在役城市高架橋下部結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)與評(píng)估

鄒大晴ZOU Da-qing；趙衛(wèi)華ZHAO Wei-hua；段云生DUAN Yun-sheng；呂少輝LV Shao-hui

（云南交投集團(tuán)投資有限公司，昆明 650000）

0 引言

橋梁的檢測是保證橋梁正常運(yùn)營的重要措施，對(duì)橋梁的檢測評(píng)估是第一步，也是評(píng)估的重要方面之一。橋梁下部結(jié)構(gòu)屬于重要的承重結(jié)構(gòu)，有必要對(duì)其展開定期的專項(xiàng)檢測評(píng)定，可以為橋梁的安全運(yùn)營監(jiān)測提供可靠的依據(jù)，確保道路運(yùn)營安全。

1 工程概況

某城市高架橋自1988 年建成到現(xiàn)在通車已20 余年，全線現(xiàn)有主線橋和匝道橋328 跨，長6.534km。上部結(jié)構(gòu)有16.0m、16.76m、20.0m、20.4m、25.0m、25.4m、30m、45m、63m等幾種跨徑。空心板有16.0m、16.76m、20.0m、20.4m、25.0m、25.4m、30m 七種跨徑形式，均為預(yù)制拼裝法施工，簡支結(jié)構(gòu)。現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁有45m、63m 兩種跨徑形式。單幅橋面凈寬11.7m+2×0.5m 防護(hù)欄，正橋主線全寬26.5m，分左右兩幅，六車道。橋下凈空除民航路平交處為4.5m 外，其余均大于5.0m。上部結(jié)構(gòu)為預(yù)制拼裝法施工，簡支結(jié)構(gòu)，橋下結(jié)構(gòu)橋梁基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，橋墩蓋梁屬于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，橋墩獨(dú)柱獨(dú)樁。橋面板和蓋梁混凝土為C40 標(biāo)號(hào)，墩柱混凝土為C30 號(hào)標(biāo)號(hào)，樁基混凝土為C20 標(biāo)號(hào)。預(yù)應(yīng)力鋼絞線至今為φ15.24 鋼絞線，其抗拉極限強(qiáng)度1860MPa，彈性模量1.95×105MPa。橋面鋪裝采用為6cm水泥混凝土+4cm 厚瀝青混凝土結(jié)構(gòu)。

橋梁運(yùn)營多年后，橋梁下部結(jié)構(gòu)存在的主要問題是蓋梁擋塊開裂、破損、露筋，蓋梁裂縫。對(duì)比之前檢查發(fā)現(xiàn)有12 跨底板出現(xiàn)新增裂縫，50 跨腹板出現(xiàn)新增裂縫，原有裂縫延伸及變寬，為確定橋梁的安全運(yùn)營狀況，需要對(duì)橋梁的承載力及狀態(tài)進(jìn)行評(píng)定，為橋梁的安全運(yùn)營提供監(jiān)測依據(jù)，確保橋梁的安全運(yùn)營。本次檢測橋跨起點(diǎn)樁號(hào)K0+486.395，終點(diǎn)樁號(hào)K6+678.995。

2 檢測內(nèi)容

該高架橋的下部結(jié)構(gòu)一共有291 個(gè)橋墩蓋梁，其中雙柱墩有283 個(gè)、四駐墩有8 個(gè)。該高架橋橋面的設(shè)計(jì)通行速度為60km/h，地面輔路設(shè)計(jì)通行速度為40km/h。橋下為雙向六車道，有機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道和人行道。橋梁設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1，地震動(dòng)峰值加速度0.2g，抗震設(shè)防烈度為8 度。

本次下部結(jié)構(gòu)專項(xiàng)檢測內(nèi)容包括：①外觀檢測；②混凝土強(qiáng)度、鋼筋保護(hù)層厚度、鋼筋銹蝕、蓋梁內(nèi)部混凝土缺陷等無損檢測；③結(jié)構(gòu)檢算。下部結(jié)構(gòu)（橋墩、蓋梁，不含地基與樁基）橋梁部件技術(shù)狀況評(píng)定。

通過選取部分較為嚴(yán)重的橋跨進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)檢測，根據(jù)病害嚴(yán)重程度、發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)橋梁的技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)定，制定后期階段安全監(jiān)測專項(xiàng)方案，并開展后期安全監(jiān)測工作。

