公路橋梁承載能力檢測評定技術的現狀與發展

文／朱其強 煙臺公路工程質量監測中心 山東煙臺 264000

引言：

橋梁承載能力指的是橋梁承受交通荷載和負荷的能力，我國不斷提高橋梁建造技術水平但是因為公路橋梁承載能力缺陷將會引發交通安全事故，因為橋梁使用時間比較長，不斷提高交通運輸壓力，原來的設計標準無法滿足當前交通運輸需求。因此需要檢測評定公路橋梁承載能力，結合檢測評定結果采取針對性的處理措施，進一步提高公路橋梁承載能力。

1、概述公路橋梁承載能力檢測評定的影響因素

1.1 公路橋梁結構的完整性

在評定公路橋梁的過程中需要考慮公路橋梁結構的完整性，完成公路橋梁建設之后在交付使用之后，在外力加載的影響下，公路橋梁將會產生損傷。在行車負荷的影響下，再加上自身重量的負荷，將會破壞公路橋梁結構的完整性，不利于均衡的向下傳遞公路橋梁行車作用力，同時會產生嚴重的結構性破壞，例如發生公路橋梁梁板單板受力的情況，影響到公路橋梁通行的安全性，引發嚴重的安全隱患。因此公路橋梁結構性完整性直接關系到公路橋梁承載能力。

1.2 裂縫

在公路橋梁結構中經常會發生裂縫問題，裂縫問題直接影響到鋼筋混凝土材料的承載力和抗滲能力以及耐久性等，甚至會減少橋梁使用壽命。公路橋梁裂縫主要包括非結構性裂縫和結構性裂縫。非結構性裂縫指的是公路橋梁自身不符合環境要求，或者自身性能不符合相關標準，從而產生裂縫問題。結構性裂縫是因為橋梁結構承載力降低引發的裂縫。通常是在結構受力之后產生橋梁裂縫問題，因此在處理橋梁裂縫的過程中，需要結合實際情況判斷裂縫類型，從而選擇針對性的處理措施。

1.3 鋼筋銹蝕

公路橋梁發生鋼筋銹蝕問題，將會影響到公路橋梁承載能力。發生鋼筋銹蝕問題之后，混凝土和鋼筋之間將會產生間隙，因此減少混凝土對于鋼筋的握裹力，降低公路橋梁整體施工質量。如果公路橋梁重要結構部件產生鋼筋銹蝕問題，將會直接減少公路橋梁使用壽命。發生鋼筋銹蝕問題主要是因為混凝土缺乏密實性，或者是因為鋼筋保護層的厚度不符合相關標準。發生鋼筋銹蝕之后，將會嚴重損壞結構構件，例如會減少構件截面積，同時會降低鋼筋和混凝土的咬合力，最終降低橋梁結構的承載力。

1.4 混凝土施工質量

在公路橋梁施工過程中，施工單位沒有嚴格控制水泥選取和混凝土水灰比以及保護層厚度控制等方面，完成澆筑工作之后，鋼筋混凝土構件內部將會產生質量問題，降低整體混凝土結構的抗侵蝕能力和抗銹蝕能力，最終降低橋梁結構的承載力。

1.5 公路橋梁變形

評測公路橋梁承載能力的過程中，公路橋梁變形屬于重要的影響因素。在使用公路橋梁的過程中允許結構變形在限值范圍內。在公路橋梁運行過程中，如果荷載超過限值，發生的結構變形問題將會直接影響到公里橋梁質量。

2、靜載試驗

通過觀察檢查可以確定施工支模處于良好的工作狀態，而且箱梁外觀具有平整性和光滑性。通過檢查表面色澤可以確定工作人員沒有做好箱梁養護工作，兩個構件表面并沒有出現明顯的裂縫。為了確定箱梁實際情況，技術人員可以針對箱梁開展非破損的荷載試驗，通過確定箱梁剛度和抗壓強度以及自身性能等，可以確定箱梁的承載力。但是因為技術條件的限制，技術人員無法在完成鋼箱梁組裝之后立刻開展檢測工作。此外現澆連接接頭和施工技術等因素直接影響到箱梁力學性質，而且箱梁利用先簡后支的連續結構。因此箱梁在不受力的情況下，針對箱梁組織跨簡支梁試驗活動，構建箱梁支梁的受力模型。

2.1 試驗項目

第一，以荷載力施加為基礎，有效測量接頭應變力。第二，以荷載力施加為基礎檢測截面撓度。第三，以荷載力施加為基礎檢測箱梁開縫情況。

2.2 截面選取

通過施加荷載力，有效測定控制截面的箱梁內力和變形情況，技術人員在選擇檢測截面的過程中，要選擇產生最大內力和最大變形的截面。工作人員要明確檢測目的，綜合測試控制和數據采集等因素，確定檢測截面。如下圖1所示將檢測截面單位跨中A-A 截面和1/4、跨B-B 截面以及支點C-C 截面。

圖1 各控制截面位置示意圖

2.3 布置測點

首先需要布置應變測點，利用電阻應變片和靜態應變測量系統以及計算機等。橋梁橋面板鋪設構造的影響下，不適合布設測點，因為箱梁壁厚和梁高比較小，為了提高作業便利性，需要在箱梁控制截面的側面布置應變測點，每個截面需要布置6 個測點，要保障測點布置的對稱性。在撓度測點布置過程中，需要利用電子位移計在箱梁各個控制截面布置撓度測點，而且在每個控制截面需要布置兩個測點。此外需要注意觀測裂縫，在加載之前明確裂縫分布情況，并且持續增加荷載之后，測量箱梁裂縫寬度。在滿載之后確定箱梁是否增加了新的裂縫，利用顯微鏡設備那個卻裂縫寬度。

