淺談斜拉橋橋梁檢測與評估技術(shù)

趙東升

摘? 要：斜拉橋因其特殊的結(jié)構(gòu)形式及強(qiáng)大的跨越能力，在我國道路橋梁施工中得到了廣泛應(yīng)用。隨著橋梁使用年限的不斷增加，在多種因素作用下大量橋梁產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)性損傷，定期全面檢測橋梁使用狀況，成了當(dāng)前了解橋梁使用情況的重要手段。為此，該文依托平頂山市湛河特殊結(jié)構(gòu)大橋，從多角度分析了斜拉橋檢測方法、流程等內(nèi)容，并結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，提出了自己的見解，以期為此類工程養(yǎng)護(hù)提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：橋梁檢查;特殊檢測;檢測實(shí)例

中圖分類號：U446? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 橋梁檢測分類和方法

1.1 橋梁經(jīng)常性檢查

經(jīng)常性檢查是由養(yǎng)護(hù)單位組織進(jìn)行，應(yīng)對結(jié)構(gòu)變異、橋及橋區(qū)施工作業(yè)情況和橋面系、限載標(biāo)識、交通標(biāo)識及其他附屬設(shè)施等狀況進(jìn)行日常巡檢。經(jīng)常性檢查應(yīng)由專職橋梁養(yǎng)護(hù)人員或?qū)I(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)。經(jīng)常性檢查也叫一般檢查，以目測為主，配合簡單工具量測，每月至少進(jìn)行一次，要當(dāng)場填寫城市橋梁經(jīng)常性檢查記錄表， 登記所檢查城市橋梁的缺損類型、估計(jì)范圍和養(yǎng)護(hù)工作量， 提出相應(yīng)的小修保養(yǎng)措施。經(jīng)常性檢查記錄應(yīng)定期整理歸檔，并提出評價(jià)意見。巡查過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)施明顯損壞，影響車輛和行人安全，應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)維護(hù)措施， 并應(yīng)立即向上級主管部門報(bào)告。經(jīng)常性檢查的目的是檢查從外表可見的病害和缺陷等，為橋梁養(yǎng)護(hù)維修提供依據(jù)。

1.2 橋梁定期檢查

橋梁定期檢測一般分為2類，即常規(guī)與結(jié)構(gòu)定期檢測。其一，常規(guī)定期檢測次數(shù)為1次/年，特殊情況下，需根據(jù)橋梁運(yùn)行狀況適當(dāng)增加定期檢測次數(shù)。其二，結(jié)構(gòu)定期檢測是指在指定時(shí)間段內(nèi)，根據(jù)橋梁養(yǎng)護(hù)級別、類型進(jìn)行檢測。開展橋梁定期檢測的目的在于及早發(fā)現(xiàn)橋梁的主體結(jié)構(gòu)及其附屬結(jié)構(gòu)物的缺損狀況，并保證他們經(jīng)常處于良好狀態(tài)。

1.3 橋梁特殊檢查

特殊檢測是由相應(yīng)的專業(yè)單位的專業(yè)人員，采用專門的技術(shù)手段，并輔以現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室測試等特殊手段對城市橋梁進(jìn)行詳細(xì)檢測和綜合分析，對結(jié)構(gòu)材料缺損狀況做出診斷，評定橋梁繼續(xù)使用的安全性，提出結(jié)構(gòu)及局部維修、加固或改造的建議方案，提出維護(hù)管理措施，根據(jù)診斷的構(gòu)件材料質(zhì)量狀況及其在結(jié)構(gòu)中的實(shí)際功能，用計(jì)算分析方法評估結(jié)構(gòu)承載力，當(dāng)計(jì)算分析不滿足或難以確定時(shí)，用靜力荷載實(shí)驗(yàn)鑒定結(jié)構(gòu)承載力，用動力荷載實(shí)驗(yàn)測定結(jié)構(gòu)力學(xué)性能參數(shù)和振動參數(shù)。

2 斜拉橋檢測實(shí)例

根據(jù)建設(shè)部《城市橋梁檢測和養(yǎng)護(hù)維修管理辦法》規(guī)定、城市橋梁養(yǎng)護(hù)規(guī)范和有關(guān)橋梁檢測評估技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合我市實(shí)際情況，該次對平頂山市開發(fā)路湛河橋（斜拉橋）進(jìn)行安全評估現(xiàn)場檢測，分析橋梁主要承重構(gòu)件體系存在的安全隱患，并詳細(xì)地分析了結(jié)構(gòu)材料檢測和橋梁荷載試驗(yàn)，為橋梁承載能力評定提供科學(xué)依據(jù)。

