連續(xù)剛構(gòu)橋梁荷載試驗(yàn)檢測要點(diǎn)研究

李旭龍

（江西省交通運(yùn)輸科學(xué)研究院有限公司，江西南昌330200）

0 引言

在連續(xù)剛構(gòu)橋梁項(xiàng)目開展的過程中，橋梁荷載試驗(yàn)檢測水平的高低，在一定程度上影響著橋梁的整體穩(wěn)定性。因此，在橋梁荷載試驗(yàn)檢測工作開展階段，必須要在了解橋梁荷載檢測需求的基礎(chǔ)上，尋找出科學(xué)有效的試驗(yàn)檢測方法，從而對涉及的參數(shù)進(jìn)行核對，以提高連續(xù)剛構(gòu)橋梁工程項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)度以及建設(shè)質(zhì)量。

1 橋梁荷載檢測概述

橋梁為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，是公路工程的組成部分，所以橋梁的運(yùn)營質(zhì)量受到了人們的廣泛關(guān)注。基于此，在橋梁運(yùn)行中，必須保障安全性，應(yīng)隨時進(jìn)行橋梁運(yùn)行狀態(tài)的檢測。當(dāng)前所使用的橋梁運(yùn)行狀態(tài)檢測方式主要是橋梁靜載試驗(yàn)與動載試驗(yàn)，通過對橋梁項(xiàng)目全方位、系統(tǒng)化的檢查，獲得檢查點(diǎn)結(jié)果，從而分析橋梁受力結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，檢測時通常會選擇橋梁結(jié)構(gòu)受力最差的部分，以了解橋梁的工作狀況。檢查的結(jié)果就能夠評估橋梁是否可以達(dá)到承載性能的要求，這也是判斷橋梁質(zhì)量的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。在橋梁投入運(yùn)行之后，容易產(chǎn)生較多的外觀性病害問題，這就需要從橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部實(shí)施必要的檢測，了解是否有損傷或者缺陷等問題，只有合理地進(jìn)行檢測，提高檢測水平，才能保證數(shù)據(jù)的精度，以便針對橋梁的具體情況采取科學(xué)、合理的處理措施，切實(shí)提升橋梁的運(yùn)行效果，保障人們的生命安全。

2 橋梁荷載檢測的目的

2.1 監(jiān)控施工質(zhì)量

在一些新建設(shè)的橋梁項(xiàng)目中，容易在很多方面存在問題，比如地質(zhì)條件、水文狀況、建筑材料、工程技術(shù)等。如果不能及時有效地處理這些問題，就會導(dǎo)致一些突發(fā)事件的出現(xiàn)，所以要切實(shí)保證橋梁工程的質(zhì)量，就要隨時監(jiān)控施工質(zhì)量，以消除質(zhì)量隱患。在橋梁項(xiàng)目建設(shè)完成之后，質(zhì)量驗(yàn)收時需要進(jìn)行荷載性能的檢測，主要用來確定整體和局部的受力條件是否達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，以此來評價工程質(zhì)量，這對于提高工程水平有重要價值[1]。

2.2 估算橋梁實(shí)際承載力

某橋梁項(xiàng)目在運(yùn)營中，因?yàn)槌霈F(xiàn)風(fēng)化，在持續(xù)外力的作用下，橋梁結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重，同時由于荷載設(shè)計(jì)比較小，存在嚴(yán)重超載問題，且沒有落實(shí)必要的保養(yǎng)處理措施，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量下降明顯，安全性比較差，所以需要再次進(jìn)行荷載試驗(yàn)，以確定橋梁的損傷情況以及承載性能下降的狀況，為后續(xù)加固與維修提供良好的數(shù)據(jù)支持。

2.3 驗(yàn)證新技術(shù)

橋梁項(xiàng)目施工中，結(jié)構(gòu)、工藝、技術(shù)等都會影響其質(zhì)量水平，尤其是一些新技術(shù)、新材料以及新工藝，往往由于沒有經(jīng)過全面的驗(yàn)證，而導(dǎo)致無法滿足現(xiàn)場施工需要。基于此，應(yīng)對橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)，了解其運(yùn)行效果，分析其是否能夠達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)，為提高橋梁質(zhì)量打下基礎(chǔ)。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁試驗(yàn)檢測技術(shù)

3.1 聲波透射技術(shù)

