橋梁支座檢測方法研究

張偉亮

山東省公路橋梁檢測中心有限公司 山東 東營 257100

引言

橋梁是目前道路交通等中常見的基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)，在道路交通項目數(shù)量快速增長的背景下，橋梁設(shè)施的數(shù)量也越來越多。橋梁支座是保證橋梁安全可靠使用的基礎(chǔ)，在延長橋梁的使用時間和功能上具有重要的作用。本文主要對橋梁支座的檢測方法進(jìn)行研究，主要闡述了橋梁支座機(jī)構(gòu)檢測的主要工作內(nèi)容，針對橋梁支座容易出現(xiàn)的問題，分析了目前常見的檢測方法，旨在通過做好橋梁支座監(jiān)測工作，避免橋梁支座對橋梁質(zhì)量帶來影響，為實現(xiàn)橋梁的安全和交通運行做出積極保障。

1 橋梁支座檢測概述

1.1 橋梁支座

在橋梁項目建設(shè)中，支座是項目的基礎(chǔ)工程，具有承上啟下的作用，能將橋梁上部的結(jié)構(gòu)載荷傳遞到橋梁的下部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，保證橋梁的上部結(jié)構(gòu)能在承載載荷時具有設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求下的自由變形。橋梁支座的類型比較豐富，其中鋼支座、橡膠支座、抗震支座等是比較常見的支座形式。因為橋梁功能的需要，橋梁支座往往會承受巨大的載荷，在載荷作用下，支座很容易出現(xiàn)變形和損壞等問題。因此通常都會將橋梁支座設(shè)計為便于進(jìn)行更換、替換的結(jié)構(gòu)件。橋梁的功能是跨越道路、河流、建筑物等障礙，因此橋梁的跨度大、高度高。受到橋梁結(jié)構(gòu)的影響，橋梁支座的數(shù)量多而且高度通常都需要借助梯子、腳手架或者是高架車才能進(jìn)行檢測。因為橋梁投入使用后，往往通行的車輛數(shù)量多，無法進(jìn)行禁行式檢測。因此有必要對橋梁支座的檢測技術(shù)進(jìn)行研究，提高橋梁支座檢測的便捷性和有效性。

1.2 橋梁支座檢測

我國的橋梁建設(shè)能力和水平已經(jīng)進(jìn)入世界橋梁工程建設(shè)領(lǐng)域的一流程度，國內(nèi)橋梁建筑企業(yè)已經(jīng)承建了世界上長度最長、高度最高的橋梁項目，橋梁工程建設(shè)技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。在橋梁建設(shè)工程中，橋梁工程結(jié)構(gòu)中的橋梁支座檢測，事關(guān)橋梁的安全可靠使用，是非常重要的檢測內(nèi)容。我國目前橋梁的工程項目的數(shù)量多、種類多，需要針對不同橋梁結(jié)構(gòu)開展支座檢測，才能有效保證橋梁的安全使用需要。橋梁工程的支座結(jié)構(gòu)施工內(nèi)容多而較復(fù)雜，施工工藝要求比較高。對橋梁支座的檢測也提出了不同的要求。我國大力推進(jìn)橋梁等基礎(chǔ)建設(shè)。很多橋梁建設(shè)使用已經(jīng)超過20年，面臨著橋梁支座結(jié)構(gòu)老化產(chǎn)生問題的主要爆發(fā)時期，因此要加強(qiáng)對橋梁支座檢測技術(shù)的研究，制定檢測質(zhì)量高、工作效率高的技術(shù)方案，準(zhǔn)確找到橋梁支座的安全風(fēng)險，適應(yīng)橋梁檢測多樣化的需要[1]。

國內(nèi)對橋梁支座的檢測研究和橋梁建設(shè)的發(fā)展需要相適應(yīng)，注重從評定基礎(chǔ)理論和實踐檢測相結(jié)合的方向進(jìn)行探索。目前國內(nèi)通過采用各種先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)化、電子信息化和自動化技術(shù)不斷提高橋梁支座檢測的效率和質(zhì)量，推動檢測工作朝著科學(xué)化、專業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。橋梁檢測的工作內(nèi)容、檢測指標(biāo)比較多而繁雜，主要可以分為動載檢測、靜載檢測和無損檢測等類型，也可以分為長期檢測和短期檢測。針對檢測的性質(zhì)分為施工過程的檢測、橋梁完工的檢測和橋梁使用檢測、橋梁維護(hù)檢測等。橋梁支座檢測的主要內(nèi)容有，橋梁的外觀尺寸等指標(biāo)變化、變形情況，還有支座的基礎(chǔ)混凝土質(zhì)量、強(qiáng)度等情況，支座鋼筋結(jié)構(gòu)銹蝕、老化、保護(hù)層情況等，支座存在的自振頻率等內(nèi)容，針對檢測內(nèi)容和方向，需要選擇相應(yīng)的檢測技術(shù)和手段。正在運營中的橋梁支座一般還會增加載荷試驗，檢測支座的安全性和可靠性。

