橋梁檢測及加固技術的研究與應用

穆寶磊

(湖北交投智能檢測股份有限公司，湖北 武漢 430050)

0 前 言

經濟建設保持高速發展態勢下，我國交通事業同樣迎來重大發展機遇。橋梁工程如雨后春筍般快速興建，使交通壓力得以有效緩解，為人們出行與交通運輸等提供可靠保障。不過，橋梁運行管理期間，由于外部環境等因素如結構疲勞、荷載變化與溫度情況等所形成的耦合作用影響，使橋梁較易出現相應的損壞問題。鑒于此，對橋梁工程開展科學檢測并采取合理加固處理顯得尤為重要，可充分保證橋梁具有良好的質量和性能，為橋梁安全穩定運行提供可靠保障，以此促進交通事業良好發展。

1 橋梁主要病害

第一，基于結構使用狀態為主，由于荷載所產生的作用影響，在橋梁主體結構中受拉區較易出現開裂情況，鋼筋應力表現出明顯變化，結構使用狀態因此受到影響，不過，梁結構受拉區沒有出現破損情況，結構極限強度沒有出現明顯降低；第二，基于結構受力極限狀態為主，由于荷載所產生的作用影響，梁結構主要受拉區并未表現出開裂或是全新裂紋，但是梁結構可能出現相應的斷筋情況，以致于解耦股極限強度出現明顯減小；第三，以外界自然作用為主，對混凝土橋梁產生相應的影響，以致于發生老化、漏筋與剝落等情況。

2 橋梁檢測與損傷評價方法

針對橋梁檢測有關內容方面，因橋梁位置以及結構形式、材料等表現出的差異也存在相應的變化，常規檢測主要涵蓋以下內容：第一，表觀檢查，以結構裂縫與橋梁構造集合尺寸以及附屬病害等為主，對此作出科學檢查和準確測量，通過定量形式，對橋梁結構狀況作出全面真實反映；第二，材料檢測，是有關結構無損或是微損檢測，針對鋼筋混凝土結構即對混凝土、鋼筋開展的科學檢測；第三，基于橋梁結構試驗，以此對橋梁結構物工作狀態做出科學測試。

針對橋梁損傷評價方法如下：①以理論計算分析為主，以此完成科學評估；②基于有關規范標準，對橋梁缺陷問題以及病害情況，作出系統綜合評價，并對此作出等級劃分；③基于現場荷載試驗，以此科學精準評定。

3 橋梁加固原則

針對橋梁加固處理，標準原則如下：①對應力相對較低的結構作出替換，采用全新結構形式；②對結構受力體系作出合理改變，確保原結構受力能夠得以有效減少；③對結構截面積做出合理增加，促使結構所具有的強度以及剛度能夠得以有效提高；④加固方案的科學制定，需充分滿足科學可行、成本較低、加固效果顯著等嚴格標準。

4 橋梁檢測技術

4.1 無線電檢測技術

橋梁工程運行期間，外部荷載作用存在持續性特點，且沖擊存在非周期性特點。車輛荷載明顯過高的情況下，可能引起結構出現損傷，因此出現裂縫等問題。同時，若荷載持續作用與不斷增加，裂縫問題則會愈發嚴重，并對整體結構造成嚴重影響。針對無線電監測技術，通過對裂縫形成的應力波進行有效收集與科學分析，對裂縫病害具體位置做出精準明確，并基于應力波強弱程度，對裂縫大小做出準確判斷，以此通過合理可行的加固措施做出妥善處理。技術工作原理是借助傳感器設備在橋梁結構合理位置完成布設安裝，由檢測人員通過設備儀器，完成信號收集與傳輸，并基于無線波作出科學分析判斷。

4.2 沖擊波檢測技術

針對橋梁工程，采取科學檢測顯得尤為關鍵。檢測期間，應充分保證結構質量、性能等不會受到嚴重。所以，可對沖擊波檢測技術加以合理運用。針對此項技術，應用流程如下：如果結構內部形成裂縫，則會發生相應的脈沖波，通過信號接收設備，及時獲取信號并作出科學分析判斷。若橋梁存在中空現象，則代表存在相應的問題。技術應用期間，主要以單點測量形式為主，涉及到全面測量，所耗費時間相對較久，檢測效率無法得到充分保證。

