預應力混凝土橋梁檢測與加固技術研究

付向斌

（中鋼集團鄭州金屬制品研究院有限公司，河南 鄭州 450001）

橋梁是社會交通運輸中不可缺少的一部分，并發揮著關鍵性作用。在當前橋梁技術等級進一步提升的情況下，橋梁結構型式也愈加豐富，出現了懸索橋和斜拉橋等，其施工技術愈加復雜、施工難度大。我國雖然在橋梁建設方面積累了豐富經驗，且技術水平有很大提升，但在橋梁使用過程中，難免會受到行車荷載和環境因素等影響，出現性能衰退、結構安全性降低等問題，而導致橋梁使用壽命縮短，存在嚴重的質量安全隱患。

1 預應力混凝土橋梁檢測加固的意義

1.1 延長橋梁使用壽命

我國橋梁建設當前還在不斷發展中，橋梁項目數量也在增加，施工中會使用到多種施工技術和方法。當前我國橋梁建設經驗豐富，技術水平得到有效提高。在改革創新中，不少新技術產生和應用，特別是預應力混凝土結構影響了橋梁主體結構穩定性。通過檢測加固，可以在一定程度上延長橋梁使用壽命，提高其使用安全性、穩定性。如果預應力混凝土結構不合理，則容易產生大的外部荷載破壞，威脅到橋梁交通運輸安全。因此，技術人員需深入分析橋梁檢測技術，不斷提高檢測技藝、延長橋梁耐用性。

1.2 橋梁質量事故判定依據

對預應力混凝土橋梁工程進行檢測，可以依據檢測結果分析判斷其存在的質量缺陷，并進行必要的技術評估。依據檢測得到的多項數據，還可以進行橋梁質量缺陷檢驗、事故特征判定，各部門能履行自身職責，更好地控制各類事故。

1.3 準確判斷橋梁損傷

檢查人員通過對橋梁的檢測得到數據，即可分析獲取橋梁損傷程度，以及引發損傷的原因，在此基礎上，針對性地采取措施，加強質量控制，避免缺陷和損傷發展下去威脅到整體質量，而引發安全事故等。

1.4 確保橋梁行車安全

社會經濟不斷發展，使交通車流量越來越多，很多車輛存在嚴重的超載問題，使得橋梁在使用中已超出初始荷載和容量，加大結構問題和安全隱患，影響橋梁工程的耐久性。而采用科學的檢測方法，可以及時掌握橋梁存在問題，并實施有效的維護保養，保證橋梁質量良好，提升其行車安全性。

2 預應力混凝土橋梁常見病害

2.1 跨中長期下撓

預應力混凝土橋梁工程，跨中長期下撓是常見現象，特別是在一些大跨徑梁式橋中，會同時出現跨中下撓、梁體跨中段垂直裂縫等問題，其下撓會發展到較大值。當前這一問題仍比較復雜，主要引起原因是混凝土收縮徐變、預應力損失和設計理念不足等。

2.2 梁體開裂

在已建成的連續梁橋梁中，一些橋梁上部結構會出現裂縫，比如箱梁頂板縱向裂縫、箱梁腹板斜向裂縫等，很多為受力裂縫，其寬度一般比較大。（1）表面龜裂。其主要是在連續梁施工過程中，缺乏及時養護，或者溫度出現較大變化而引起的。由于施工中高空養護條件差，因此極容易出現養護澆水不及時等問題，導致混凝土表面快速干縮，最終開裂。（2）腹板斜裂縫。橋梁上部結構出現最多的是梁體裂縫，一般最先在剪應力較大支座附近產生，同時裂縫數量也會持續增加，向跨中發展。（3）縱向裂縫。其一般出現在頂底板部位，原因是結構設計中施工的縱向預應力過大、未設橫向預應力、對溫差應力估計不足等。（4）垂直裂縫。這種裂縫一般出現較少，產生的原因一方面是施工中疏忽了梁式橋正截面強度和應力，導致實際有效應力不足；另一方面是在施工中澆筑梁懸臂過程中，沒有經過預壓重和掛籃掛索調整，掛籃下撓而導致與上一段梁連接處出現垂直裂縫。

3 預應力混凝土橋梁檢測技術的應用

3.1 預應力混凝土橋梁無損檢測技術

無損檢測是采用專業設備對被測構件檢測，在使用過程中不但不會損傷構件，還可以探測結構內部特征，以此來推斷其整體性能。

（1）聲發射技術。這種技術在美國應用比較廣泛，可以應用該技術檢測橋梁預應力損失時效性、錨固端滑移影響，有學者使用該技術檢測了預應力混凝土預應力錨索在錨固區滑移，要想聲發射技術在實踐中得到進一步的高效使用，還需加大研究開發力度。

（2）電磁效應檢測法。電磁效應檢測方法主要有三種：渦流、測漏磁和磁粉檢測。利用磁通量泄露原理，對預應力筋預應力損失加以檢測，在應力變化的情況下，受物體伸縮影響，磁通會發生變化，并引發感應器線圈感應電流變化，進一步檢測應力變化。其優勢在于實際測量速度較快，且屬于非接觸測量，在發生應力變化時可以遠距離測量。但在現場檢測過程中也會受到不少因素影響，進而影響其可靠性、精確度，加大量值標定難度。由于材質相對敏感，因此一般在鐵磁材料中應用。磁性法工作中需要依靠外部激勵磁場，所以容易引發磁化不均的問題，且實際檢測中存在設備笨重、能源消耗大、磁污染等問題。