2.1 外觀檢測

下部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力蓋梁，外觀檢測內(nèi)容如下：

2.1.1 墩身

橋梁墩起著聯(lián)系橋梁上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間的紐帶作用，起著將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞給基礎(chǔ)的基礎(chǔ)功能，加上車輛的通行等外在客觀因素使得橋墩出現(xiàn)損壞的風(fēng)險(xiǎn)增大，因此需要對(duì)橋墩進(jìn)行重點(diǎn)檢測。橋墩的外觀檢測是易于表現(xiàn)便于檢測的，因此對(duì)橋墩的檢測以目測為主，對(duì)于出現(xiàn)比較嚴(yán)重的病害需要著重進(jìn)行檢查分析，特別嚴(yán)重的還需要采取一定的安全防護(hù)措施。

2.1.2 蓋梁

墩蓋梁的外觀檢測內(nèi)容為：損壞，裂縫，裂縫，空隙，孔等。重點(diǎn)是檢查覆蓋梁中的混凝土裂縫。蓋梁外觀通常監(jiān)測方法為目測法，由于城市高架橋是在不中斷交通及和有些地方人員無法進(jìn)行人工檢測情況下進(jìn)行，因此借助無人機(jī)等相關(guān)檢測設(shè)備進(jìn)行輔助檢測。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)橋墩、蓋梁、基礎(chǔ)上有裂縫等缺陷后，對(duì)發(fā)現(xiàn)的缺陷畫出缺陷示意圖，找到其相關(guān)位置，并在顯眼處做好標(biāo)注；若發(fā)現(xiàn)橋墩蓋梁上存在明顯裂縫等病害，還需要對(duì)病害情況進(jìn)行深入檢測，包括檢測裂縫長度、寬度和深度，對(duì)病害嚴(yán)重地方畫出裂縫分布圖，拍好照片做好記錄。對(duì)裂縫的深度檢測可以采用超聲法，該方法不會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷，其探測示意見圖1 所示。

圖1 裂縫超聲波探傷檢測示意圖

裂縫按照嚴(yán)重的程度分類可以分為，結(jié)構(gòu)裂縫和非結(jié)構(gòu)裂縫兩大類。對(duì)于裂縫檢測主要是能判斷裂縫的種類，根據(jù)裂縫產(chǎn)生的原因、長度、寬度以及判斷是否會(huì)隨著時(shí)間的增長而增加對(duì)裂縫進(jìn)行定性。裂縫是橋梁的檢測的重要項(xiàng)目，裂縫的產(chǎn)生的原因是復(fù)雜的，也是結(jié)構(gòu)狀態(tài)的外在表現(xiàn)，因此對(duì)于裂縫的檢測應(yīng)該作為重點(diǎn)，對(duì)裂縫的準(zhǔn)確檢測可以更好更準(zhǔn)確的對(duì)橋梁技術(shù)狀態(tài)。

2.2 無損檢測

2.2.1 混凝土強(qiáng)度檢測

混凝土是橋梁的主要材料之一，對(duì)混凝土強(qiáng)度評(píng)定可以采用回彈法無損檢測。通過對(duì)測得區(qū)域的混凝土強(qiáng)度值后，需要進(jìn)行換算，最終得到測試區(qū)段混凝土強(qiáng)度平均值。采用回彈法測試混凝土強(qiáng)度時(shí)需要測試區(qū)域16 個(gè)回彈值，從中剔除3 個(gè)最大值和3 個(gè)最小值，然后取剩下的10個(gè)回彈值平均值作為測區(qū)平均回彈值。對(duì)采集的各區(qū)強(qiáng)度數(shù)據(jù)由下式進(jìn)行換算可得：

2.2.2 鋼筋保護(hù)層厚度檢測

鋼筋保護(hù)層的厚度檢測主要是采用電磁感應(yīng)法進(jìn)行測試，檢測內(nèi)容主要包括鋼筋的位置和鋼筋保護(hù)層厚度的測量。對(duì)橋梁資料不齊全的還需要對(duì)鋼筋的直徑進(jìn)行預(yù)估，在非結(jié)構(gòu)受力部位進(jìn)行局破損后進(jìn)行校驗(yàn)。通過得到測得鋼筋保護(hù)層厚度值與設(shè)計(jì)值的比值后依據(jù)鋼筋保護(hù)層厚度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)表得到鋼筋保護(hù)層的評(píng)定標(biāo)度。

