昆明某石拱橋檢測及質量評定

郝 鵬

（云南省建筑科學研究院，云南 昆明 650223）

0 引言

由于該石拱橋地處交通要道，長期受重車碾壓，為了掌握石拱橋在運營中結構承載能力及橋體內部是否存在裂縫、塌陷等損害，通過運用荷載試驗、地質雷達等一系列綜合檢測手段，全面了解該橋主體結構在荷載作用下的工作狀態及其使用功能是否符合圖紙設計和規范要求，了解內部材料損傷程度及均勻性變化情況，以保證后期營運的可靠性，為該橋后續的正常使用提供技術依據，也為后期維護及加固提供借鑒。

1 工程概況

該石拱橋位于昆明市郊縣，是連接城區與礦區的必經之路，始建于 1966 年，單孔形式，凈跨度 25 m，矢跨比 1/5，等截面，為亂石翻拱砌筑，花砌橋臺，橋臺基礎均至平整頁巖層，基底堅實，該橋設計荷載為：汽-18 和拖-80。

2 檢測過程

2.1 靜載試驗

2.1.1 確定試驗荷載

根據該石拱橋原設計圖紙和相關規范［1］，以結構控制截面影響線荷載最不利位置進行布載，按內力或位移等效原則加載，本次該石拱橋靜載試驗按內力等效的原則進行加載，使其試驗荷載效率系數滿足 0.85≤η≤1.05。

本次試驗采用翻斗載重汽車作為加載荷載，整車重（車重+荷重），共 4 輛。該橋共需試驗加載車輛 4 輛，即滿載（見表 1）。

表1 加載汽車一覽表

2.1.2 試驗工況

根據現場試驗條件，確定本試驗工況共分為兩個（見表 2）。

表2 試驗工況

選擇該橋的荷載最不利位置進行布載，試驗荷載布置如圖 1 所示。

圖1 不同工況加載位置圖

2.1.3 測點布置

根據現場的實際情況及該橋的受力特點，本試驗主要測點布設如下：拱頂，拱腳處布設撓度觀測點，如圖 2 所示。撓度觀測為跨中、支座截面，用精密水準儀、千分表觀測。裂縫觀測采用裂縫測寬儀進行檢測。