4.3 回彈檢測法

回彈檢測法是基于彈性物質回彈性以及表面硬度相關原理對橋梁完成科學檢測。應用此方法需對如下方面予以重點關注：第一，對測區做出合理選擇，應用此方法對混凝土結構開展檢測期間，檢測面應當保證平整且干凈。一般構件的測區數需保證超過10個；相鄰測區，間距控制<2 m，同構件端部或是施工縫邊緣的實際間距控制為0.2～0.5 m；測區位置選擇應以水平面為主，且范圍控制為<0.04 m2。第二，回彈儀檢測期間，測區范圍內各測點應當保證分布合理且均勻，相鄰測點凈距控制>20 mm；測點同預埋件與外部鋼筋，實際間距控制>30 mm。各測點彈擊1次，各回彈值數量共計16個，數值精確到1。第三，測量碳化深度期間，需保證所測位置干凈，可使用酚酞酒精溶液對孔洞內部邊緣采取有效處理，保證碳化界線清晰，以此完成準確測量。

5 橋梁加固技術

5.1 外部粘鋼加固法

此方法通過化學粘結劑，以鋼板為材料，在混凝土構件表面完成有效粘貼，確保可以形成整體并共同受力，使結構所具有的承載力與剛度、延性等能夠得到顯著提高，達到正常使用的嚴格標準。

5.2 預應力加固法

此方法通過鋼拉桿施加預應力完成有效加固處理，可確保承載力、抗裂性以及剛度等得到顯著提高，且所占空間相對較小。預應力拉桿與撐桿的加固形式，有關預應力拉桿加固以受彎構件應用為主，梁身屬于錨固體，以預應力扎拉形式對梁受拉區域施加外力，避免裂縫問題頻發，使裂縫寬度有效減小。有關預應力撐桿加固，以軸心受壓墩柱應用為主，具體加固應用期間，應用并不多。

5.3 加大截面加固法

此方法被稱為外包混凝加固法，通過對混凝土結構物原有界面面積以及配筋的合理增加完成有效加固。此加固方法對橋梁下部結構有著相應的標準，需暴增以承受自重并提供較高承載力。一般而言，通過增加主梁梁肋寬度或是增加橋面厚度完成加固處理。

5.4 粘貼FRP加固法

此方法通過纖維復合材料的合理使用，需具備較高強度或是彈性模量，通過粘貼或是浸漬樹脂膠，在混凝土構件表面位置，對材料完成有效粘貼，確保可以形成整體并共同受力。當前，在橋梁加固期間，所使用的材料多以碳纖維為主。

6 工程實例

某橋梁長度達到1 800 m，正橋長度達到1 200 m，南、北岸引橋長度分別達到250、350 m。基層到橋面位置，高度達85 m，下層為雙線橋，寬度20 m，上層為公路橋，寬度24 m，設計雙排四車道，寬度達到18 m，兩側人行道寬度設計為3 m。橋身主體為三聯連續橋梁，設計有8墩9孔，孔寬度設計為128 m。橋梁運行使用時間相對較長，橋面位置存在明顯的破損情況，需采取必要的科學檢測及加固，保證橋梁質量與性能，為橋梁安全運行提供可靠保障。

6.1 橋梁檢測

首先，開展實地勘探，對橋梁具體情況做到充分了解掌握，并對有關圖紙等資料進行仔細收集整理，同有關部門保持緊密聯系，對橋梁建設期間所存在的問題以及質量隱患等進行詳細咨詢了解，基于理論層面對橋梁使用性能與質量情況等做到全面準確掌握。其次，通過回彈儀設備，以混凝土強度為基礎，對此采取科學的無損檢驗，基于有關標準規程，結合推定公式，獲取各構件所對應的具體混凝土強度。同時，通過鋼筋混凝土檢測儀設備，以混凝土保護層厚度為基礎，對此采取科學準確檢測。對混凝土碳化深度開展科學檢測，需位于混凝土表面位置，使用酚酞酒精溶液完成均勻涂抹，對所表現出的顏色變化進行仔細觀察，顏色表現出以紅色為主，則代表混凝土并未被碳化，而顏色表現出無色則代表混凝土被碳化。碳化抽查情況見表1。

最后，對部分橋梁開展科學的靜載試驗，以標準設計荷載或是等效荷載，在橋梁結構指定位置對荷載進行有效施加，對有關橋梁結構表現出的變形與應變采取科學準確的檢測，以此對結構所具有的承載能力是否達到設計嚴格標準做出科學準確判斷。