2.2.3 橋梁混凝土碳化狀況及檢測評(píng)定

碳化深度檢查通過用濃度為1%酚酞酒精溶液滴在測區(qū)表面后，量測觀察已碳化和未碳化界面到混凝土表面的垂直距離，即為混凝土碳化的深度值。混凝土碳化評(píng)定狀況依據(jù)測區(qū)混凝土碳化的深度平均值與測區(qū)混凝土的混凝土平均保護(hù)層厚度比值進(jìn)行評(píng)定。評(píng)定值狀況與混凝土碳化評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行對(duì)比可得。

2.2.4 鋼筋銹蝕檢測

檢測鋼筋銹蝕的情況，根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)半電池電勢原理，用鋼筋銹蝕檢測儀進(jìn)行測量得到穩(wěn)定的電位水平，進(jìn)而判斷鋼筋的狀況，進(jìn)行評(píng)定。

2.2.5 蓋梁內(nèi)部混凝土缺陷檢測

采用定位法進(jìn)行測試混凝土內(nèi)部空洞和不密實(shí)區(qū)的位置和范圍，定位測試示意圖和原理圖分別如圖2、圖3所示。

圖2 定位測試示意圖

圖3 測試原理示意圖

2.3 結(jié)構(gòu)核算

本項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)核算采用橋梁計(jì)算程序MIDAS/CIVIL對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)建模，根據(jù)橋梁外觀檢測及無損結(jié)果，確定各項(xiàng)參數(shù)的折減系數(shù)后進(jìn)行檢算，由于篇幅有限選取代表性的四柱墩91#橋墩和雙柱墩92#橋墩作為分析對(duì)象，其有限元計(jì)算模型圖見圖4、圖5 所示。

圖4 91# 橋墩計(jì)算模型三維圖

圖5 92# 橋墩計(jì)算模型三維圖

根據(jù)建立模型后對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算分析得到橋梁極限狀態(tài)承載力值，在與鋼筋混凝土橋梁承載力極限狀態(tài)公式求得的值進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而對(duì)橋梁的承載力狀況進(jìn)行評(píng)定。考慮到交通繁忙和重載車輛較多的橋梁，橋梁結(jié)構(gòu)局部的病害，汽車荷載效應(yīng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)營荷載狀況對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行修正。

2.4 技術(shù)狀況評(píng)定

依據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21-2011）規(guī)范，按照以下5 個(gè)步驟對(duì)橋梁技術(shù)狀況進(jìn)行評(píng)分。

①對(duì)橋梁構(gòu)件的技術(shù)評(píng)分；

②對(duì)橋梁部件的技術(shù)狀況評(píng)分；

③對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況評(píng)分；

④評(píng)定部件分類及權(quán)重值；

⑤對(duì)橋梁技術(shù)狀況單項(xiàng)控制指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定。

做好以上工作后，最后進(jìn)行綜合評(píng)定橋梁的技術(shù)狀況，可以判定得到橋梁為第幾類橋。

3 檢測結(jié)果及技術(shù)狀況評(píng)定

3.1 檢測結(jié)果

①外觀檢查結(jié)果：下部結(jié)構(gòu)主要是橋墩、蓋梁表面結(jié)構(gòu)破損，擋塊開裂，局部漏筋，裂縫等病害，有四個(gè)蓋梁局部出現(xiàn)斜向的結(jié)構(gòu)裂縫。其中縫寬≥0.15mm 的裂縫共計(jì)5 條2.8m，縫寬＜0.15mm 的裂縫共計(jì)3 條2m；墩柱破損、脹裂面積6.95m2；露筋銹蝕11.3m。

②無損檢測結(jié)果：

1）材質(zhì)強(qiáng)度檢測結(jié)果：橋墩、蓋梁混凝土推定強(qiáng)度勻質(zhì)系數(shù)均大于0.95，平均強(qiáng)度勻質(zhì)系數(shù)均大于1.00，評(píng)定標(biāo)度為“1”，說明強(qiáng)度狀況良好。