（3）超聲波檢測法。在非破損檢測中，超聲波檢測法的應用較多，其原理是在混凝土中傳播時，超聲波的傳播參數會改變，可根據其變化獲取結構內部信息，再通過信息分析評價混凝土構件性能。由于混凝土材料的組成顆粒小、密度大，實際分布相對比較均勻，因而其內部超聲波的傳播也是均勻的。實際檢測中，混凝土波速與抗壓強度之間呈現正相關關系，因此評價結構性能時可以參考聲波速度，準確、有效檢測橋梁結構內部缺陷程度和缺陷位置。同時還可采用超聲波檢測技術，對預應力混凝土橋梁裂縫深度、結構耐久性加以分析判斷，以此為依據制定修補、加固處理措施。

（4）動力檢測法。這種方法檢測是基于梁振動方程中頻率與剛度間的相關性，通過檢測振動頻率，對梁振動剛度進行計算，進而推算得到梁有效預應力，最終應用在預應力混凝土結構中。這種檢測技術簡便、快捷、無損傷，可根據結構自振頻率判斷整體特性。

3.2 預應力混凝土橋梁局部破損檢測方法

局部破損檢測技術在檢測中使用儀器進行損傷試驗，對象為構件局部，獲取得到數據后推斷構件的整體性能。主要技術方法如下。

（1）預應力筋直接檢測技術。這種檢測技術的應用需要在預應力筋上設置傳感器來測試其應力狀態，當前常用方法就是粘貼光纖光柵傳感器，但受孔道中摩擦、擠壓影響，會出現檢測數據失真的問題，還需進一步完善傳感器復合工藝。

（2）應力釋放法。這種檢測方法是使用機械切割，進而產生應力釋放，對切割前后構件應變進行檢測，可以根據材料本構關系，對構件應力狀態加以分析。當前在使用該技術時主要是釋放單點應力，其測試精度比較高。在實際檢測中，需要結合實際橋梁結構模型以及現實中影響因素進行合理應用。

4 預應力混凝土橋梁加固處理措施

4.1 遵循加固施工原則

在對預應力混凝土橋梁進行加固處理時，需要堅持以下原則：首先是全面檢測橋梁惡劣程度、受損情況，并詳細記錄好檢測結果，出具橋梁缺陷檢測報告；其次是依據檢測報告，評估橋梁的安全性能和實際運輸能力，以此確定損傷對橋梁的影響，包括橋梁耐久性、承載力；最后是在加固處理時需要考慮原材料耗費、施工進度、對交通運輸的應用等。此外是在不改動橋梁結構的情況下，加大處理橋梁構件，以此來提高橋梁承載性能。加固施工中還要考慮經濟因素，完善加固施工方案進行施工。

4.2 合理應用加固處理技術

（1）粘鋼加固法。這種方法也被稱為直接加固法，可以在混凝土構件表面直接利用建筑結構膠粘貼混凝土鋼板，使其與混凝土實現緊密結合，進一步提高混凝土承載力。對于鋼筋混凝土受彎構件，在其受壓區使用該方法，可以增強受壓區高度、擴大截面面積，也會增加混凝土現澆層，提升構件正截面承載力、斜截面抗剪性能，有效改善受彎承載力和截面剛度。

（2）表面封閉法。①表面涂抹法。一般適合處理混凝土表面寬度較小裂縫，通過涂抹樹脂保護膜，起到有效加固作用。在裂縫寬度變化下還可選擇使用焦油環氧樹脂材料，這種材料追蹤性較強，能夠很好地適應裂縫變化，在混凝土結構有較多密集裂縫的情況下，如果存在老化、砂漿離析等缺陷，保護膜可以大面積涂抹。②表面噴砂法。其需要先對裂縫表面做鑿毛處理，在上面噴射一層水泥砂漿保護層，這種保護層具有良好密實度和強度，因此可以取得良好的修補成效。

（3）間接加固法。間接加固法在加固預應力混凝土結構時，需要利用預應力鋼絞線拉桿等結構，利用預應力鋼筋可以改善原結構內部預應力分布，解決其中應力應變滯后問題。后加入部分應力與原結構可以共同作用，從而提高結構承載能力，并對裂縫寬度加以控制。利用該方法時，預應力與新增外部荷載的作用共同發生，在受拉下，預應力水平拉桿會產生軸向力，該力會通過桿端錨固節點傳遞到構件，混凝土構件在偏心受壓作用下克服外荷載彎矩，以降低其影響，混凝土構件抗彎性能也可得到改善。

4.3 控制好加固技術要點

以橋面系橫隔梁鋼板粘貼工藝為例，先處理被粘貼的混凝土、橫隔板連接鋼板表面，用砂輪磨光機磨平混凝土表面，使其達到粗骨料程度，用丙酮清洗干凈鋼板表面。然后制作粘貼加固鋼板，處理好其表面，依據需要的尺寸切割鋼板，將其切割成菱形等形狀刻痕，使其黏結性能增強。用稠度較高的粘鋼膠填塞鋼板與混凝土表面存在縫隙，在清理好黏結面、粘貼好鋼板之后，需要對鋼板表面除銹，并涂抹兩層防銹漆。

5 結束語

預應力混凝土橋梁在運營中，相關人員要始終關注其損傷和質量問題，采取科學的檢測技術探測存在損傷、損傷程度和位置等。并根據檢測結果進行必要的加固處理，以保證橋梁承載性能、耐久性等提升，延長其使用壽命，實現安全通車。