探討改擴(kuò)建公路既有空心板橋的質(zhì)量檢測評(píng)估

冉建鋒

（貴州路橋集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

高速公路改擴(kuò)建橋梁工程項(xiàng)目，原橋梁結(jié)構(gòu)能否繼續(xù)使用，直接決定著工程整體的質(zhì)量和造價(jià)。采用科學(xué)有效的技術(shù)手段對(duì)既有橋梁實(shí)施質(zhì)量檢測評(píng)估，確定其承載能力能否滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，進(jìn)而確定橋梁是完全拆除還是加固使用，以有效落實(shí)我國的資源節(jié)約、節(jié)能環(huán)保的相關(guān)政策[1-3]。建立健全橋梁檢測評(píng)估技術(shù)理論和系統(tǒng)，能有效幫助專業(yè)技術(shù)人員科學(xué)高效地對(duì)橋梁承載性能實(shí)施評(píng)估，進(jìn)而準(zhǔn)確判定改擴(kuò)建工程原橋梁是否采取補(bǔ)強(qiáng)加固處理[4]。

1 既有橋梁適用的檢測評(píng)估方法

改擴(kuò)建橋梁評(píng)估應(yīng)根據(jù)工程具體狀況，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性、可行性、實(shí)用性等各個(gè)方面實(shí)施全方位評(píng)估，并制定合理化方案，而大多數(shù)工程主要是站在養(yǎng)護(hù)部門的角度，制定了一系列養(yǎng)護(hù)措施。

（1）經(jīng)綜合比較，并結(jié)合具體檢測手段分析，總結(jié)出了各種檢測評(píng)估方式的適用性，具體情況如表1所示。

表1 評(píng)估方法適用性統(tǒng)計(jì)

（2）根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求，既有橋梁檢測和評(píng)估的根本任務(wù)是確定橋梁技術(shù)性能及承載性能，能否達(dá)到新規(guī)范規(guī)定的荷載要求及如何有效實(shí)施檢測評(píng)估兩方面內(nèi)容[5-6]。既有空心板極限承載力評(píng)定流程如圖1所示。

圖1 既有空心板極限承載力評(píng)定流程

2 質(zhì)量檢測評(píng)估方法的應(yīng)用

2.1 整體技術(shù)性能評(píng)價(jià)

某高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目涉及橋梁大部分為跨度較小的中、小橋結(jié)構(gòu)，其80%左右的橋梁跨徑處于5～16 m范圍內(nèi)。結(jié)合橋梁外觀檢測相關(guān)數(shù)據(jù)信息，對(duì)所有橋梁的相關(guān)技術(shù)性能實(shí)施綜合評(píng)估，并劃分具體等級(jí)。

實(shí)施科學(xué)檢測和承載性能評(píng)估，全面了解橋梁運(yùn)營狀態(tài)，并依據(jù)檢測數(shù)據(jù)確定改擴(kuò)建具體方案。改擴(kuò)建范圍內(nèi)空心板一類橋占比3%，二類橋占比55%，三類橋占比42%。

2.2 現(xiàn)場荷載試驗(yàn)

經(jīng)實(shí)地走訪和調(diào)查，結(jié)合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求，確定對(duì)跨徑為6 m、8 m、10 m、13 m和16 m的橋梁實(shí)施現(xiàn)場承載力試驗(yàn)。

（1）橋梁靜載試驗(yàn)。采用兩種加載工況：1）工況1：荷載（中載）布置在跨中正彎矩最不利部位；2）工況2：荷載（偏載）布置在跨中正彎矩最不利部位。

（2）加載方式。通過一次性到位的方式，將荷載增加到設(shè)計(jì)值，然后采用逐級(jí)減小荷載的方式，將其逐步降低至零[7]。

（3）應(yīng)變檢測斷面為跨徑最大內(nèi)力結(jié)構(gòu)面，位于跨中部位，16 m空心板增大l/4截面及支點(diǎn)截面（圖2）；撓度檢測點(diǎn)設(shè)置原則為最大程度反映主要斷面撓度值及整跨變形狀況。具體測量情況如圖3～5所示。

圖2 跨度16 m混凝土空心板在跨中正彎矩最不利位置加載工況及車輪布設(shè)(單位：cm）

圖3 各種跨度條件下梁板橫向分布系數(shù)實(shí)測值和計(jì)算值比較

圖5 各種跨徑條件下單板荷載試驗(yàn)與現(xiàn)場試驗(yàn)跨中彎矩—混凝土應(yīng)變比較

（4）通過圖3能夠看出：所有橋梁荷載橫向分布系數(shù)實(shí)際測量值和理論值之間的變化趨勢(shì)大致相同，充分證明各橋梁之間的橫向連接性能穩(wěn)定，大致符合設(shè)計(jì)假設(shè)；通過圖4、5能夠看出：現(xiàn)場實(shí)際測得的跨中撓度值全部低于單板試驗(yàn)數(shù)據(jù)，充分證明橋梁整體性能良好。

