高速公路箱梁靜載試驗檢測方法

程 龍

中鐵十六局集團第五工程有限公司

1 引言

近年來，國內經濟快速發展，公路項目建設行業隨之得到發展。評估公路工程質量最直觀的方法是在施工后開展靜載荷試驗，并利用監測數據分析，為以后的使用打下基礎。本文主要從靜載荷試驗的目的入手，分析總結試驗項目、監測方案和技術，并結合實例探討公路箱梁的靜載荷試驗結果，以期為實際工程提供參考。

2 高速公路箱梁靜載試驗目的

（1）科學客觀地評估高速公路橋梁結構的完整性和功能性，用以確定工程質量是否達到設計標準。

（2）測試高速公路箱梁結構的強度、剛度與抗裂性，方便項目建成后的項目質量核收。

（3）檢驗橋梁在負載情況下的各種數據，例如應力、扭矩以及彎矩等，以保證工程的質量和安全[1]。

（4）研究橋梁的彎矩、扭矩、應力、應變，了解橋梁在高負載下的狀況。

（5）運用測試得到的信息以及數據制作高速公路項目資料檔案。

3 高速公路箱梁靜載試驗檢測項目

檢驗高速公路箱梁一般需要檢測兩項內容，即應變檢測與撓度檢測。在箱梁的靜載測試中，檢驗人員依照工程的實際情況與特點，合理布置測試項目，以保證在不破壞工程質量的情況下測試箱梁的應變與撓度。具體測試內容如下。

（1）應變檢測。高速公路箱梁截面應變通常選取金屬材料，在測試中檢測箱梁對截面應變控制的分布規律以及截面的承重能力，具體分為兩方面，即偏載荷載作用下與中心荷載作用下箱梁控制截面的最大靜應變。

（2）撓度檢測。相比于應變檢測，高速公路箱梁的撓度檢測較為復雜。在撓度檢測中，測試點通常選取箱梁的表面，一般情況下，檢測人員會沿著橋梁的走向，選取邊跨、中跨和次邊跨位置作為檢測位點，在每個箱梁截面上安排兩個以上的檢測點，采取百分表法，再利用全站儀檢測與記錄箱梁的撓度數據，重點勘測箱梁的縱向撓度變化。撓度檢測的內容也分為兩類：一類是偏載荷載作用下的箱梁截面的最大撓度，另一類則是中心荷載作用下的箱梁截面最大撓度。

4 高速公路箱梁靜載試驗檢測方案與技術

4.1 檢測方案

選擇合理點位的橋孔，制定科學的方案對所選擇的橋孔檢測，并對檢測到的一系列數據開展運算以及研究，在開始檢測前做好以下準備。

（1）制定詳細完整的檢測方案，并依照方案對受測車輛的質量實施測量，記錄并保存好每臺車輛的重量，以便于接下來的研究；清理高速公路箱梁并畫出測試點位，方便后續的檢測工作。

（2）按照測試方案的規定，處理每個檢測點以及檢測空位，做好檢測位點的打磨與清理工作，對應變片給予貼片處理，并做好后期維護，防止位點因受潮而影響測試結果的準確性。同時，在每一個檢測區安裝溫度補償應變裝置，保證這些區域的溫度處于相對恒定的狀態，減少檢測變量對檢測結果的不利影響。

（3）合理安裝檢測裝置與傳感裝置間的導線，并將必要的儀器與計算機連接調試，然后認真觀察檢測裝置的各項零件工作情況，確保裝置線路通暢，各儀器運行良好[2]。

（4）在檢驗工程實施前需要進行預加載，確定應變片與百分表的完整性，檢查檢測裝置是否可以正常工作，一切準備就緒后工作人員根據之前制定的方案進行檢驗。

4.2 荷載試驗

（1）荷載檢測時，無論高速公路處于何種工況，當負載車輛按照規定抵達相應位置時，車輛發動機至少停止工作五分鐘，檢驗人員在此階段定時記錄汽車的各項數值變化；汽車完成測試卸除負載時關閉發動機至少十分鐘，確保車輛結構及性能復原。

（2）在任何一種工程狀況下開展分級負載檢驗，按照同一車道車輛數目遞增和每次分3級加載方式開展。

（3）每次檢驗進行兩組以上的相同測試，減少因試驗次數不足造成的數據偶然性。

5 實例分析

5.1 實例概況

德陽中江至遂寧高速公路是四川省規劃建設的“16.8.8”網中的18條聯絡線之一、綿陽至遂寧高速（綿陽-中江-遂寧）的后半部分，連接了京昆（G5）、滬蓉（G42）和成渝環線（G93）三條國家高速公路。對進一步改善區域交通狀況、提高公路運輸能力、構建西部綜合交通樞紐、完善區域高速公路路網起著至關重要的作用。

