高速公路橋梁工程試驗檢測技術(shù)及成果應(yīng)用研究

陳繼岳

（廣東省交通運輸建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，廣東 廣州 510420）

1 橋梁試驗檢測的意義及內(nèi)容

1.1 試驗檢測的重要意義

在高速公路中，橋梁是不可或缺的重要組成部分之一，它的質(zhì)量和整體性能，不但關(guān)系到使用壽命，而且還與行車安全密切相關(guān)。所以對橋梁工程進行試驗檢測顯得尤為必要。通過試驗檢測能夠全面了解并掌握橋梁結(jié)構(gòu)的實際情況，根據(jù)檢測所得的結(jié)果，可以為橋梁建設(shè)施工提供詳實可靠的數(shù)據(jù)支撐，這對于橋梁質(zhì)量的進一步提升具有重要意義。隨著城市化進程的逐步加快，交通運輸業(yè)得到了快速發(fā)展，橋梁所承受的車輛荷載隨之顯著增加，這在一定程度上加劇了橋梁的老化速度。橋梁作為大型的構(gòu)筑物，其本身具有一些特殊性，一旦建成后，無法通過損壞的方式對結(jié)構(gòu)進行檢測。換句話說，試驗檢測只能在橋梁結(jié)構(gòu)尚未完成之前進行，或是在橋梁竣工后，采用無損檢測技術(shù)。

1.2 試驗檢測的具體內(nèi)容

1.2.1 橋面檢查

水是影響橋面結(jié)構(gòu)的主要因素之一，所以應(yīng)該對橋面的排水功能進行必要的試驗檢測，可將重點放在排水設(shè)施上，檢測其性能否完好，發(fā)現(xiàn)問題要及時處理，以免導(dǎo)致排水不暢；對橋面鋪裝層進行檢查，看有無明顯的病害問題，如松散、坑洼以及擁包等；對橋面的伸縮縫進行檢查，看有無異常。

1.2.2 性能檢測

對于橋梁來說，性能至關(guān)重要，所以應(yīng)當對結(jié)構(gòu)性能進行瞬時和長期試驗。同時，還要進行靜、動荷載試驗，嚴格根據(jù)規(guī)范標準的規(guī)定要求，對橋梁構(gòu)件的內(nèi)力進行測定，主要包括剪力、彎矩以及軸向力等；對結(jié)構(gòu)中存在的局部損壞情況進行如實記錄，根據(jù)檢測結(jié)果，對應(yīng)力分布及大小進行記錄，為后續(xù)處理提供依據(jù)。

1.2.3 支座檢測

支座是橋梁的重要構(gòu)件之一，與結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性密切相關(guān)。所以要對支座進行檢測，具體內(nèi)容如下：對支座的功能進行檢查，看有無異常；對底座的完整性進行檢查，看有無破損的情況，如果底座損壞，則應(yīng)當及時進行處理，以免對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性造成影響；對座板進行檢查，看是否存在質(zhì)量問題，如斷裂、錯位以及脫空等，針對具體的問題，采取相應(yīng)的措施進行處理；對橡膠支座的有效性進行檢查，看有無變形的現(xiàn)象。

1.2.4 檢測難點

在對橋梁進行試驗檢測的過程中，如果相關(guān)的數(shù)據(jù)丟失，檢測會難度隨之增大。從設(shè)計階段開始，到施工階段的數(shù)據(jù)資料都應(yīng)當妥善保存，從而為試驗檢測提供依據(jù)，這樣能夠降低檢測難度，提升檢測效率和質(zhì)量。橋梁投用后，如果承載力下降，可能是因為地基不穩(wěn)導(dǎo)致的，此時應(yīng)當對地基進行試驗檢測。

2 工程概況

某高速公路工程項目中的一個合同段位于某省境內(nèi)，全長4.568 km，沿線上有一座橋梁，采用的是簡支轉(zhuǎn)連續(xù)結(jié)構(gòu)，施工工藝為箱梁預(yù)制、現(xiàn)場吊裝、簡支轉(zhuǎn)連續(xù)。該橋按照雙幅進行設(shè)置，其中每幅橫向布設(shè)預(yù)制空心板10片，通過鉸縫進行連接。為了保證該橋梁工程的整體質(zhì)量，應(yīng)當對混凝土空心板進行試驗檢測，以此來驗證梁體腹板箍筋和錨下鋼筋由帶肋改為光圓時，對結(jié)構(gòu)受力造成的影響，評定橋梁結(jié)構(gòu)的安全狀況。