2 橋梁支座問題及其原因分析

2.1 橋梁支座的問題分析

橋梁支座產(chǎn)生損壞的問題表現(xiàn)主要有：一是在支座使用中，支座質(zhì)量不過關(guān)，會出現(xiàn)使用壽命縮短，容易過早損壞，無法正常工作的現(xiàn)象。這可能是支座自身的建設(shè)材料質(zhì)量不過關(guān)，支座的制作廠商生產(chǎn)工藝水平有限，導(dǎo)致支座本身存在質(zhì)量問題而出現(xiàn)使用問題。比如橡膠支座的抗壓彈性模量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為正負(fù)20%以內(nèi)，但是因為橡膠選用的材料不合格，導(dǎo)致橡膠支座會在投入使用后，因為受力不均勻，支座出現(xiàn)縱向位移，在不同壓力下出現(xiàn)變形，從而出現(xiàn)支座過早損害的情況。二是支座安裝中，因為支座安裝的對中因素影響了支座的正常使用。在支座的安裝過程中，橋梁上部結(jié)構(gòu)的支點位置必須和支座中心對中，才能保證支座很好地將上部結(jié)構(gòu)壓力很好地傳遞到橋梁的下部結(jié)構(gòu)。但受到施工現(xiàn)場環(huán)境、施工工藝水平等多種因素的影響，支座的對中比較難做到絕對對中。在設(shè)計中對支座安裝的對中要求是偏差小于5mm，板式結(jié)構(gòu)安裝時支座中心偏差可以小于10mm。如果出現(xiàn)偏差過大的情況，就會導(dǎo)致支座出現(xiàn)過早損壞。三是在支座安裝高度控制中，施工單位的專業(yè)設(shè)備精度、施工方法和施工技術(shù)等限制，導(dǎo)致橋梁建設(shè)中臺墩等結(jié)構(gòu)和設(shè)計要求出現(xiàn)一定的偏差。設(shè)計中要求臺、墩的頂面高程偏差在10mm以內(nèi)。如果支座的梁板在預(yù)制過程中參數(shù)控制、底模精度出現(xiàn)問題，就會出現(xiàn)設(shè)計支撐點之間存在一定的高差。在橋梁支座的安裝施工中，必須利用水準(zhǔn)儀等設(shè)備進(jìn)行高差的測量檢查，如果檢測設(shè)備出現(xiàn)精度不夠的情況，就會導(dǎo)致支座的頂面高程測量數(shù)據(jù)有誤差。在支座的地面設(shè)計支撐的中心位置高差無法和誤差相抵時，就會造成支座梁板的底面受力不均勻，出現(xiàn)局部受力過大而損壞的問題[2]。