聲波透射技術(shù)的工作原理是通過聲波信號進(jìn)行橋梁工程結(jié)構(gòu)的檢測工作，一般被應(yīng)用于橋梁樁基結(jié)構(gòu)部位的檢測中。在混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁建設(shè)施工中，應(yīng)用聲波發(fā)射并收集橋梁被穿透后的聲波，通過聲波衰減的情況就可以了解到橋梁樁基結(jié)構(gòu)的類型以及材料厚度參數(shù)，分析其內(nèi)部是否存在損壞的情況，以保證檢測人員可以及時發(fā)現(xiàn)橋梁存在的安全隱患問題，以便展開有效措施。聲波透射技術(shù)操作簡單，運(yùn)行成本也不高，所以被大量地應(yīng)用到橋梁工程領(lǐng)域，尤其是直徑較大的樁基檢測中[2]。

3.2 紅外熱成像檢測技術(shù)

紅外熱成像檢測技術(shù)目前運(yùn)用較為廣泛，主要運(yùn)用于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋荷載檢測，通過紅外線成像儀可獲得相應(yīng)的溫度圖，進(jìn)而能夠確定橋梁的具體特性和結(jié)構(gòu)特性。以材料特點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，厚度較小的橋梁部位，溫度升高速度較快，通過紅外線成像儀可以進(jìn)行快速檢測，且在圖像中標(biāo)記出來，工作人員便能夠快速發(fā)現(xiàn)和確定位置。同時，紅外熱成像檢測技術(shù)還能夠進(jìn)行橋梁缺陷部位的確定。

3.3 無線電監(jiān)測技術(shù)

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛結(jié)構(gòu)橋梁工程包含的細(xì)節(jié)比較多，施工的復(fù)雜性也比較高，在正常的運(yùn)行中，極易受到很多因素的干擾和影響，威脅其安全性和穩(wěn)定性，例如會導(dǎo)致橋梁表面發(fā)生裂縫，給橋梁結(jié)構(gòu)的承載性能和美觀性帶來不利影響。應(yīng)用無線電監(jiān)測技術(shù)，可以快速確定裂縫位置，因?yàn)樵搮^(qū)域內(nèi)應(yīng)力波特點(diǎn)比較明顯，因而能及時發(fā)現(xiàn)應(yīng)力變化的具體情況，分析裂縫狀況，及時采取必要的處理和應(yīng)對措施，消除安全隱患[3]。

3.4 感應(yīng)檢測技術(shù)

在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛結(jié)構(gòu)的檢測環(huán)節(jié)，應(yīng)用傳感器進(jìn)行檢測是一種重要的方式。比如，為了能夠檢測預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁在車輛運(yùn)行的條件下出現(xiàn)翼墻偏移的情況，需在其下部翼墻位置上安裝傳感器，檢測其位移參數(shù)信息及各項(xiàng)檢測參數(shù)，以確保車輛通行條件下振幅相同，并確定該振幅不會給橋梁的運(yùn)行帶來任何影響。同時，受預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁荷載持續(xù)作用的影響，鋼筋結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)振動或者彎曲的問題，如果荷載超出設(shè)計(jì)要求，還容易出現(xiàn)鋼筋折斷的問題。要想有效消除這些問題，需要使用加速器對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁的鋼筋進(jìn)行應(yīng)力波檢測，以確定具體的鋼筋運(yùn)行情況，從而明確維修方案[4]。

4 工程概況

某橋梁工程全長975m，該橋梁工程于2007年建設(shè)完畢并通車運(yùn)營，橋梁結(jié)構(gòu)為連續(xù)剛構(gòu)橋梁。由于該橋梁運(yùn)營時間比較久，考慮到橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，經(jīng)相關(guān)單位商議后決定對其荷載進(jìn)行測試。

4.1 靜載試驗(yàn)

4.1.1 主梁承載力試驗(yàn)檢測

橋梁承載力參數(shù)，主要從以下幾方面的數(shù)據(jù)出發(fā)進(jìn)行計(jì)算：一是對各段主梁結(jié)構(gòu)在不同加載條件下的彎矩進(jìn)行計(jì)算；二是試驗(yàn)荷載效率系數(shù)0.96～1.18，彎矩最大時對應(yīng)的效率系數(shù)為1.18，可以達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范性的要求；三是經(jīng)過檢測位移參數(shù)之后，撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.621～1.280，表示該橋梁不能承受20t 的車輛通行，也就是通行荷載不足15t。

4.1.2 應(yīng)力應(yīng)變檢測

檢測應(yīng)力應(yīng)變參數(shù)時，應(yīng)用的是電阻應(yīng)變片以及數(shù)據(jù)實(shí)時采集系統(tǒng)，針對該橋梁底10、11 跨的邊側(cè)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，總計(jì)布置了5 個檢測點(diǎn)。以應(yīng)力應(yīng)變檢測結(jié)果作為分析對象，跨中應(yīng)變最大值超出設(shè)計(jì)參數(shù)，表示該橋梁的承載能力并不能滿足基本荷載的要求。

