高速公路橋梁預制小箱梁構(gòu)件制作質(zhì)量快速檢測技術(shù)研究

劉靜

摘要：裝配式空心板橋，采用了預應(yīng)力鋼筋混凝土或普通鋼筋混凝土預制空心板構(gòu)件；簡支和先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)裝配式T梁，采用了預應(yīng)力鋼筋混凝土預制T梁構(gòu)件；裝配式小箱形梁橋，采用了預應(yīng)力鋼筋混凝土預制小箱梁構(gòu)件。預制梁板（空心板、T梁、小箱梁）構(gòu)件是裝配式橋梁的主要、關(guān)鍵承重構(gòu)件，直接決定了橋梁施工質(zhì)量和建成以后的承載能力。保證裝配式橋梁預制梁板構(gòu)件的施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)性能，是保證橋梁結(jié)構(gòu)承載能力和安全的前提和基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：橋梁；裝配式橋梁；結(jié)構(gòu)無損技術(shù)

在裝配式橋梁預制梁板構(gòu)件施工中，材料質(zhì)量、施工工藝、養(yǎng)護條件、施工操作人員水平等方面，都有可能會存在各種不確定的偏差；同時，橋梁預制梁板構(gòu)件，通常跨度大、配筋密、混凝土厚度薄，稍有不慎、極易出現(xiàn)各種施工缺陷。施工偏差和缺陷將會影響預制梁板構(gòu)件的施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)性能，導致其結(jié)構(gòu)承載能力達不到設(shè)計預期。若不能有效的檢測出存在結(jié)構(gòu)病害的預制梁板構(gòu)件，那么橋梁建成后，將會存在橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷，降低橋梁結(jié)構(gòu)承載能力，危及橋梁自身的結(jié)構(gòu)安全和車輛正常通行的安全。對裝配式橋梁預制梁板構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能和施工質(zhì)量，進行有效、科學的檢測，對于保證裝配式橋梁結(jié)構(gòu)安全，具有重要的意義。

一、裝配式橋梁預制梁板構(gòu)件制作質(zhì)量快速檢測技術(shù)類型

目前，對于裝配式橋梁預制梁板構(gòu)件的施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)性能，通常采用結(jié)構(gòu)無損技術(shù)和靜載試驗檢測技術(shù)進行檢測評價。

（一）結(jié)構(gòu)無損技術(shù)

無損檢測技術(shù)是在不損傷被測材料的情況下，檢查材料的內(nèi)在或表面缺陷、測定材料的某些物理量或性能、組織狀態(tài)等的檢測技術(shù)。無損檢測技術(shù)是多學科緊密結(jié)合的高技術(shù)產(chǎn)物，現(xiàn)代材料學和應(yīng)用物理學的發(fā)展為無損檢測技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)，而現(xiàn)代電子技術(shù)和計算機科學的發(fā)展又為無損檢測技術(shù)提供了現(xiàn)代化的測試工具。

按檢測目的，結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件現(xiàn)場無損檢測方法大體可分為兩類：

第一類，以檢測強度為目的。包括半破損法（如鉆芯法、拔出法、射擊法等）、非破損法（如壓痕法、回彈法、超聲脈沖法、回彈-超聲綜合法、超聲-衰減綜合法、射線法、落球法等，其中回彈法及回彈，超聲綜合法已被廣泛用于工程檢測，我國已制定相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范），以及半破損和非破損的綜合法。

第二類，以檢測混凝土內(nèi)部缺陷為目的。目前我國應(yīng)用最廣的是超聲脈沖法。超聲波在混凝土無損檢測中的研究和應(yīng)用已有近60年的歷史，混凝土超聲波檢測是混凝土無損檢測技術(shù)的一個重要方面。我國開展超聲脈沖技術(shù)的研究始于20世紀50年代中期，于1964年自主研制成功第一臺非金屬超聲檢測儀。有關(guān)單位陸續(xù)開展了混凝土質(zhì)量非破損檢測研究工作，并取得了大量的研究成果，同時在工程檢測中得到了推廣與應(yīng)用。檢測的應(yīng)用范圍不斷擴大，從地面上部結(jié)構(gòu)的檢測發(fā)展到地下結(jié)構(gòu)的檢測；從一般小構(gòu)件的檢測發(fā)展到大體積混凝土結(jié)構(gòu)的檢測；從單一測強度到裂縫、缺陷、損傷層厚度、彈性參數(shù)等。隨著計算機技術(shù)與材料科學的發(fā)展，已研制出具有數(shù)據(jù)采集與處理功能的智能化超聲儀。

