橋梁技術狀況檢測和荷載試驗探討

文／江西省天馳高速科技發展有限公司 張赟 黃勝強

關鍵字:橋梁工程；技術狀況；荷載試驗；檢測

1 橋梁概況

某橋梁跨徑為5*22m+(17.5+30+30+17.5)m+4*22m+(2*22+25+2*22)m，橋面橫向按1.5m人行道+7.5m行車道+1.5m中央分隔帶+7.5m行車道+1.5m人行道結構布置，上部主要采用鋼筋混凝土工字梁組合彎板結構，下部則為肋板式結構橋臺，雙柱墩，部分橋墩墩身采用2根直徑1.5m的圓形立柱，其余柱墩墩身均按2根1.2m*1.0m的矩形立柱設計。橋面鋪裝按8cm厚鋼筋混凝土墊層+6cm厚瀝青混凝土面層設計。30m跨板梁采用C50標號混凝土，其余跨板梁均使用C40標號混凝土，該橋梁結構設計行車荷載等級為汽車-20，掛車100。

2 檢測內容

2.1 橋面外觀檢測

主要進行橋面鋪裝、伸縮縫、泄水孔、護欄等的檢測。

2.2 上部結構外觀檢測

上部結構主要有工字梁、微彎板、支座等。

2.3 下部結構外觀檢測

下部結構檢測對象主要包括橋墩、橋臺、基礎及護坡等。

2.4 混凝土試驗檢測

根據《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（JGJ T23-2011），本橋梁工程工字梁、墩身、橋臺臺帽等混凝土結構強度試驗采用回彈法[1]進行。工字梁、墩身、橋臺等受力構件混凝土保護層厚度檢測通過測定儀完成，并比較施測部位保護層厚度實際值與設計值之差，進行混凝土保護層厚度對結構耐久性影響程度[2]的分析。

此外，根據結構設計中橋梁上部結構承重構件尺寸的測量結果，進行橋梁加固施工方案技術可靠性驗證。采用鋼筋位置測定儀、保護層測定儀以及鑿開實測等技術進行工字梁鋼筋數量和直徑尺寸的檢測。

2.5 技術狀況總體評定

在上述檢測項目全部完成的基礎上，根據《公路橋梁技術狀況評定標準》（JGJ/T21-2011）的相關規定并按下式進行本橋梁結構技術狀況的總體評價[3]：

3 檢測結果及荷載試驗

3.1 梁端斜截面裂縫檢測

本次檢測采用內窺鏡和超聲層析成像法相結合進行梁端斜面裂縫檢測，先采用內窺鏡法對所發現的裂縫等病害拍照儲存，再用附加鋼尺對裂縫規模、長度、走向等進行輔助定位，并通過超聲層析成像法進行病害的復測和定位。根據本橋梁結構的應力應變屬性，其裂縫等病害通常先發生在梁端，所以梁端斜截面裂縫測區應布置在梁端2.0～3.0m的區域，并按0.1m的間隔進行測線布置，沿垂直向展開觀測。

本橋梁285片預制板梁端斜向裂縫檢測結果表明，發生斜向裂縫的預制板梁數為145片，在全部檢測結果中占比50.88%。

3.2 橋面標高和墩柱豎直度檢測

進行橋面標高檢測時，應在測點處進行標記，并沿閉合水準線路施測，根據橋面標高線性曲線圖可以看出，本橋梁工程橋面曲線整體上較為平順，橋梁正交段橋面橫坡均值為1.68%。

墩柱豎直度檢測通過垂球方式在橋墩墩柱全高范圍內施測，依據相關規定和檢測結果，全部墩柱豎直度均未超限，且檢測過程中也未發現墩柱在運行中存在傾斜等跡象。

3.3 鉸縫損傷檢測

該橋梁上部結構板梁鉸縫因長期荷載而引發橋面鋪裝層破損、橋下滲水等嚴重病害，為全面而準確掌握空心板梁病害程度，在2019年年底橋梁定期檢測過程中進行了空心板梁鉸縫專項檢測，通過測量鉸縫跨中兩側板梁實際位移，估算出板梁的相對位移，并根據相對位移進行鉸縫破壞程度的判定，為說明問題，此處引入無量綱量α[4]，其公式如下：

式中：Δ——鉸縫跨中兩側板梁相對位移實測值（m）；L——跨徑（m）；10000——調整系數。若α＜0.14，鉸縫結構完好，若0.14≤α≤0.58，則鉸縫結構存在病害，若α＞0.58，則鉸縫結構完全破壞。

通過多點動態位移檢測系統進行20～30min內正常行車狀態下鉸縫兩側梁體豎向位移及動撓度的測量，檢測數據顯示，對于無滲水且橋面無縱向裂縫的鉸縫其狀態完好，而橋面存在縱向裂縫或破碎帶、鉸縫滲水等情況下，鉸縫結構存在病害，且鉸縫損傷數為118條，在總鉸縫數280條中占比42.14%。

3.4 荷載試驗

3.4.1 靜載試驗

為充分了解加載內力增加與結構應變、變位之間的關系，應分級進行主控截面內力加載，并完成每一級加載后，進行相關測點讀數并預測和判斷橋梁下一級加載的安全性，待加載至最大荷載后按照反向次序分級卸載。如果在試驗過程中發生異常聲響、主梁裂縫、控制點較大應變和變位等情況，必須暫停試驗。

靜載試驗結果表明，在正彎矩工況滿荷情況下本橋梁主梁應變校驗系數均在1.0以下，結構剛度和截面強度基本符合要求。在剪力工況滿荷情況下，應變校驗系數也不超出1.0水平，結構斜截面強度符合設計要求。滿荷情況下殘余變形相對值及殘余應變相對值均不超出20%，結構彈性狀況和受力狀況良好。

3.4.2 動載試驗

進行本橋梁結構動載試驗以確定沖擊系數動力參數的具體取值，動載試驗主要包括行車試驗、緊急剎車及跳車試驗三個項目。行車試驗包括車速20km/h、30km/h、40km/h三種工況；緊急剎車試驗和跳車試驗主要進行車速20km/h和10km/h工況下跨中動態增量測試。

通過微積分將動載試驗所取得的跨中橋面加速度時程曲線轉化為豎向位移時程曲線[5]，并通過下式進行不同工況下橋梁實際沖擊系數μ的量化計算：

式中：Smax、Smin——動力荷載影響下測點位移最大、最小值（m）。

本橋梁動載試驗測試結果表明，沖擊系數實測值最大可達1.35，比設計值1.23大，剎車試驗、跳車試驗所得梁體動力放大系數分別取1.36和1.45，均大于設計值，本橋梁結構加固后其結構剛度、上下部結構承載力等均能滿足設計荷載等級水平。

4 結論

根據對本橋梁結構的檢測和荷載試驗，結合相關規范可判定該橋梁技術狀況為不合格，具體而言，該橋梁原設計荷載無法滿足當前日益增大的行車荷載的要求，在該結構加固施工過程中應更換或加固上部結構板梁，提升橋梁結構荷載等級；對橋梁墩臺鋼筋銹脹處理的基礎上修復混凝土保護層，徹底鑿除墩柱、蓋梁表層混凝土，植筋后進行外包混凝土加固；加固完成后為延長橋梁使用壽命，還應加強超載超限控制以及日常巡查和養護。