圖2 測點位置圖

2.1.4 試驗工況Ⅰ

工況Ⅰ為中載，因此拱橋受力相對均勻，實際測得控制截面撓度值如表 3、圖 3 所示。

表3 工況Ⅰ位移值

圖3 工況Ⅰ試驗撓度曲線圖

2.1.5 試驗工況Ⅱ

工況Ⅱ為偏載，因此拱橋受力偏移，理論上撓度值1 #、3 # 與 2 #、4 # 讀數會有相對較大的差值，實際測得控制截面撓度值如表 4、圖 4 所示。

表4 工況Ⅱ位移值

圖4 工況Ⅱ試驗撓度曲線圖

工況Ⅱ下，所加荷載為偏載，從數據可以看出，最大撓度同樣出現在 1# 測點，最大撓度值為 0.007 mm。卸載后拱橋體回彈良好，數據正常。

2.2 外觀質量檢測

2.2.1 損傷檢測

本次檢測主要查看拱橋橋體、橋面、支座、拱圈有無風化、開裂、滲水、脫落等，經過現場勘察結果如下。

1）試驗前：該拱橋橋體、橋面、支座各處無明顯風化、所測裂縫＜ 0.2 mm，拱圈局部少量風化脫落。

2）試驗時：加載及卸載過程，橋體、橋面、支座、拱圈未發現可識別的變形，未見新增裂縫及既有裂紋擴展，未聞結構異響。

3）試驗后：該拱橋橋體、橋面、支座、拱圈進行檢查，未發現變形、新增裂縫及既有裂紋擴展以及其他結構異常狀況。

雖經多年使用，該拱橋外觀無明顯損傷，砌筑質量較好，灰縫完整，且并未風化，支座完好無破損，無受力裂縫，拱圈完好無變形，局部有少量風化現象。

2.2.2 砂漿強度檢測

采用砂漿貫入儀對砌筑砂漿強度進行檢測，經現場檢測計算后，該拱橋砌筑砂漿強度達到設計值50號砂漿強度等級，滿足設計圖紙要求。

2.2.3 垂直度檢測

根據現場條件以及拱橋結構特點，垂直度觀測點沿著橋體兩側，均勻對稱布置，經觀測，各測點實測傾斜量及傾斜率如表 5 所示。

表5 試驗工況

最大傾斜率 4.8 ‰，經現場復查勘驗，判定為施工偏差。

2.3 地質雷達探測

本次檢測所采用的儀器為美國 SIR-3 000 型便攜式探地雷達及其配套的 400 MHz、250 MHz 天線。通過地質雷達探測，了解橋梁結構在長期運營過程中是否存在局部的結構破壞，包括拱橋內部是否產生裂紋、是否積水以及均勻性變化等，以此判斷現階段拱橋結構的隱蔽病害，綜合評價其質量情況。

2.3.1 測線布設

沿平行于橋面向昆明方向均勻布設 5 條測線，3 條400 MHz 頻率測線與 2 條 250 MHz 頻率測線（見圖 5）。

圖5 測線布置圖

2.3.2 雷達圖譜

經分析處理后得到 5 條測線的雷達圖譜，沿橋面依次排開（見圖 6）。分析雷達圖譜［2］可知：①在橋身拱上部分填充介質均勻，無明顯塌陷、積水及較大的擠壓縮漲現象。②在測線 2 和測線 3 拱頂局部路面輕微變形。③在橋體拱與橋面接觸部位，局部區域不飽滿有較明顯的分界面，初步推斷其主要與施工工藝有關。④橋體伸縮縫局部已抵攏。⑤橋體內部未見明顯貫通裂縫。

3 結論及建議

3.1 檢測結論

3.1.1 荷載試驗

根據試驗結果，對本橋可得出如下結論。

1）本次試驗荷載效率系數為 0.8～1.05，校驗系數在正常范圍內。

2）實測撓度偏載增大效應系數均小于一般規定值。實測撓度/計算跨徑最大值在 l/1 000 之內，符合規范［1-3］要求。說明橋拱整體受力性能良好。

圖6 各測線雷達圖譜

3）卸載各測點回彈良好，無殘余變形，說明結構在試驗荷載下處于彈性受力狀態。

4）在最大試驗荷載作用下加載截面及支座未出現裂縫。

3.1.2 外觀質量檢測

1）試驗前、中、后：橋體、橋面、支座無明顯風化，拱圈局部風化脫落，拱橋裂縫均＜ 0.2 mm，滿足 JTG/T J21－2011《公路橋梁承載能力檢測評定規程》要求。

2）根據測試支座砂漿強度達到設計 50 號砂漿強度等級，且砂漿飽滿。

3）經觀測，該橋各測點傾斜率均在 JTG F80/1－2004《公路工程質量檢驗評定標準》允許范圍內。

3.1.3 雷達探測結論

分析雷達圖譜可知：①在橋身填充介質均勻，無塌陷、積水及較大的擠壓縮漲現象。②拱頂局部路面輕微變形。③橋體伸縮縫局部已抵攏。④橋體內部未見明顯貫通裂縫。

綜上所述：雖然該拱橋經長年服役，但其強度、剛度均滿足設計圖紙和國家規范要求，在試驗荷載作用下處于正常工作狀態，主要指標撓度和裂縫實測值均滿足要求，卸載后回彈良好。橋體內部填充介質均勻，無塌陷、積水及較大的擠壓變形，內部無明顯受力產生的貫通性裂縫，該橋仍可繼續服役。

3.2 建議

1）在今后橋梁運維中，應保持拱橋結構、橋面等養護，減少病害對拱橋使用壽命的影響。

2）加強對拱橋結構及構件的定期檢測，實時掌握其結構受力情況和安全狀況，以便及時發現損害，及早介入。

3）控制通行車輛的時速、載重等，減少動荷載對橋梁的沖擊影響。

4 結語

橋梁檢測大多采用動、靜載試驗等單一手段進行，但對于石拱橋來說，其主體內部填充介質對橋體承載和結構安全起著至關重要的作用，因此本文通過運用荷載試驗、地質雷達等一系列綜合檢測手段，從外部荷載作用下的承載情況、現階段質量狀況，以及拱橋內部填充介質損傷及均勻性變化情況，更加全面的掌握該橋主體結構的承載能力，橋體病害情況、正常使用功能等對后續結構安全使用的影響，清晰的指明了后期營運養護的方向和重點，為后期對該橋加固也提供了技術依據。