3 高速公路橋梁工程試驗檢測技術(shù)及成果應(yīng)用

3.1 錨下局部應(yīng)力試驗

3.1.1 試驗內(nèi)容

該試驗檢測主要包括以下內(nèi)容：在空心板綁扎鋼筋時，埋設(shè)應(yīng)變計和應(yīng)變片；在混凝土澆筑完畢后、預(yù)應(yīng)力張拉前，在錨固區(qū)安裝應(yīng)變計，將壓力傳感器安裝于錨下；測試錨固區(qū)局部應(yīng)力。

3.1.2 布設(shè)測點

對錨下鋼筋應(yīng)力測點進行布設(shè)，并將單向應(yīng)變計和應(yīng)變片牢固粘貼在鋼筋上，據(jù)此對應(yīng)力變化進行測試。在每一片空心板上，共計布設(shè)應(yīng)力測點12 個；為了對預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉力進行準確測控，可以將壓力傳感器布設(shè)在預(yù)應(yīng)力張拉的一端，單片梁共計布設(shè)傳感器6 個，并在梁端對混凝土應(yīng)變測點進行布設(shè)[1]。

3.1.3 試驗結(jié)果

在試驗檢測中，對邊板預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉值進行測試后得出如下結(jié)果：張拉力普遍小于設(shè)計值，一個截面內(nèi)6根預(yù)應(yīng)力鋼束有5 根的張拉力誤差比控制力大，其中最大誤差為18.5%；邊板鋼筋應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果為測點附近應(yīng)變實測值與理論基本一致，錨下應(yīng)力分布正常，梁體外觀檢測未發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫及破損。

中板的預(yù)應(yīng)力鋼束測試結(jié)果如下：張拉力比設(shè)計值普遍偏小，一個截面內(nèi)6 根鋼束有1/2 的張拉力誤差超過控制力，最大誤差為11.5%[2]。中板鋼筋應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果與邊板相同。

3.1.4 成果應(yīng)用

通過錨下應(yīng)變測試得出如下結(jié)論：邊板和中板在預(yù)應(yīng)力張拉階段，錨固區(qū)周圍混凝土的變化與理論一致，應(yīng)力分布正常；梁體外觀無異常情況，該試驗成果可為橋梁施工提供指導(dǎo)依據(jù)。

3.2 抗剪承載力試驗

3.2.1 試驗內(nèi)容

在對空心板鋼筋骨架進行綁扎時，將應(yīng)變計埋設(shè)于斜截面抗剪最不利的位置處；在澆筑完的空心板指定位置安裝混凝土應(yīng)變計；采用分級的方法進行加載試驗，每一級加載后，對應(yīng)變數(shù)據(jù)進行測試，同時對梁體進行檢查，看有無裂縫出現(xiàn)。

3.2.2 布設(shè)測點

在對斜截面進行抗剪承載力試驗時，可將鋼筋應(yīng)力測點布設(shè)在中板和邊板的箍筋上，每1 片空心板的腹板兩側(cè)分別布設(shè)5 個測點，1 個測點為三向應(yīng)變計，其余4 個測點均為單向應(yīng)變計。

3.2.3 加載與控制

抗剪承載力試驗通過千斤頂以單點的方式施加荷載，壓力傳感器安裝在千斤頂上，這樣能夠?qū)虞d力的數(shù)值進行準確控制，加載過程如圖1 所示。

在該工程中，抗剪承載力試驗的加載和卸載分20 級進行，試驗前應(yīng)當進行預(yù)加載，其作用是使試件能夠快速進入正常的工作狀態(tài)。同時，要對加載設(shè)備及儀表進行檢查，看是否正常。

3.2.3 試驗結(jié)果

每級加載對邊板兩側(cè)的腹板進行應(yīng)變測試，三向應(yīng)變計換算為主應(yīng)力值。邊板的內(nèi)外側(cè)腹板控制斷面上的測點加載應(yīng)變實測值，與理論值基本一致，由此表明，邊板加載時，應(yīng)變分布正常。當實測值比理論值小時，說明邊板的抗剪強度良好；腹板主應(yīng)力實測值與理論值之間的比值為0.50～0.80，可認為主應(yīng)力方向與理論計算一致；在每級加載后，對結(jié)構(gòu)外觀進行檢測，并未發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫和結(jié)構(gòu)承載力不足的情況。

中板的內(nèi)外側(cè)腹板控制斷面測點加載應(yīng)變實測值與理論值基本一致，加載過程中應(yīng)變分布正常。中板的其他試驗檢測結(jié)果與邊板相同，在此不進行贅述。

