橋梁養護、檢測、加固一體化技術分析

鄧國瑞

（天津濱海旅游區基礎設施建設有限公司，天津30000）

1 引言

交通運輸支撐著社會經濟的發展，其安全運行意義重大，而橋梁工程是交通體系的重要組成部分，一旦發生質量問題可能會引發嚴重后果。從未來我國交通運輸行業的發展情況來看，隨著車輛數量的不斷增加，橋梁所承受的負荷也相應增加，對橋梁自身的性能提出了更高的要求。為實現橋梁的平穩運行，需要做好橋梁的日常維護，而橋梁養護、檢測、加固一體化技術的出現充分滿足了這一要求，值得關注。

2 橋梁健康檢測系統與養護、檢測、加固一體化

2.1 橋梁健康檢測系統研究

橋梁健康檢測系統是在現代化信息技術的基礎上發展而來的一種科學管理系統，能夠完成對橋梁工程狀況的在線評估，具有可視化管理、養護管理、移動巡查、健康監測管理與安全評估等諸多功能，性能強大。與傳統的橋梁健康管理模式相比，橋梁健康檢測系統具有數據采集與信息傳輸能力，依托橋梁實時傳感裝置間歇性采集的相關數據，并通過4G、5G等技術將橋梁數據資料傳送至管理部門，可以方便相關人員掌握橋梁的狀態并做出調整。

2.2 橋梁養護、檢測、加固的一體化技術分析

2.2.1 檢測內容

在橋梁的健康檢測中，應確保工作人員了解橋梁的基本信息，在信息系統的支持下應完成以下幾方面的檢測：

1）表觀損傷檢測。表觀損傷是指橋梁肉眼可見的損傷情況，需要從橋面系、上部結構、下部結構以及支座4個層面進行表觀損傷的評估。

2）材質狀況檢測。表觀檢測只是了解橋梁表面問題，而針對其中更深層次的故障缺陷，需要評估材質狀況，如混凝土強度變化、混凝土內部結構、鋼筋銹蝕情況以及鋼筋保護層的厚度等。

3）承載力檢測。目前，橋梁所承擔的交通荷載問題逐漸嚴重，應通過信息系統時刻關注橋梁整體承載力的變化情況，并配合動載試驗、靜載試驗等方法評估橋梁的整體狀況。

2.2.2 養護檢測內容

1）混凝土的強度檢測。即工作人員在現場采用超聲回彈法，分別對橋墩與梁部等位置的混凝土強度情況進行評估，每個測區分別設置16個回彈點，并均勻分布在檢測范圍內，回彈點之間的靜距離控制在20 mm以上，確保同一構件測區內監測點的數量大于10個。得出混凝土檢測結果出現后，可以直接被橋梁健康檢測系統識別，系統可以通過對比檢測結果判斷混凝土的強度情況[1]。

2）鋼筋位置與混凝土保護層檢測。對該內容的檢測主要采用電磁法，當探頭形成一個電磁場后，可以對某一范圍內的鋼筋狀況進行評估，若鋼筋位于磁場內，會導致磁力線改變而影響磁場強度。在檢測中，電磁法與橋梁健康檢測系統連接，工作人員通過向系統中輸入橋梁的設計信息，可以直觀地觀察保護層的鋼筋位置與保護層狀況，評估橋梁狀態。

3）混凝土內部結構檢測。采用超聲波檢測的方法。利用超聲波在物體中傳播的速度變化來判斷有無缺陷，例如，通過該方法能夠對橋墩等部分做檢測探查有無混凝土裂縫等。

4）橋梁的靜載試驗。該方法主要是利用載重車搭配沙袋等進行加載，然后根據加載的檢測結果繪制荷載-形變曲線圖，根據曲線圖的數據變化判斷橋梁的擾度以及索力等數據[2]。

5）橋梁動載試驗。選擇高靈敏度的動力測試系統，對地脈動、風荷載與水流等偶然荷載所造成的微小變形進行檢測，獲得振型、自振頻率等關鍵數據。

2.2.3 橋梁加固

橋梁加固是強化橋梁整體結構性能的關鍵，結合橋梁健康檢測系統探查的結果，可以根據橋梁實際情況選擇加固工藝。

1）粘貼鋼板加固法

該方法的關鍵是在橋梁混凝土結構的薄弱位置或者受拉區域邊緣等，采用環氧樹脂粘貼鋼板進行加固，使鋼板與橋梁結構之間形成一個受體力，可以強化橋梁結構的抗剪力與剛度，解決傳統工藝下存在的混凝土應力不均勻的問題，是提高橋梁承載力與耐久性的有效措施[3]。該工藝示意圖如圖1所示，其中，帶狀鋼板的設置方向與主拉應力方向平行（與剪切縫方向垂直），跨縫位置布設上下平行的水平錨固板，達到了強化結構穩定性的目的。