圖4 各種跨徑條件下單板荷載試驗(yàn)與現(xiàn)場試驗(yàn)跨中彎矩—位移比較

2.3 試驗(yàn)室承載力試驗(yàn)

（1）抗彎性能檢測。于跨中位置設(shè)置分配梁，通過液壓千斤頂對(duì)分配梁實(shí)施兩點(diǎn)加載[8]。

（2）抗剪性能檢測。通過液壓千斤頂分別對(duì)6 m、8 m鋼筋混凝土空心板實(shí)施兩點(diǎn)加載，對(duì)10 m、13 m、16 m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板實(shí)施單點(diǎn)加載。

（3）自由選擇3個(gè)跨度為16 m的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ進(jìn)行試驗(yàn)研究，科學(xué)分析試驗(yàn)方法和結(jié)果。通過抗彎性能試驗(yàn)，得到其跨中彎矩—位移分布狀況如圖6所示。由圖6可知，抗彎承載力實(shí)測值與計(jì)算值之比為1∶1.2，與最大彎矩組合設(shè)計(jì)值之比為1∶1.3。

圖6 16 m空心板實(shí)測跨中彎矩—位移曲線

（4）如圖7所示為16 m跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土空心實(shí)測剪力—位移曲線。通過該曲線能夠得出：1）空心板Ⅰ、Ⅱ抗剪承載力實(shí)測值與計(jì)算值之比分別為1∶1.7和1∶1.5，與最大彎矩組合設(shè)計(jì)值之比分別為1∶1.5和1∶1.3。2）通過圖7能夠看出，當(dāng)荷載增加至374 kN時(shí)，空心板Ⅲ產(chǎn)生斜裂縫，持續(xù)加載至620 kN時(shí)，空心板Ⅰ、Ⅱ產(chǎn)生斜裂縫，根據(jù)規(guī)范行車荷載計(jì)算活載剪力處于彈性工作階段，充分證明在此條件下，橋梁結(jié)構(gòu)承載性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖7 16 m空心板實(shí)測加載點(diǎn)位置剪力—位移曲線

2.4 無損檢測及材料試驗(yàn)

利用無損檢測技術(shù)，在未實(shí)施承載檢測前，對(duì)試驗(yàn)梁極限破壞前的材料性能參數(shù)實(shí)施測定。結(jié)合具體檢測數(shù)據(jù)，全面分析梁板中混凝土與鋼筋的技術(shù)狀態(tài)[9-10]；具體檢測項(xiàng)目如表2所示。

表2 無損檢測、材料試驗(yàn)內(nèi)容

3 結(jié)論

該文全面探究了現(xiàn)有橋梁檢測評(píng)估方式的科學(xué)性、合理性及適應(yīng)性，結(jié)合改擴(kuò)建橋梁制定了針對(duì)性的評(píng)估方法及指標(biāo)，通過綜合評(píng)估得出如下結(jié)論：

（1）通過空心板抗彎、抗剪性能檢測數(shù)據(jù)分析得出：1）6 m、8 m鋼筋混凝土空心板規(guī)范行車荷載狀況下，通過現(xiàn)場試驗(yàn)測得彎矩值處于空心板塑性變形加劇狀態(tài)；2）全部預(yù)應(yīng)力混凝土空心板結(jié)構(gòu)均位于彈性變形狀態(tài)；3）通過試驗(yàn)測得的抗彎、抗剪承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論值，標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算數(shù)據(jù)比較安全，綜合評(píng)估可知預(yù)應(yīng)力空心板采用補(bǔ)強(qiáng)處理方案后即可投入使用。

（2）根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果可知，對(duì)受壓部位橋面板采取增加混凝土現(xiàn)澆層處理措施能大幅度提升原橋面板承載性能，增強(qiáng)其耐久性。

（3）空心板抗彎能力低于抗剪能力，補(bǔ)強(qiáng)驗(yàn)算時(shí)，可結(jié)合正截面抗彎強(qiáng)度進(jìn)行配筋率計(jì)算。

該高速公路改擴(kuò)建工程預(yù)應(yīng)力空心板結(jié)構(gòu)，通過加鋪混凝土現(xiàn)澆層的方式實(shí)施補(bǔ)強(qiáng)處理，目前補(bǔ)強(qiáng)施工已完成，并運(yùn)營使用，其運(yùn)營狀況良好。