2.1 工程概況

開發(fā)路湛河橋（斜拉橋）全長205.72 m，主橋面寬度30 m，跨徑組合20 m+20 m+88 m+72 m。上部結(jié)構(gòu)引橋?yàn)? m×20 m預(yù)應(yīng)力空心板，該主橋梁為88 m+72 m單塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，主梁為現(xiàn)澆單箱三室懸臂端梁，采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，設(shè)有縱橫豎三向預(yù)應(yīng)力。縱橫向預(yù)應(yīng)力筋為鋼絞線，豎向預(yù)應(yīng)力筋為精軋螺紋鋼筋，布置在橫隔板內(nèi)，拉索采用雙排鎖，主塔兩側(cè)對稱9對，最大索力400 kN左右，主塔下部采用鋼筋混凝土雙墻薄壁墩，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。

2.2 外觀檢查

2.2.1 橋面系檢查

第一跨東半幅存在大面積磨損、露骨，2#伸縮縫北存在坑槽，第三跨北存在縱向裂縫，長約12 m，第三跨多處存在漏筋銹蝕，面積3m2;人行道磚多處存在破損缺失;伸縮縫雜物堵塞需要清理。

2.2.2 上部承重構(gòu)檢查

梁板底部混凝土存在混凝土脫落露筋及裂縫現(xiàn)象，引橋梁板間鉸縫混凝土滲水堿蝕;拉索外護(hù)套收縮變位;主橋箱體內(nèi)錨固端錨墊板、防護(hù)罩存在銹蝕現(xiàn)象。

2.2.3 下部結(jié)構(gòu)檢查

多處蓋梁漏筋、滲水堿蝕，2#擋塊裂縫，4#蓋梁有一處豎向裂縫。

2.3 橋梁外觀綜合評定

采用《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ99—2003）中的橋梁技術(shù)評定方法對該橋外觀進(jìn)行評定，平頂山市開發(fā)路湛河橋Ⅰ類養(yǎng)護(hù)的城市橋梁（特大橋或特殊結(jié)構(gòu)的橋梁），其完好狀態(tài)為合格級——橋梁結(jié)構(gòu)完好或結(jié)構(gòu)構(gòu)件有損傷，但不影響結(jié)構(gòu)安全。應(yīng)進(jìn)行保養(yǎng)、小修。

2.4 橋梁結(jié)構(gòu)材料檢測

2.4.1 回彈法測試混凝土強(qiáng)度

混凝土強(qiáng)度采用回彈法檢測，用試劑混凝土碳化深度測試儀測試混凝土碳化深度，對該橋的空心板、箱梁、蓋梁、橋墩、索塔構(gòu)件強(qiáng)度進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果見表1。

2.4.2 鋼筋銹蝕檢測

對橋梁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕狀態(tài)采用半電池電位試驗(yàn)方法檢測，該方法通過測定鋼筋、混凝土與在混凝土表面上參考電極之間連成的系統(tǒng)所反應(yīng)的電位差來判斷鋼筋發(fā)生銹蝕的概率。

測試結(jié)果見表2。抽取該橋梁2片空心板、1片箱梁、1個索塔、1片蓋梁、2個橋墩，各構(gòu)件布置一個測區(qū)，每個測區(qū)檢測20個點(diǎn)。具體按照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》，檢測結(jié)果表明各節(jié)點(diǎn)間的電位差均在0～-200 mV，可見以上構(gòu)件鋼筋沒有發(fā)生銹蝕現(xiàn)象。

2.4.3 砼保護(hù)層厚度檢測

該次檢測采用鋼筋位置測定儀確定鋼筋保護(hù)層厚度。空心板保護(hù)層厚度平均值為43 mm～45 mm;箱梁保護(hù)層厚度平均值為48 mm;蓋梁保護(hù)層厚度平均值為36 mm～40 mm;索塔保護(hù)層厚度平均值為44 mm;橋墩保護(hù)層厚度平均值為55 mm～58 mm。由抽檢結(jié)果評定得出混凝土保護(hù)層厚度對鋼筋耐久性影響的評定標(biāo)度為1。

2.4.4 混凝土氯離子含量

混凝土中的氯離子可誘發(fā)并加速鋼筋銹蝕，測量混凝土中氯離子含量可間接評判鋼筋銹蝕活化的可能性。混凝土中氯離子含量越高，鋼筋發(fā)生銹蝕的可能性越大。具體按照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》，檢測結(jié)果表明混凝土結(jié)構(gòu)氯離子含量評定標(biāo)度1級，誘發(fā)鋼筋銹蝕的可能性很小。