圖1 粘貼鋼板加固法的基本工藝

在技術應用中，相關人員應對鋼板錨固長度計算進行計算，本研究以為鋼板加固點外錨固黏結長度，其計算公式為：

式中，ta為粘貼鋼板的厚度；fay為被粘貼混凝土抗剪強度設計值；fav為加固鋼板的抗拉強度設計值。

2）粘貼碳纖維加固法

該方法主要是通過黏結劑在混凝土構件表面上粘貼黏結增強復合材料，隨著負載的增加，碳纖維增強復合材料能夠與混凝土形成共同受力體，最終達到強化結構剛度的目的。在加固過程中，該方法的施工工藝流程為：施工前的準備工作→混凝土表面處理→清洗基面→配置底層樹脂并涂刷→找平材料并整平→配置浸漬樹脂并涂刷→粘貼碳纖維→罩面防護處理。

根據現有工程項目的施工經驗，在采用粘貼碳纖維加固法期間，需要根據碳纖維布的標準再結合特定的算法確定鋼筋數量，其中的關系式如公式（2）所示。

式中，Acf為碳纖維布的使用量；f為鋼筋設計抗拉強度；As為抵抗彎矩不足時需要增加的鋼筋面積；fcf為碳纖維布的抗拉設計值。

3 工程實例分析

本文以某橋梁巡查項目為研究對象，通過在線監管系統對橋梁狀態進行檢測，通過記錄橋梁的表觀狀態、材質狀況等完成對橋梁的綜合評價。

3.1 工程項目簡介

某橋梁共31跨，其中，東引橋4跨，結構為預應力通知空心板，孔跨布置為4×16 m；主橋13跨，為變截面預應力連續箱梁，孔跨布置為53.2 m＋6×90 m＋53.2 m＋5×50 m；包括西引橋14跨，為預應力簡支空心板結構，孔跨布置為14×16 m。

通過對橋梁的進行檢測，得到檢測結果為：（1）從橋面系及其附屬結構來看，相鄰兩橋墩的伸縮縫的齒板松動，橋梁的瀝青鋪裝層局部不平整。（2）對上部結構的檢查結果發現，主橋箱梁邊跨發現明顯的滲水析白、露筋與空洞情況；主橋箱梁部分通風孔附近的混凝土剝落；箱梁體外預應力鋼束的部分保護套破損；箱梁內橫隔板處發現麻面、蜂窩以及露筋情況。

在對鋼筋保護層做無損檢測后，結合JTG/T J21—2011《公路橋梁承載能力檢測評定規程》的相關內容，對案例橋梁進行檢測，根據對案例橋梁的檢測后發現，1#跨箱梁底板的鋼筋保護層的實測值變化相對平穩，而2#跨箱梁底板的保護層實測值卻發現數值波動較為明顯，提示此處鋼筋保護層存在質量缺陷。

而對混凝土強度檢測后，詳細的檢測結果見表1。

表1 混凝土強度檢測結果

3.2 橋梁加固的實現方法

3.2.1 最不利位置的選擇

按照一體化的技術要求，結合對橋梁的勘察結果，根據有限元模型選擇最不利荷載，對橋梁的荷載變化做局部分析，其中，車輛荷載選擇規范重車后軸，每個輪重70 kN，與地面接觸面積為0.12 m2（0.6 m×0.2 m），經橋梁健康檢測系統對比最不利加載工況，車輛荷載作用下識別橋梁頂板應力變化。這樣在最不利工況下，加固前梁端底板位置的最大拉應力達到了2.63 MPa。

3.2.2 加固機理

采用粘貼碳纖維加固法的方法，按照最不利位置的選擇方法控制碳纖維板控制分布間距情況，再分別比較不同張拉力下底板應力的變化情況。結合案例橋梁的勘察結果，在最不利荷載工況下，將碳纖維板按照60 cm的間距進行布置，當張拉力達到60 kN時，加固后底板混凝土的橫向正應力達到了1.3 MPa；而當張拉力達到90 kN時，底板混凝土最大橫向正應力達到了0.64 MPa；而張拉力達到140 kN，加固混凝土板的橫向正應力為-0.29 MPa。

3.2.3 效果評估

根據橋梁局部模型仿真結果，在考慮底板預應力張拉情況，通過最不利荷載條件下的應力云變化，根據連續梁底板橫向拉應力與縱向預應力張拉所產生的劈裂應力之間存在相關性，在橋梁管理中，預應力荷載作用在梁體上，導致梁體底板出現少量擾度，所以，在加固中施加橫向預應力加固的方法是科學的。

從案例橋梁的實際情況來看，通過橋梁養護、檢測、加固一體化技術能夠正確識別橋梁的狀態，并通過粘貼碳纖維加固法的方法，顯著改善橋梁底部混凝土應力狀態，消除橋梁底部裂縫，維持整個橋梁結構穩定，是一種科學的技術手段。同時，從養護、檢測、加固一體化技術的應用情況來看，該技術的出現減少了橋梁施工過程中的管理鏈條，能夠從橋梁工程項目的全局入手，保證了工程質量，并發揮組合資源的優勢，經系統識別結果直接指導橋梁加固過程，提高管理能力。

4 結語

橋梁養護、檢測、加固一體化技術的出現可以顯著提升橋梁性能，在信息技術的支持下可以評估橋梁狀態，實現資源整合，具有良好的社會價值與經濟價值。本文所選擇的案例橋梁在橋梁養護、檢測、加固一體化技術下可以消除潛在質量風險問題，具有技術先進性，值得推廣。