3.2.4 成果應(yīng)用

通過抗剪承載力試驗得出如下結(jié)論：在對邊板和中板進行加載的過程中，應(yīng)變分布呈現(xiàn)為規(guī)律且正常的狀態(tài)，同時，應(yīng)變實測值小于理論值，表明結(jié)構(gòu)的強度比較好；當加載達到限值時，結(jié)構(gòu)并未出現(xiàn)承載力不足的情況，由此可以判斷中板與邊板滿足設(shè)計抗剪承載力極限狀態(tài)的要求。上述試驗成果可為橋梁施工提供指導(dǎo)依據(jù)。

3.3 抗彎承載力試驗

3.3.1 試驗內(nèi)容

在綁扎空心板鋼筋骨架的過程中，對鋼筋應(yīng)變計進行埋設(shè)；當試驗檢測用的空心板混凝土澆筑完畢后，將表面應(yīng)變計安裝在指定的位置，采用分級的方式施加荷載，并對每級荷載施加后的應(yīng)變數(shù)據(jù)進行測試，同時，對梁體進行檢查，看有無明顯的裂縫，寬度是否發(fā)生了變化。

3.3.2 布設(shè)測點

為了對橋梁跨中斷面的應(yīng)力分布狀況及應(yīng)力與荷載之間的關(guān)系進行考察，將應(yīng)力監(jiān)測點布設(shè)在試驗梁的跨中斷面處，底面的應(yīng)變測點布設(shè)在底板最底層的鋼筋上。腹板和頂板的應(yīng)變測點布設(shè)在混凝土表面。單片空心板上布設(shè)3 個鋼筋應(yīng)力測點和10 個混凝土應(yīng)變測點；在對抗彎承載力進行試驗的過程中，觀測控制截面的撓度變化，將撓度測點布設(shè)在梁體的四分點處，測試儀器為電子位移計，測點的布設(shè)情況分別如圖2～圖4 所示；在試驗全過程中，觀測空心板的裂縫情況，以此作為判定結(jié)構(gòu)承載力的依據(jù)，測試采用目測與裂縫測寬儀聯(lián)合的方法。

3.3.3 加載與控制

使用千斤頂在橋梁跨中斷面上進行單點加載，并將壓力傳感器安裝在千斤頂上，準確地控制加載力值。加載和卸載共分為26 級進行，加載過程參考抗剪承載力。

3.3.4 試驗結(jié)果

在每級加載過程中，測試邊板底面鋼筋的拉應(yīng)變和邊板頂面混凝土的壓應(yīng)變，分析應(yīng)變與荷載之間的關(guān)系。由施壓結(jié)果可知，鋼筋與混凝土的應(yīng)變趨勢全部處于正常狀態(tài)，其中鋼筋和混凝土的應(yīng)變最大值分別為2 203 με和-831 με，二者均小于材料本身的極限應(yīng)變，加載時對外觀進行檢測，無明顯的裂縫；隨著荷載的不斷增加，邊板的撓度未發(fā)生異常變化，卸載后，跨中殘余的撓度值為2.07 mm，說明結(jié)構(gòu)的剛度比較好。當增加至最大荷載時，邊跨的最大撓度達到57.94 mm。

在每級加載過程中，對中板底面鋼筋的拉應(yīng)變和頂面混凝土的壓應(yīng)變進行測試，試驗結(jié)果如下：中板鋼筋與混凝土的應(yīng)變變化趨勢全部為正常狀態(tài)，其中鋼筋和混凝土的應(yīng)變最大值分別為1 872 με 和-981 με，都比材質(zhì)本身的極限應(yīng)變小。加載時外觀未出現(xiàn)裂縫，說明承載力符合要求。

圖2 中板鋼筋應(yīng)力測點布設(shè)示意圖

圖3 邊板鋼筋應(yīng)力測點布設(shè)示意圖

圖4 撓度測點的布設(shè)示意圖

4 結(jié)論

綜上所述，在高速公路橋梁工程建設(shè)中，應(yīng)當對相關(guān)的試驗檢測技術(shù)進行合理運用，通過試驗所得的成果，對橋梁施工過程進行指導(dǎo)，從而保證橋梁的整體質(zhì)量。未來一段時期，要加大試驗檢測技術(shù)的研究力度，除了對現(xiàn)有的技術(shù)進行改進，還應(yīng)該開發(fā)一些新的技術(shù)，更好地為橋梁建設(shè)服務(wù)。