四川省綿陽、德陽、遂寧是《成渝城市群發展規劃》的核心發展區域，位于“成都平原城市群”上，是成渝經濟區大力發展的區域性中心城市。本項目的建設對加強中心城市德陽與遂寧之間的橫向聯系、促進沿線區域的經濟發展和扶貧建設、帶動區域經濟、改善投資環境都具有重要而深遠的意義。

德陽中江至遂寧高速公路TJ-05標段路線全長14.222km，設計速度為100km∕h。TJ-05標段起訖樁號為K121+952.5～K136+175，位于三臺縣和射洪市境內。TJ-05標段部分工程數量如見表1。

表1 TJ-05標段部分工程數量表

5.2 靜載試驗檢測方法

高速公路箱梁靜載試驗需要按照規定的程序展開工作，認真測量與分析各項數據，并對所得的一切數據進行科學嚴謹的討論。選擇基本負荷測試，負荷效率控制在0.8～1.0。

（1）加載車輛。高速公路箱梁靜載測試通常選用300kN的三軸車輛。

（2）加載工況與順序。載荷條件包括跨橋對稱載荷、偏心載荷等。為了準確獲得載荷試驗曲線和結構位移曲線，靜態試驗載荷是分階段載荷、逐漸增大到最大載荷，然后逐漸減小零負載。

（3）測點布置及測量方法。依照測試需要安排測試位點并注意位點裂縫的狀況。①箱梁應變測點布置。在11跨跨中、15跨支點處的箱梁頂板、底板處設應變計裝置，定期觀察裂縫。距15#支點斷面箱梁內側腹板安裝弓形應變計和直角應變花，并采取IMP技術收集數據；②箱梁豎向撓曲變形。在箱梁的各支點處安排測試位點，使用水準儀觀察其縱向位移，得到縱向撓曲變形的精密數據。提前在11#跨中箱梁內橫向裂縫與豎向裂縫之間安置應變計，用以觀測箱梁應力情況。

5.3 靜載試驗檢測結果

靜載測試按照上文所提到的方法設置測試位點，強化檢測，得到準確可靠的數據信息，專業人員依照這些信息對工程進行研究。

（1）靜載試驗荷載效率。靜載試驗的加載效率即試驗得到的加載效率和計劃加載效率的比值，加載效率與試驗所得加載效率見表2。從表2發現，本次測試的加載效率值為0.88～1.02，符合標準，證明了檢驗加載效率可以反應設計加載。

表2 靜載試驗荷載效率

（2）撓度。檢驗10#、11#、12#下行幅與上行幅的撓度，測量得出數據，11跨的上、下行幅最大撓度為43mm、42mm，撓度系數為0.59、0.56，撓跨之間的比值分別為1∕2505、1∕2612，均在規定范圍內，證明高速公路橋梁質量與結構設計符合規定。

（3）應變。在11跨的跨中斷面測試中發現應變值的變化規律，并且得出應變校驗系數范圍在0.24～0.89。腹板與底板的檢測系數偏高，說明這兩處的受力較大。同時發現橫向偏載情況下的箱梁應變值差值較小，由此可知箱梁支點處的剛性較強、應力較小。并且，測試還分析研究了測點，最終得出應變規律：應變能力與負載有關，橋梁結構屬于彈性結構。

5.4 靜載試驗檢測結論

（1）檢驗加載效率可以反應設計加載。本次靜載試驗所得到的加載效率為0.88≤η≤1.02，證明了檢驗加載效率可以反應設計加載。

（2）高速公路箱梁靜載測試證明工程中的橋梁項目符合規定標準。測試中，荷載處于滿載狀態下，11跨下行撓度為42mm，撓跨間比值為1∕2612；上行幅撓度為43mm，撓跨間比值為1∕2505，小于標準的1∕6000，證明剛度符合規定標準，工程項目可以正常運行使用。

（3）靜載試驗檢測說明橋梁安全質量達標。本次試驗中，撓度校驗系數0.59、0.56，在標準范圍之內校驗系數較低，荷載效率符合規定，表明橋梁結構安全質量達標。

（4）箱梁的靜載試驗證明橋梁裂縫并不會減弱橋梁整體結構的承重情況。在開展試驗前期，橋梁的橋體有部分細小的裂縫，在測試過程中采取了相應的措施來監測裂紋的活動并觀察裂紋的形狀。測試和觀察表明，橋梁結構中的裂縫是不活動的，并且不影響橋梁工程結構的承載能力。

6 結束語

為了了解橋梁的質量和運行條件，有必要采取相應的方法，嚴格按照要求進行靜載荷試驗。橋梁箱梁的靜載荷試驗表明，該結構在設計載荷作用下處于彈性狀態，撓度、變形和裂縫均未出現異常，橋梁性能良好，工作狀態良好，安全可靠，足以正常操作和使用。作為施工人員，必須嚴格按照要求進行靜載荷測試和檢查，做好數據研究和分析，客觀評估橋梁工程的質量，對發現的質量缺陷及時采取維修措施，使橋梁項目的運作和功能更好。