2.4.5 拉索索力

拉索索力直接反應(yīng)結(jié)構(gòu)橋梁持久狀況下的內(nèi)力狀態(tài)，是評價(jià)橋梁承載能力的重要指標(biāo)，橋梁吊索索力采用振動法進(jìn)行測量。測試結(jié)果表明，拉索索力均在±10%范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。

2.5 橋梁荷載試驗(yàn)

2.5.1 靜載試驗(yàn)

試驗(yàn)工況和加載車輛。根據(jù)該橋設(shè)計(jì)圖紙，該次荷載試驗(yàn)采用8輛重約35 t的三軸載重汽車加載模擬荷載汽-超20級、掛-120。試驗(yàn)工況和試驗(yàn)效率系數(shù)按照對稱加載工況和偏載加載工況進(jìn)行荷載加載，得到各控制試驗(yàn)荷載內(nèi)力，各控制截面荷載試驗(yàn)產(chǎn)生的效應(yīng)與設(shè)計(jì)荷載產(chǎn)生的效應(yīng)比值，計(jì)試驗(yàn)荷載效率系數(shù)，見表3。

應(yīng)變測試結(jié)果及分析。由以上應(yīng)變數(shù)據(jù)可見，各個應(yīng)變測點(diǎn)的效驗(yàn)系數(shù)分布在0.66～0.94，校驗(yàn)系數(shù)均小于1，滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）規(guī)范要求，說明該橋的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。從應(yīng)變實(shí)測值與理論值結(jié)果可以看出，主要控制截面殘余變位不大于20%要求，結(jié)構(gòu)滿足彈性工作狀態(tài)要求。

2.5.2 動載試驗(yàn)

橋梁結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下將產(chǎn)生震動，橋梁的振動問題影響因素相當(dāng)復(fù)雜。橋梁的動載試驗(yàn)是檢驗(yàn)橋梁的動力特性，并據(jù)此對橋梁承載力狀況和運(yùn)營狀況進(jìn)行判斷的重要手段。

該橋動力特性測試選擇第3、4跨作為實(shí)驗(yàn)跨，分別在橋的L/4、L/2、3L/4位置處布置3個豎向加速度測點(diǎn)進(jìn)行模態(tài)測試（脈動實(shí)驗(yàn)），經(jīng)模態(tài)分析和計(jì)算得到自振頻率、阻尼比、振型、動力沖擊系數(shù)等，分析結(jié)果見表4。

3、4跨 計(jì)算值 測試值 0.039 0.0401.287 1.367

通過利用放置在試驗(yàn)孔橋面上的速度傳感器測得橋梁天然脈動信號時(shí)域曲線，對采集到的時(shí)間歷程圖波形進(jìn)行分析得到，該橋1階豎向自振頻率測試值大于計(jì)算值表明實(shí)際結(jié)構(gòu)的整體性良好。結(jié)構(gòu)的實(shí)測阻尼比0.039，實(shí)測阻尼比介于橋梁常見阻尼比范圍內(nèi)，這說明橋跨結(jié)構(gòu)的截面設(shè)計(jì)及質(zhì)量分布較為合理，結(jié)構(gòu)具有良好的振動特性能。

通過對該橋檢測可以看出，橋梁狀況狀態(tài)等級為合格級，局部有損壞但不影響橋梁安全;該橋橋梁承載能力能夠滿足汽-超20、掛-120荷載等級正常使用要求。針對出現(xiàn)的各種病害，做出以下建議：一是橋面鋪裝進(jìn)行加固維修，人行道缺失彩磚進(jìn)行修復(fù)及伸縮縫進(jìn)行更換及維修;二是對斜拉索錨具進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，做好防腐措施，鋼護(hù)筒變位及銹蝕部位進(jìn)行修復(fù);三是對箱梁、蓋梁、立柱破損、裂縫、鋼筋銹蝕進(jìn)行修復(fù)。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國交通運(yùn)輸事業(yè)也取得了極大的成績。橋梁工程作為公路工程建設(shè)的重點(diǎn)，做好橋梁檢測及評估工作意義重大。該文通過對斜拉橋橋梁養(yǎng)護(hù)和檢測，并在橋梁養(yǎng)護(hù)和檢測實(shí)踐中獲得了一些新知識，基于此，必須不斷提升斜拉橋檢測技術(shù)水平，從而保證工程建設(shè)整體質(zhì)量，推進(jìn)我國公路建設(shè)事業(yè)持續(xù)、健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]劉自明， 陳開利.橋梁工程檢測手冊[M].北京：人民交通出版社， 2002.