（二）靜載試驗檢測技術(shù)

靜載試驗檢測是鑒定橋梁預制梁板構(gòu)件結(jié)構(gòu)能否正常使用的一個重要、直接檢測手段。橋梁預制梁板構(gòu)件靜載試驗檢測，通過對預制梁板構(gòu)件直接施加靜力試驗荷載、利用各種試驗儀器來檢測梁板構(gòu)件在試驗荷載作用下的應(yīng)變和撓度，根據(jù)測試的應(yīng)變和撓度，對預制梁板構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性能和質(zhì)量進行評價。

預制梁板構(gòu)件的靜載試驗，首先進行理論計算，在正常使用極限狀態(tài)下，根據(jù)橋梁設(shè)計荷載標準，在實際橋梁所測斷面內(nèi)力影響線上按最不利位置進行加載，得到單個構(gòu)件控制截面的活載內(nèi)力。然后，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，采取合理、準確的加載方案，以達到一定的荷載效率系數(shù)為目的，采用應(yīng)變或內(nèi)力等效的原則，確定在試驗梁上所需的試驗荷載，以此確定加載工況、測點布置等。試驗中的加、卸載均采取分級的辦法進行，可采用均勻堆放沙袋、堆放鋼材或安裝反力架（配重）使用千斤頂?shù)确绞竭M行加載。預制梁板構(gòu)件靜載試驗檢測測試的主要內(nèi)容通常為：內(nèi)力控制截面的撓度（應(yīng)測試支座沉降，用于進行跨中撓度測試修正）、上下截面應(yīng)變等；同時，在試驗過程中觀測試驗構(gòu)件結(jié)構(gòu)裂縫等可能病害的發(fā)生、發(fā)展情況。根據(jù)靜載試驗測試的撓度和應(yīng)變，采用使用性能、校驗系數(shù)、相對殘余變形、截面應(yīng)變分布規(guī)律等指標，對預制構(gòu)件的施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)性能進行評價和判斷。

二、動態(tài)測試技術(shù)的發(fā)展

盡管無損檢測和構(gòu)件靜載試驗技術(shù)已經(jīng)取得很大的進步，但由于其測試原理、工藝等的限制，這些現(xiàn)有的檢測手段對于橋梁預制梁板構(gòu)件施工質(zhì)量的主要方面一承載能力指標的檢測而言，始終存在著一定的局限性。無損檢測技術(shù)存在僅針對材料病害或性能、檢測結(jié)果片面，不能直接評價結(jié)構(gòu)承載能力的不足；靜載試驗檢測存在所需的加載設(shè)備復雜、試驗周期較長等不足。現(xiàn)有檢測技術(shù)存在的局限性，制約了預制梁板構(gòu)件施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)性能的檢測，難以滿足實際橋梁預制梁板構(gòu)件工程大規(guī)模施工的需求。

試驗?zāi)B(tài)分析開始于20世紀30年代。最初在航空工業(yè)中就用來通過共振試驗測量飛機模態(tài)參數(shù)，確定系統(tǒng)的固有頻率。到了20世紀60年代，由于計算機和快速富氏變換等數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展，使結(jié)構(gòu)的動力特性研究得以迅速的發(fā)展，商用數(shù)字分析儀及軟件大量出現(xiàn)，試驗?zāi)B(tài)分析開始了新紀元。發(fā)展了許多試驗建模方法。把復雜結(jié)構(gòu)簡化成模態(tài)模型，通過激勵一響應(yīng)的因果關(guān)系來描述系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的動態(tài)特性，大大簡化了系統(tǒng)中求解的數(shù)學運算。

基于動力特性的結(jié)構(gòu)性能（施工質(zhì)量）檢測實際上屬于振動問題的反問題。對于橋梁預制構(gòu)件的施工質(zhì)量（通常主要是剛度性能），事先并不知道其具體情況，所以往往需要對構(gòu)件進行整體性檢測。預制構(gòu)件的結(jié)構(gòu)動力特性能夠較敏感地從整體上反映結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，并且其模態(tài)參數(shù)來源豐富，容易進行測量，因此以模態(tài)參數(shù)為基礎(chǔ)的檢測、分析方法，是一種有效的構(gòu)件施工質(zhì)量性能檢測方法。利用損傷前后結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的變化來診斷結(jié)構(gòu)損傷，診斷的過程不影響結(jié)構(gòu)的正常使用，可以方便地完成結(jié)構(gòu)損傷的在線檢測和診斷。