4.1.3 綜合評定

經(jīng)過對該橋的情況進(jìn)行分析后，做出如下評價：該橋?qū)嶋H荷載已經(jīng)無法滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行存在隱患；橋梁處于超載運(yùn)營狀態(tài)，橋身結(jié)構(gòu)受到不同程度影響，損壞嚴(yán)重。

4.2 動載試驗(yàn)

4.2.1 跑車、跳車試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)匯總

跑車工況下，使用激光撓度儀以及INV 動態(tài)測試儀檢測各個工況條件下，主橋25m 跨2L/3（L 為跨徑）截面位置撓度以及位移量是否會因速度升高而增大。

4.2.2 剎車試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)匯總

將車輛行駛速度調(diào)整為20km/h，在主橋25m 跨2L/3 截面處立即剎車，檢測其振動參數(shù)值，測定為0.349。

4.2.3 橋梁結(jié)構(gòu)阻尼比計(jì)算公式：

式（1）中：Dr為橋梁工程測點(diǎn)位置的阻尼比；m為橋梁工程在振動衰減曲線上的波形數(shù)；Ai和Ai+m分別為在振動衰減曲線上量取的第i個和第i+m個波形的幅值。

4.3 橋梁結(jié)構(gòu)自振特性檢測

該橋梁檢測之后發(fā)現(xiàn)，其自振特性是經(jīng)過橋梁各個階段的振動頻率以及振型反映出來的。所以，進(jìn)行橋梁的自振特性檢測的作用就是檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)論參數(shù)，從而做好橋梁結(jié)構(gòu)的評價與分析[5]。

4.4 荷載試驗(yàn)

經(jīng)過靜載試驗(yàn)進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的靜載作用力檢測，確定了該橋梁在試驗(yàn)荷載之下的結(jié)構(gòu)特性，從而就可以明確承載力參數(shù)。試驗(yàn)主要通過應(yīng)力測試、位移測試以及裂縫寬度檢測等方式進(jìn)行，按照最終的數(shù)據(jù)結(jié)果，抽檢受橋梁荷載影響下的彈性恢復(fù)能力，發(fā)現(xiàn)其彈性恢復(fù)能力比較好，但是斜向截面的裂縫出現(xiàn)了問題，由此帶來的影響較為嚴(yán)重。

5 連續(xù)剛構(gòu)橋梁荷載試驗(yàn)結(jié)果的評定方法

5.1 連續(xù)剛構(gòu)橋梁靜載試驗(yàn)及其結(jié)果的分析和評估

針對該試驗(yàn)得出的結(jié)果，可以進(jìn)行如下分析：一是實(shí)際測量參數(shù)值和規(guī)范參數(shù)值的對比分析；二是實(shí)際測量值與理論參數(shù)的對比分析。前者體現(xiàn)出橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)行情況，后者則反映出橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能和狀態(tài)。但無論是哪種方式，都要以靜載試驗(yàn)作為支撐才能完成，通過分析、了解試驗(yàn)的結(jié)論和數(shù)據(jù)信息，掌握數(shù)據(jù)變化規(guī)律，從而對連續(xù)剛構(gòu)橋梁的運(yùn)行狀況進(jìn)行綜合評價，為橋梁的加固與維修提供基礎(chǔ)條件。需要注意的是，在進(jìn)行橋梁靜載試驗(yàn)以及結(jié)果分析的過程中，要考慮到相關(guān)參數(shù)的具體變化，如果獲取的參數(shù)值達(dá)不到要求，就需要進(jìn)行二次試驗(yàn)，以保證數(shù)據(jù)具備一定的科學(xué)性。

5.2 連續(xù)剛構(gòu)橋梁動載試驗(yàn)及其結(jié)果的分析和評估

對連續(xù)剛構(gòu)橋梁進(jìn)行動載試驗(yàn)的目的，是從橋梁的多動性出發(fā)，從橋梁運(yùn)行情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其阻尼系數(shù)、頻率、板型等方面所產(chǎn)生的變化。剛構(gòu)橋梁的動載試驗(yàn)環(huán)節(jié)，需要經(jīng)過一個曲線變化的過程，試驗(yàn)人員需要收集和整理整個變化過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，然后結(jié)合具體的情況分析數(shù)據(jù)信息，并從實(shí)際情況出發(fā)，對橋梁的動載試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析與判斷。最后，按照各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)來評價剛構(gòu)橋梁的總體性能，如果發(fā)現(xiàn)獲取的數(shù)據(jù)信息無法滿足要求，應(yīng)及時采取必要的應(yīng)對措施，以保證橋梁項(xiàng)目的運(yùn)行達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。

