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(tài)及其使用功能是否符合圖紙設計和規(guī)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(xù)的正常使用提供技術依據(jù)，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(qū)與礦區(qū)的必經(jīng)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(jù)該石拱橋原設計圖紙和相關規(guī)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(shù)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(jù)現(xiàn)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(jù)現(xiàn)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(shù)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(shù)據(jù)可以看出，最大撓度同樣出現(xiàn)在 1# 測點，最大撓度值為 0.007 mm。卸載后拱橋體回彈良好，數(shù)據(jù)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(jīng)過現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(jīng)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(xiàn)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(jīng)現(xiàn)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(jù)現(xiàn)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(jīng)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(jīng)現(xiàn)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(chǎn)生裂紋、是否積水以及均勻性變化等，以此判斷現(xiàn)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(jīng)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(xiàn)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(qū)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(jù)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(shù)為 0.8～1.05，校驗系數(shù)在正常范圍內。

2）實測撓度偏載增大效應系數(shù)均小于一般規(guī)定值。實測撓度/計算跨徑最大值在 l/1 000 之內，符合規(guī)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(tài)。

4）在最大試驗荷載作用下加載截面及支座未出現(xiàn)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(guī)程》要求。

2）根據(jù)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(jīng)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(xiàn)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(jīng)長年服役，但其強度、剛度均滿足設計圖紙和國家規(guī)范要求，在試驗荷載作用下處于正常工作狀態(tài)，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(chǎn)生的貫通性裂縫，該橋仍可繼續(xù)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(yǎng)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(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(xù)結構安全使用的影響，清晰的指明了后期營運養(yǎng)護的方向和重點，為后期對該橋加固也提供了技術依據(jù)。