表1 混凝土梁抽查碳化情況統計表

6.2 橋梁加固措施

通過碳纖維布混合材料為主，對橋梁采取合理加固處理，粘結方向具體涵蓋U型與側面，如圖1所示。

圖1 粘結方式

6.2.1 碳纖維布加固承載力計算

對梁主體結構采取加固處理期間，有關斜截面部分需采取受剪承載力計算，公式為：

Vb≤Vbrc+Vbcf

(1)

(2)

(3)

式中，Vb代表梁剪力設計值；Vbrc代表沒有經過加固處理的梁受剪承載；Vbcf代表碳纖維片材所承受的剪力；εcfv代表碳纖維片材所具有的極限拉應變；φ代表碳纖維片受剪加固形式系數；λb代表梁截面剪跨比；ncf代表碳纖維片材粘貼層數；hcf代表側面粘貼碳纖維片材高度；Scf代表碳纖維片材條帶凈間距；tcf代表單層碳纖維片材厚度；ωcf代表碳纖維片材條帶寬度。

6.2.2 碳纖維布加固施工工藝

碳纖維布加固措施所涉及的施工工藝如下。

1)施工準備階段，對現場情況采取全面仔細勘察，保證材料與設備等準備充足。

2)混凝土表面，采取合理處理，通過磨機設備對表層存在的劣化層采取徹底清除、吹凈之后，保證堅實表面清晰外露；對存在脹裂與鋼筋銹蝕以及松散的松散等位置采取徹底鑿除，對銹蝕鋼筋采取合理處理，通過環氧樹脂采取有效防腐處理，通過環氧砂漿完成整平操作，確保構件表面能夠保持良好的美觀度與平整度；通過角磨機設備對存在凸起的轉角等位置采取仔細磨平處理并完成倒角處理，確保打磨光滑。

3)配制涂刷地層樹脂，涂刷期間保證均勻且薄厚適中，鋼筋部分與凹凸等位置采取反復涂刷，厚度標準需控制<1 mm，待膠體表面快速干燥且達到指觸干燥標準，則可開展后續施工。

4)樹脂涂刷完成之后，間隔時間控制0.5～1.0 h，待基層氣泡全部消失，對存在高差位置通過相應的材料完成補平操作，并對混凝土表面采取仔細清理，保證干凈且干燥。

5)粘貼碳纖維片材，基于設計標準尺寸對碳纖維布完成精準裁剪，盡可能避免出現搭接情況，如果涉及到搭接情況，以纖維方向為主，纖維布實際搭接長度應當基于設計標準或保證超過100 mm；對浸漬膠完成合理調制，在粘貼位置完成均勻涂抹，膠的厚度需保證達到設計標準，搭接與拐角等位置需采取重復涂抹；對碳纖維布進行合理粘貼，通過滾筒工具沿纖維方向采取反復滾壓操作，保證內部氣泡全部有效擠出。同時，通過浸漬樹脂對碳纖維布材料完成有效浸透，滾壓操作期間避免對碳纖維布材料造成破壞損傷。

6)表面防護與養護，位于最外層即碳纖維外表面位置，選用耐候保護涂料完成均勻涂刷，施工結束之后需自然養護保持24 h，且避免外力沖擊對此產生不利影響，同時，需采取相應的保護措施，避免出現污染或是雨水侵蝕等。

6.3 加固效果監控

加固施工結束，需對加固效果采取嚴格仔細監控，同時，對整體使用性能，采取科學系統的總結評價。具體如下。

1)以橋臺沉降和跨中撓度為主，借助相應的測量工具對此采取科學檢測，通過選點布位測量，并對測量結構采取及時整理，以測量值為基礎，對加固處理之后的橋梁發生的變形情況展開系統綜合分析，以此對加固處理之后的橋梁所具有的承載能力有無顯著提高做出科學準確判斷。

2)以路面狀況為主，對此采取仔細重點觀察，尤其是大型運輸車輛在橋面正常通行的情況下，對橋梁表面位置有無新形成裂紋采取仔細觀察，對噴射混凝土有無大片剝落仔細觀察，并重點檢查加固構件各部件的穩定牢固。

7 結 語

橋梁屬于交通運輸的關鍵樞紐，對經濟建設發揮著重要影響作用。當前，由于多方面因素共同作用影響，使橋梁出現各類損傷，所以，橋梁檢測及加固技術的科學應用顯得尤為關鍵，有關人員務必對此保持高度重視，并對橋梁檢測及加固技術展開深入科學研究，促使檢測及加固技術能夠得以切實有效提高，保證橋梁質量性能，以此促進交通事業良好發展。

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