高速公路箱梁靜載試驗檢測方法

程 龍

中鐵十六局集團第五工程有限公司

1 引言

近年來，國內(nèi)經(jīng)濟快速發(fā)展，公路項目建設(shè)行業(yè)隨之得到發(fā)展。評估公路工程質(zhì)量最直觀的方法是在施工后開展靜載荷試驗，并利用監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，為以后的使用打下基礎(chǔ)。本文主要從靜載荷試驗的目的入手，分析總結(jié)試驗項目、監(jiān)測方案和技術(shù)，并結(jié)合實例探討公路箱梁的靜載荷試驗結(jié)果，以期為實際工程提供參考。

2 高速公路箱梁靜載試驗?zāi)康?/h2>

（1）科學(xué)客觀地評估高速公路橋梁結(jié)構(gòu)的完整性和功能性，用以確定工程質(zhì)量是否達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

（2）測試高速公路箱梁結(jié)構(gòu)的強度、剛度與抗裂性，方便項目建成后的項目質(zhì)量核收。

（3）檢驗橋梁在負載情況下的各種數(shù)據(jù)，例如應(yīng)力、扭矩以及彎矩等，以保證工程的質(zhì)量和安全[1]。

（4）研究橋梁的彎矩、扭矩、應(yīng)力、應(yīng)變，了解橋梁在高負載下的狀況。

（5）運用測試得到的信息以及數(shù)據(jù)制作高速公路項目資料檔案。

3 高速公路箱梁靜載試驗檢測項目

檢驗高速公路箱梁一般需要檢測兩項內(nèi)容，即應(yīng)變檢測與撓度檢測。在箱梁的靜載測試中，檢驗人員依照工程的實際情況與特點，合理布置測試項目，以保證在不破壞工程質(zhì)量的情況下測試箱梁的應(yīng)變與撓度。具體測試內(nèi)容如下。

（1）應(yīng)變檢測。高速公路箱梁截面應(yīng)變通常選取金屬材料，在測試中檢測箱梁對截面應(yīng)變控制的分布規(guī)律以及截面的承重能力，具體分為兩方面，即偏載荷載作用下與中心荷載作用下箱梁控制截面的最大靜應(yīng)變。

（2）撓度檢測。相比于應(yīng)變檢測，高速公路箱梁的撓度檢測較為復(fù)雜。在撓度檢測中，測試點通常選取箱梁的表面，一般情況下，檢測人員會沿著橋梁的走向，選取邊跨、中跨和次邊跨位置作為檢測位點，在每個箱梁截面上安排兩個以上的檢測點，采取百分表法，再利用全站儀檢測與記錄箱梁的撓度數(shù)據(jù)，重點勘測箱梁的縱向撓度變化。撓度檢測的內(nèi)容也分為兩類：一類是偏載荷載作用下的箱梁截面的最大撓度，另一類則是中心荷載作用下的箱梁截面最大撓度。

4 高速公路箱梁靜載試驗檢測方案與技術(shù)

4.1 檢測方案

選擇合理點位的橋孔，制定科學(xué)的方案對所選擇的橋孔檢測，并對檢測到的一系列數(shù)據(jù)開展運算以及研究，在開始檢測前做好以下準(zhǔn)備。

（1）制定詳細完整的檢測方案，并依照方案對受測車輛的質(zhì)量實施測量，記錄并保存好每臺車輛的重量，以便于接下來的研究；清理高速公路箱梁并畫出測試點位，方便后續(xù)的檢測工作。

（2）按照測試方案的規(guī)定，處理每個檢測點以及檢測空位，做好檢測位點的打磨與清理工作，對應(yīng)變片給予貼片處理，并做好后期維護，防止位點因受潮而影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時，在每一個檢測區(qū)安裝溫度補償應(yīng)變裝置，保證這些區(qū)域的溫度處于相對恒定的狀態(tài)，減少檢測變量對檢測結(jié)果的不利影響。

（3）合理安裝檢測裝置與傳感裝置間的導(dǎo)線，并將必要的儀器與計算機連接調(diào)試，然后認真觀察檢測裝置的各項零件工作情況，確保裝置線路通暢，各儀器運行良好[2]。