裝配式橋梁預制梁板構(gòu)件結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測，通常采用無損測試技術(shù)或靜載試驗檢測技術(shù)，這些技術(shù)存在片面和試驗檢測過程復雜、費用高等缺點，難以有效、全面的用來保證橋梁結(jié)構(gòu)安全。本項目的研究成果，將有效的克服無損測試技術(shù)片面、不直接，靜載試驗檢測技術(shù)復雜、費用高的缺陷，實現(xiàn)預制梁板構(gòu)件結(jié)構(gòu)質(zhì)量（性能）的快速、有效檢測，是橋梁預制構(gòu)件施工質(zhì)量的有效保證手段。研究成果服務(wù)于橋梁工程建設(shè)實際，對于保證裝配式橋梁自身的結(jié)構(gòu)安全和車輛通行安全具有直接的意義。

目前和今后一段時期內(nèi)，我國城鎮(zhèn)和交通領(lǐng)域仍將處于大規(guī)模的建設(shè)高峰期，大量的交通基礎(chǔ)設(shè)施需要建設(shè)，橋梁是城鎮(zhèn)市政、公路和鐵路等行業(yè)基本建設(shè)的重要內(nèi)容。裝配式橋梁是應(yīng)用最為廣泛的中小跨徑橋型，對裝配式橋梁預制梁板構(gòu)件進行全面、有效的施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)性能檢測，是保證其自身和橋梁整體結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)，本項目研究成果具有廣闊的工程應(yīng)用前景。

三、裝配式橋梁預制梁板構(gòu)件制作質(zhì)量快速檢測技術(shù)的應(yīng)用

結(jié)合工程的施工進度，進行技術(shù)方案的確定，施工設(shè)備及費用的選擇、預算，并根據(jù)實際施工效果進行技術(shù)方案的調(diào)整和優(yōu)化，最后進行資料的整理以及技術(shù)報告成果的整理。

（一）第一階段：2017年3月至2017年7月，進一步收集資料，完成現(xiàn)有研究文獻調(diào)研，對現(xiàn)有檢測技術(shù)進行分析和比較；完善研究思路，確定研究實施方案。

（二）2017年8月至2017年10月，對裝配式橋梁預制梁板構(gòu)件，進行結(jié)構(gòu)質(zhì)量（性能）與結(jié)構(gòu)動力特性（頻率、振型等）相關(guān)關(guān)系的理論分析、研究；研究預制梁板構(gòu)件動力特性（頻率、振型等）的現(xiàn)場測試技術(shù)與參數(shù)分析方法；研究、提出通過現(xiàn)場測試動力特性，快速評價預制構(gòu)件結(jié)構(gòu)質(zhì)量（性能）的完整方法體系；進行室內(nèi)試驗驗證研究，驗證所提方法的效果和可行性。

（三）2017年11月至2018年06月，選取合適的實際工程橋梁預制梁板構(gòu)件，實施現(xiàn)場靜力荷載試驗檢測和測試動力特性、快速評價預制構(gòu)件結(jié)構(gòu)質(zhì)量（性能），比較、驗證所提方法的實際效果和工程應(yīng)用價值。并進行一定范圍的推廣應(yīng)用。

（四）2018年06月至2018年12月總結(jié)、完善通過現(xiàn)場測試動力特性、快速評價預制構(gòu)件結(jié)構(gòu)質(zhì)量（性能）的整套方法，編制實施技術(shù)指南；進行相關(guān)專利技術(shù)申請、發(fā)表學術(shù)論文；完成研究報告，申請成果鑒定或驗收。

四、結(jié)束語

綜上所述，在公路橋梁工程施工中，預制梁施工是一個重要的施工環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量直接影響公路橋梁運行的安全性、穩(wěn)定性及長久性。因此，施工單位應(yīng)重視公路橋梁工程預制小箱梁構(gòu)件制作質(zhì)量快速檢測技術(shù)的應(yīng)用，要結(jié)合實際情況制定科學合理的檢測方案，把握施工細節(jié)，消除質(zhì)量漏洞及安全隱患，以實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益與社會效益的提升。