6 影響橋梁荷載的主要因素

6.1 鋼筋銹蝕和裂縫

一方面是鋼筋銹蝕。混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋是橋梁的重要承載結(jié)構(gòu)，一旦發(fā)生銹蝕，就會對混凝土結(jié)構(gòu)部件產(chǎn)生很大的影響，出現(xiàn)如截面積減小、混凝土與鋼筋咬合力減小、結(jié)構(gòu)部分出現(xiàn)縱向開裂等問題，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載性能下降；另一方面是裂縫問題。混凝土橋梁一旦發(fā)生裂縫，會嚴(yán)重?fù)p壞橋梁結(jié)構(gòu)，進(jìn)而發(fā)生非結(jié)構(gòu)裂縫或結(jié)構(gòu)裂縫。非結(jié)構(gòu)裂縫是當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)無法達(dá)到規(guī)定要求或者外部因素?zé)o法滿足要求的情況下發(fā)生的裂縫問題，具體表現(xiàn)為橋梁整體結(jié)構(gòu)承載性能降低。而結(jié)構(gòu)裂縫則是外部荷載作用下產(chǎn)生的裂縫。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受到外部作用力時，就會發(fā)生裂縫問題。因此，根據(jù)裂縫就可以判斷出是何種破壞形式。

6.2 結(jié)構(gòu)完整性和混凝土施工質(zhì)量

一方面是整體性因素。橋梁在長期運(yùn)行中，有些結(jié)構(gòu)部件出現(xiàn)了不同程度的損傷，使得原本設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)無法保持良好的運(yùn)行效果，致使橋梁的整體性能下降，局部損傷比較嚴(yán)重的，還會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)承載性能降低；另一方面是混凝土的質(zhì)量問題。在具體的施工中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部如果存在密實(shí)度差或質(zhì)量問題，使得混凝土結(jié)構(gòu)受外部作用力的侵害和影響而被侵蝕，就會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)風(fēng)化、鋼筋銹蝕、碳化等問題，給結(jié)構(gòu)強(qiáng)度帶來負(fù)面影響，同時也會出現(xiàn)橋梁承載力不足的問題。

6.3 變形和環(huán)境因素

如果發(fā)現(xiàn)限值超出荷載標(biāo)準(zhǔn)而發(fā)生結(jié)構(gòu)累積變形的問題，也會給橋梁荷載造成影響；另外是環(huán)境帶來的影響。在橋梁運(yùn)營中，比較常見的融雪鹽、溫度、積水排出不暢、溫度變化等問題，都會對混凝土結(jié)構(gòu)造成影響，進(jìn)而損害橋梁承載力，需要做出改進(jìn)和調(diào)整。

6.4 試驗(yàn)檢測行為及管理的影響

技術(shù)人員選擇合適的檢測技術(shù)，才能提高管理效果，有效提升施工規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化水平，保證結(jié)構(gòu)利用更具合理性。此外，還要做好檢測，制定完善的規(guī)范和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，保證檢測的質(zhì)量和效果。因?yàn)椴煌┕がF(xiàn)場存在一定的差異，如果檢測人員沒有及時做好儀器設(shè)備的檢定與校準(zhǔn)，就會給采樣標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范帶來不利影響，給整體工作帶來負(fù)面影響。

7 結(jié)語

通過分析橋梁技術(shù)狀態(tài)的檢測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該橋梁為D 級狀態(tài)。進(jìn)行該項(xiàng)目的檢測后，對于該橋梁提出如下建議：橋梁原設(shè)計(jì)荷載根本不能滿足當(dāng)前的交通通行和車輛荷載要求，在橋梁大修時，應(yīng)進(jìn)行上部板梁的更換處理，提升荷載等級，以達(dá)到交通運(yùn)行的要求；應(yīng)對橋梁鋼筋銹蝕部分進(jìn)行處理，并在表面施加保護(hù)層結(jié)構(gòu)；發(fā)現(xiàn)存在混凝土剝落的墩柱與改良結(jié)構(gòu)，應(yīng)將表層混凝土清理干凈，然后進(jìn)行植筋施工，并采取外包混凝土加固處理，以達(dá)到結(jié)構(gòu)總體性能的要求；經(jīng)過加固維修處理后的橋梁，限載通行，應(yīng)進(jìn)一步落實(shí)日常維護(hù)與管理工作。