技術進行改進，還應該開發一些新的技術，更好地為橋梁建設服務。