（4）在檢驗工程實施前需要進行預(yù)加載，確定應(yīng)變片與百分表的完整性，檢查檢測裝置是否可以正常工作，一切準(zhǔn)備就緒后工作人員根據(jù)之前制定的方案進行檢驗。

4.2 荷載試驗

（1）荷載檢測時，無論高速公路處于何種工況，當(dāng)負載車輛按照規(guī)定抵達相應(yīng)位置時，車輛發(fā)動機至少停止工作五分鐘，檢驗人員在此階段定時記錄汽車的各項數(shù)值變化；汽車完成測試卸除負載時關(guān)閉發(fā)動機至少十分鐘，確保車輛結(jié)構(gòu)及性能復(fù)原。

（2）在任何一種工程狀況下開展分級負載檢驗，按照同一車道車輛數(shù)目遞增和每次分3級加載方式開展。

（3）每次檢驗進行兩組以上的相同測試，減少因試驗次數(shù)不足造成的數(shù)據(jù)偶然性。

5 實例分析

5.1 實例概況

德陽中江至遂寧高速公路是四川省規(guī)劃建設(shè)的“16.8.8”網(wǎng)中的18條聯(lián)絡(luò)線之一、綿陽至遂寧高速（綿陽-中江-遂寧）的后半部分，連接了京昆（G5）、滬蓉（G42）和成渝環(huán)線（G93）三條國家高速公路。對進一步改善區(qū)域交通狀況、提高公路運輸能力、構(gòu)建西部綜合交通樞紐、完善區(qū)域高速公路路網(wǎng)起著至關(guān)重要的作用。

四川省綿陽、德陽、遂寧是《成渝城市群發(fā)展規(guī)劃》的核心發(fā)展區(qū)域，位于“成都平原城市群”上，是成渝經(jīng)濟區(qū)大力發(fā)展的區(qū)域性中心城市。本項目的建設(shè)對加強中心城市德陽與遂寧之間的橫向聯(lián)系、促進沿線區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展和扶貧建設(shè)、帶動區(qū)域經(jīng)濟、改善投資環(huán)境都具有重要而深遠的意義。

德陽中江至遂寧高速公路TJ-05標(biāo)段路線全長14.222km，設(shè)計速度為100km∕h。TJ-05標(biāo)段起訖樁號為K121+952.5～K136+175，位于三臺縣和射洪市境內(nèi)。TJ-05標(biāo)段部分工程數(shù)量如見表1。

表1 TJ-05標(biāo)段部分工程數(shù)量表

5.2 靜載試驗檢測方法

高速公路箱梁靜載試驗需要按照規(guī)定的程序展開工作，認真測量與分析各項數(shù)據(jù)，并對所得的一切數(shù)據(jù)進行科學(xué)嚴謹?shù)挠懻摗＿x擇基本負荷測試，負荷效率控制在0.8～1.0。

（1）加載車輛。高速公路箱梁靜載測試通常選用300kN的三軸車輛。

（2）加載工況與順序。載荷條件包括跨橋?qū)ΨQ載荷、偏心載荷等。為了準(zhǔn)確獲得載荷試驗曲線和結(jié)構(gòu)位移曲線，靜態(tài)試驗載荷是分階段載荷、逐漸增大到最大載荷，然后逐漸減小零負載。

（3）測點布置及測量方法。依照測試需要安排測試位點并注意位點裂縫的狀況。①箱梁應(yīng)變測點布置。在11跨跨中、15跨支點處的箱梁頂板、底板處設(shè)應(yīng)變計裝置，定期觀察裂縫。距15#支點斷面箱梁內(nèi)側(cè)腹板安裝弓形應(yīng)變計和直角應(yīng)變花，并采取IMP技術(shù)收集數(shù)據(jù)；②箱梁豎向撓曲變形。在箱梁的各支點處安排測試位點，使用水準(zhǔn)儀觀察其縱向位移，得到縱向撓曲變形的精密數(shù)據(jù)。提前在11#跨中箱梁內(nèi)橫向裂縫與豎向裂縫之間安置應(yīng)變計，用以觀測箱梁應(yīng)力情況。