2.2 橋梁支座問題的原因分析

橋梁支座產(chǎn)生的問題表現(xiàn)雖然比較雜，但究其發(fā)生的原因主要來自以下方面：一是設(shè)計缺陷導(dǎo)致。橋梁支座的設(shè)計中，如果設(shè)計人員對設(shè)計的選型和布局出現(xiàn)問題，導(dǎo)致設(shè)計中的載荷和實際運行中的載荷出現(xiàn)較大差距，支座超負(fù)荷工作，導(dǎo)致支座出現(xiàn)過早損壞。如果設(shè)計中對施工的溫度、濕度、混凝土結(jié)構(gòu)的收縮等因素考慮不全面，也會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)位移、變形等情況，減少支座正常使用時間。二是施工不足導(dǎo)致。在支座施工過程中，如果沒有嚴(yán)格執(zhí)行施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，就很容易導(dǎo)致支座無法正常有效地將橋梁上部結(jié)構(gòu)的壓力傳到下部結(jié)構(gòu)，上部橋梁結(jié)構(gòu)的作用力作用到支座上，導(dǎo)致支座出現(xiàn)位移或損壞。在施工過程中，還存在因為材料質(zhì)量不過關(guān)、施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、支座金屬結(jié)構(gòu)防腐處理不可靠、支座墊石厚度不符合要求等問題，導(dǎo)致支座難以安全可靠運行，在受力不均勻的情況下出現(xiàn)局部過早損壞。三是維護(hù)保養(yǎng)不到位導(dǎo)致。橋梁正式投入使用后，要加強(qiáng)對橋梁支座的日常維護(hù)保養(yǎng)，以幫助橋梁支座始終處于良好的工作狀態(tài)。但如果因為養(yǎng)護(hù)管理不善，導(dǎo)致支座的滑動面和滾動面因為異物雜質(zhì)等未及時清理而出現(xiàn)支座摩擦阻力增加，就會導(dǎo)致支座出現(xiàn)損壞。在橋梁使用中，如果長期處于過載運行中，也會導(dǎo)致支座的承受載荷超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)安全風(fēng)險。在橋梁的防水排水措施出現(xiàn)問題時，會導(dǎo)致支座的鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)銹蝕和松動、脫落等問題，如果不能及時進(jìn)行維護(hù)和更換，就會直接影響支座的使用壽命。四是其他因素導(dǎo)致。橋梁的橋臺、橋墩出現(xiàn)不均勻沉降或者發(fā)生傾斜時，會導(dǎo)致支座承載出現(xiàn)不均勻問題，難以正常工作。在橋梁所處環(huán)境出現(xiàn)異常變化，如溫差過大時，就會導(dǎo)致支座的混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不正常收縮，影響支座的基座穩(wěn)固[3]。

3 橋梁支座的檢測方法分析

3.1 接觸檢測方法

該技術(shù)需要對橋梁的支座主體進(jìn)行接觸式檢測，才能對支座的情況進(jìn)行評價。接觸檢測技術(shù)一般使用在橋梁的建設(shè)施工階段對支座的建設(shè)質(zhì)量進(jìn)行分析。橋梁的支座有單向活動、多向活動和固定3種方式，支座有隔震支座、橡膠板式支座等種類，支座的接觸檢測技術(shù)就是利用各種檢測方法對支座的外形尺寸，支座材料的質(zhì)量、抗壓強(qiáng)度、彈性模量、抗剪彈性模量、摩擦系數(shù)等參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量檢測，如果支座各項數(shù)據(jù)指標(biāo)都滿足設(shè)計要求就證明該支座合格，能投入正常使用。橋梁支座的混凝土結(jié)構(gòu)主要采用的是接觸檢測，利用混凝土外部應(yīng)力、彈性變形等進(jìn)檢驗數(shù)據(jù)來判斷混凝土結(jié)構(gòu)是否合格。接觸檢測技術(shù)因為會和支座的結(jié)構(gòu)表面等進(jìn)行接觸，可能會造成支座出現(xiàn)局部的損傷，在支座接觸檢測不合格的情況下，需要按照設(shè)計施工要求對支座進(jìn)行重新施工。在橋梁支座投入使用后，還要在使用過程中，采用應(yīng)力測試設(shè)備對支座結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，主要是對支座的設(shè)置合理科學(xué)的應(yīng)力測試點，利用測試數(shù)據(jù)來評價支座的結(jié)構(gòu)應(yīng)力情況，查找是否存在應(yīng)力結(jié)構(gòu)問題、承載安全風(fēng)險。目前的接觸檢測主要是由第三方的檢測機(jī)構(gòu)獨立進(jìn)行，通過提供翔實的檢測報告共橋梁建設(shè)方使用。

3.2 非接觸式檢測方法

非接觸式檢測因為不需要對支座造成接觸，也就不會對檢測部位帶來影響，因此也被稱之為無損檢測技術(shù)。橋梁支座的構(gòu)件因為體積大、數(shù)量多，現(xiàn)在實行無損檢測是主流檢測方案。非接觸式檢測技術(shù)，主要是利用紅外線結(jié)構(gòu)應(yīng)力、無人機(jī)等設(shè)備進(jìn)行檢測。

紅外線結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測技術(shù)。該技術(shù)主要是利用紅外線的穿透反射功能，利用專業(yè)的紅外線儀器來掌握支座結(jié)構(gòu)內(nèi)部的具體情況，主要檢測的指標(biāo)有支座鋼材料、支座穩(wěn)定性、應(yīng)力變形情況等數(shù)據(jù)。在紅外線反射角度的變化中掌握支座結(jié)構(gòu)的基本情況。支座如果出現(xiàn)內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)老化、腐蝕，紅外線檢測就能快速發(fā)現(xiàn)并定位問題，從而為后續(xù)的更新維修提供技術(shù)支撐。