2）混凝土碳化狀況檢測結(jié)果：

測區(qū)蓋梁混凝土碳化深度值與鋼筋混凝土保護(hù)層厚度平均值的比值均小于0.5，評(píng)定標(biāo)度為“1”，判定混凝土碳化程度較輕。

3）鋼筋保護(hù)層厚度測試結(jié)果：

測區(qū)鋼筋保護(hù)層厚度在48.6mm~59.8mm 之間，設(shè)計(jì)值為4mm，測試值Dne 與設(shè)計(jì)值Dnd 的比值均大于0.95，判定標(biāo)度為1，表明鋼筋保護(hù)層厚度對(duì)鋼筋耐久性不明顯。

4）鋼筋銹蝕電位檢測結(jié)果：

蓋梁的銹蝕電位值都在0~-200mV 之間，可以判定標(biāo)度為2，表明銹蝕活動(dòng)不顯著。針對(duì)裂縫寬度大于或等于0.20mm 的13 個(gè)蓋梁進(jìn)行了混凝土電阻率檢測，電阻率分布在15～20kΩ·cm 區(qū)間，可以判定銹蝕速率為“慢”。5）蓋梁內(nèi)部混凝土缺陷檢測結(jié)果：

對(duì)缺陷的蓋梁混凝土進(jìn)行檢測，表明大部分的測區(qū)的聲速、波幅沒有異常的情況，有個(gè)別的地方存在異常點(diǎn)，但異常點(diǎn)個(gè)數(shù)只有1 處，說明蓋梁混凝土內(nèi)部缺陷整體性較好。

③結(jié)構(gòu)核算結(jié)果。

通過有限元軟件對(duì)蓋梁跨中最大正彎矩、墩頂最大負(fù)彎矩、墩頂最大剪力進(jìn)行承載能力檢算，與理論計(jì)算式進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果一致，都在設(shè)計(jì)荷載等級(jí)要求范圍內(nèi)，滿足結(jié)構(gòu)承載力要求，表明結(jié)構(gòu)處于安全、穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 技術(shù)狀況評(píng)定

針對(duì)檢測范圍內(nèi)的橋墩進(jìn)行綜合分析，評(píng)定為2 類的占比為91.4%，評(píng)定為3 類的占比為8.6%。

4 建議及總結(jié)

4.1 建議

對(duì)于下部結(jié)構(gòu)蓋梁裂縫：對(duì)于寬度小于0.15mm 裂縫，采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行封閉，對(duì)于大于0.15mm 的裂縫，采用“壁可法”進(jìn)行處理；對(duì)于局部刮痕、破損的采用采用環(huán)氧混凝土進(jìn)行修補(bǔ)；對(duì)于出現(xiàn)斜向結(jié)構(gòu)裂縫的蓋梁進(jìn)行加固處理。

4.2 總結(jié)

本次檢測是保障該高架橋提升改造工程順利進(jìn)行的重要組成部分。橋梁技術(shù)狀況專項(xiàng)檢測是了解施工前墩、帽梁結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)，掌握橋梁缺陷的性質(zhì)、部位、嚴(yán)重程度和發(fā)展趨勢，綜合評(píng)定所檢橋梁及各部件當(dāng)前的技術(shù)狀況，檢測結(jié)果作為施工初始狀態(tài)資料的基礎(chǔ)，是橋梁養(yǎng)護(hù)、維修、加固及后期運(yùn)營安全監(jiān)測的技術(shù)依據(jù)。

在現(xiàn)狀交通條件下，針對(duì)結(jié)構(gòu)病害進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)預(yù)警，為相關(guān)單位及時(shí)決策提供依據(jù)，是保障居民通行安全的重要手段，對(duì)結(jié)構(gòu)運(yùn)營安全具有重要的民生意義。

通過掌握橋梁缺陷的和發(fā)展趨勢，綜合評(píng)定所檢橋梁及各部件當(dāng)前的技術(shù)狀況，為橋梁施工提供初始狀態(tài)基礎(chǔ)資料，為橋梁養(yǎng)護(hù)、維修、加固及后期運(yùn)營安全監(jiān)測的提供依據(jù)。