5.3 靜載試驗檢測結(jié)果

靜載測試按照上文所提到的方法設(shè)置測試位點，強化檢測，得到準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)信息，專業(yè)人員依照這些信息對工程進行研究。

（1）靜載試驗荷載效率。靜載試驗的加載效率即試驗得到的加載效率和計劃加載效率的比值，加載效率與試驗所得加載效率見表2。從表2發(fā)現(xiàn)，本次測試的加載效率值為0.88～1.02，符合標(biāo)準(zhǔn)，證明了檢驗加載效率可以反應(yīng)設(shè)計加載。

表2 靜載試驗荷載效率

（2）撓度。檢驗10#、11#、12#下行幅與上行幅的撓度，測量得出數(shù)據(jù)，11跨的上、下行幅最大撓度為43mm、42mm，撓度系數(shù)為0.59、0.56，撓跨之間的比值分別為1∕2505、1∕2612，均在規(guī)定范圍內(nèi)，證明高速公路橋梁質(zhì)量與結(jié)構(gòu)設(shè)計符合規(guī)定。

（3）應(yīng)變。在11跨的跨中斷面測試中發(fā)現(xiàn)應(yīng)變值的變化規(guī)律，并且得出應(yīng)變校驗系數(shù)范圍在0.24～0.89。腹板與底板的檢測系數(shù)偏高，說明這兩處的受力較大。同時發(fā)現(xiàn)橫向偏載情況下的箱梁應(yīng)變值差值較小，由此可知箱梁支點處的剛性較強、應(yīng)力較小。并且，測試還分析研究了測點，最終得出應(yīng)變規(guī)律：應(yīng)變能力與負載有關(guān)，橋梁結(jié)構(gòu)屬于彈性結(jié)構(gòu)。

5.4 靜載試驗檢測結(jié)論

（1）檢驗加載效率可以反應(yīng)設(shè)計加載。本次靜載試驗所得到的加載效率為0.88≤η≤1.02，證明了檢驗加載效率可以反應(yīng)設(shè)計加載。

（2）高速公路箱梁靜載測試證明工程中的橋梁項目符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。測試中，荷載處于滿載狀態(tài)下，11跨下行撓度為42mm，撓跨間比值為1∕2612；上行幅撓度為43mm，撓跨間比值為1∕2505，小于標(biāo)準(zhǔn)的1∕6000，證明剛度符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，工程項目可以正常運行使用。

（3）靜載試驗檢測說明橋梁安全質(zhì)量達標(biāo)。本次試驗中，撓度校驗系數(shù)0.59、0.56，在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)校驗系數(shù)較低，荷載效率符合規(guī)定，表明橋梁結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量達標(biāo)。

（4）箱梁的靜載試驗證明橋梁裂縫并不會減弱橋梁整體結(jié)構(gòu)的承重情況。在開展試驗前期，橋梁的橋體有部分細小的裂縫，在測試過程中采取了相應(yīng)的措施來監(jiān)測裂紋的活動并觀察裂紋的形狀。測試和觀察表明，橋梁結(jié)構(gòu)中的裂縫是不活動的，并且不影響橋梁工程結(jié)構(gòu)的承載能力。

6 結(jié)束語

為了了解橋梁的質(zhì)量和運行條件，有必要采取相應(yīng)的方法，嚴格按照要求進行靜載荷試驗。橋梁箱梁的靜載荷試驗表明，該結(jié)構(gòu)在設(shè)計載荷作用下處于彈性狀態(tài)，撓度、變形和裂縫均未出現(xiàn)異常，橋梁性能良好，工作狀態(tài)良好，安全可靠，足以正常操作和使用。作為施工人員，必須嚴格按照要求進行靜載荷測試和檢查，做好數(shù)據(jù)研究和分析，客觀評估橋梁工程的質(zhì)量，對發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量缺陷及時采取維修措施，使橋梁項目的運作和功能更好。