無人機(jī)檢測技術(shù)。在目前移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和5G技術(shù)的快速發(fā)展背景下，無人機(jī)檢測技術(shù)在支座檢測中得到了很好的應(yīng)用。無人機(jī)檢測技術(shù)是一項綜合檢測技術(shù)，需要使用紅外線檢測設(shè)備、激光檢測設(shè)備等配合開展檢測。主要是通過對支座結(jié)構(gòu)的模擬再現(xiàn)、動態(tài)分析，找到支座存在的質(zhì)量問題和安全風(fēng)險。無人機(jī)檢測技術(shù)，能利用無人機(jī)減少對專業(yè)檢測設(shè)備的需要，如橋梁支座高度過高等情況下使用無人機(jī)檢測，能有效減少設(shè)備支出和人員需要。在利用無人機(jī)對支座的結(jié)構(gòu)等系列參數(shù)進(jìn)行采集之后，可以將采集數(shù)據(jù)傳輸給計算機(jī)，利用數(shù)據(jù)模型采用有限元計算方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，再利用三維結(jié)構(gòu)軟件對支座內(nèi)部的承載力等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而掌握支座的動態(tài)變化情況、應(yīng)力載荷作用下的變形情況。無人機(jī)檢測技術(shù)的精度較高，已經(jīng)能實現(xiàn)毫米級別的數(shù)據(jù)采集和分析，實現(xiàn)支座模型的三維立體數(shù)據(jù)采集，對發(fā)現(xiàn)的支座結(jié)構(gòu)上的裂縫等缺陷進(jìn)行定位標(biāo)記，減少人工檢測的工作量。無人機(jī)檢測的最大優(yōu)勢，是利用現(xiàn)代化結(jié)構(gòu)檢測軟件，實現(xiàn)對橋梁支座的結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測和研究。無人機(jī)能快速完成數(shù)量較多的橋梁支座檢測，以智能化方式的檢測數(shù)據(jù)采集快速而準(zhǔn)確，有效減少了傳統(tǒng)檢測技術(shù)的時間。在鋼結(jié)構(gòu)支座的檢測中，無人機(jī)能利用紅外燒線技術(shù)穿透金屬、非金屬和復(fù)合材料進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)問題檢測，快速找到支座材料存在的裂縫等質(zhì)量問題。能利用紅外熱成像技術(shù)對橡膠支座進(jìn)行檢測，能快速檢測出支座是否存在質(zhì)量缺陷。能利用超聲設(shè)備對大型橋梁支座進(jìn)行檢測，利用各種專業(yè)軟件在計算機(jī)上對支座的工作狀態(tài)進(jìn)行模擬再現(xiàn)和深入分析。無人機(jī)檢測技術(shù)具有較高的檢測效率，能縮短檢測時間、減少檢測流程，快速建立檢測數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)的檢測提供真實準(zhǔn)確的第一手?jǐn)?shù)據(jù)信息。

雷達(dá)和紅外熱像檢測方法。該方法是利用雷達(dá)、紅外熱像儀、激光設(shè)備和超聲波技術(shù)，實現(xiàn)對范圍廣、數(shù)量多的支座檢測。紅外熱像儀能利用紅外攝像機(jī)對支座的表面溫度進(jìn)行測量，以溫度圖像來查找支座混凝土開裂部位產(chǎn)生的熱點。雷達(dá)檢測是利用電磁脈沖技術(shù)發(fā)生電磁波，查找支座混凝土中反射回波的變化情況，從而找到混凝土支座的結(jié)構(gòu)缺陷。

光纖傳感器檢測方法。該方法應(yīng)用于橋梁支座的檢測中，主要是利用光纖傳感器在受到擠壓時的數(shù)據(jù)變化來查找支架的穩(wěn)定、振動、位移等數(shù)據(jù)，光纖傳感器需要在橋梁支架建設(shè)中進(jìn)行提前埋置，并利用專業(yè)的接收裝置實現(xiàn)對橋梁支座的長期檢測和監(jiān)控。

4 結(jié)束語

橋梁支座的檢測方法都是為更好地保障支座的正常安全使用。在利用傳統(tǒng)檢測技術(shù)的同時，要與時俱進(jìn)引入現(xiàn)代化技術(shù)成果，不斷優(yōu)化改進(jìn)檢測方法，升級檢測手段，降低檢測成本，提高檢測質(zhì)量，保障橋梁支座的長期安全運行。