2.4 試驗荷載

在試驗過程中需要計算試驗荷載，并且以此為基礎完成相應的布置工作，施工單位需要根據相關規范有效計算控制截面下不利內力數值，并且確定承載力檢驗系數，從而確定控制截面的內力計算值，并且以此為基礎計算試驗荷載。

在試驗過程中需要遵守以下原則：第一，試驗過程中利用分級加載方式和荷載加載模型。第二，為了提高測試數據的準確性，荷載增加時間需要維持15min。工作人員需要分析采集工程情況數據信息，如果發現一行數據需要再次組織數據采集工作。第三，工作人員需要精確性的檢測箱梁結構應力和裂縫等情況，在最大荷載力到達之前如果箱梁發生變形或者裂縫等問題，需要立即停止加載。

3、公路橋梁承載能力檢測評定技術

3.1 經驗法

經驗法指的是在公路橋梁承載能力檢測評定過程中，需要安排具備豐富工作經驗的專家引入在1.2 以內的檢算技術，準確檢算結構強度和穩定性。并且結合橋梁結構存在的裂縫和橋臺沉陷以及水平位移等問題，精確性的驗算橋梁結構強度和穩定性。科學技術不斷發展，因為專家主觀因素影響到這種方法的應用，而且評定指標具有單一性特征，不利于控制檢算系數和評定標準，同時無法定量化應用檢算結果，因此不斷降低使用頻率。

3.2 承載能力衰減時變模型法

這一時變模型綜合考慮混凝土強度和碳化深度以及鋼筋銹蝕程度等結構耐久性參數，根據不同損傷程度的橋梁承載能力建立衰減模型，可以為舊橋承載能力評定和橋梁剩余壽命評定工作提供參考依據。但是利用這一方法也存在不足之處，例如針對碳化深度和混凝土強度以及鋼筋強度等方面的取值范圍缺乏精度，而且需要進一步提高不同地區和不同橋型結構的適用性。

3.3 荷載試驗方法

利用荷載試驗方法可以分析荷載作用下橋梁結構校驗系數，同時可以保障系數的準確性和客觀性，從而確定公路橋梁安全儲備區間。在實際應用過程中，利用這種方法需要耗費較多的時間，而且試驗場地規模比較大，同時需要利用較多的試驗資金，因此在大型并且保證資金充足的橋梁工程中適合利用這種方法。在公路橋梁承載能力檢測評定過程中利用這種方法可能會引發新損傷，而且產生的結果只是業應結構短期現象，在結構疲勞特性和耐久性指標檢測過程中不能利用這種方法。

3.4 基于動測參數的評定法

利用這種方法的過程中，指的是在荷載和激振以及脈動作用下，測試結構的動態響應，例如需要結合振幅和自振頻率以及振型等準確的評定結構承載能力。動測法可以有效檢測公路橋梁結構的實際運營狀態，同時可以在動荷載作用下真實的業映出結構力學性能和受力狀況。但是當前動測法缺乏完善的工作方法，同時沒有建立相應的計算模型。

3.5 基于檢測結果定量化的評定法

基于檢測結構定量化評定法的基礎為我國舊橋承載能力檢定方法，在評測過程中利用這種方法，可以綜合考慮橋梁缺損情況和自振頻率以及材料強度等方面，有利于提高評定結果的準確性，但是這種方法也存在不足之處，如下：第一，主要是利用回填法和鉆芯取樣法以及超聲回彈法等方法判斷構件材質，但是檢測結果和實際情況具有較大的差異性。第二，因為工程計算模型尺寸和邊界條件以及施工原因的影響，利用實測頻率和理論計算頻率的實測值確定分項標度的過程中，計算結果和實際情況具有較大的差異性。第三，因為公路橋梁主要是利用鋼筋混凝土，但是并沒有明確鋼筋混凝土組合結構的很多部分。第四，在評測過程中需要考慮耐久性影響，但是構件強度和鋼筋銹蝕程度以及電阻率測區是否可以代表構件實際情況還沒有得到證實。

3.6 基于原始指紋評定法

原始指紋指的是竣工之后搜集整理的各種施工信息材料，原始指紋在當前公路橋梁承載能力檢測評定過程中發揮著重要的作用，在檢測評定過程中通過對比分析原始信息資料和當前檢測結論信息，通過核對和檢查工作，有利于及時發現問題，并且確定公路橋梁承載力降低的實際原因，利用這種方法可以精確調查范圍和目標，有利于及時發現安全問題。

4、公路橋梁承載能力檢測評定主要方法及其比較

4.1 檢測評定橋梁的內容

落實橋梁測量工作可以為橋梁結構承載力評定提供依據，不同類型的橋梁的檢測內容是不同的。在混凝土梁式橋梁檢測過程中，需要檢測鋼筋銹蝕程度和混凝土強度以及保護層厚度等。針對鋼結構橋梁，需要檢測螺栓情況和鋼構件損傷情況以及構件彎曲情況等。針對磚石橋，需要檢測水泥構件裂縫和主拱圈開裂以及拱圈尺寸變化等。

4.2 橋梁檢測評定的方法

在橋梁檢測和評估過程中，需要評定橋梁技術狀況，同時需要利用主荷載試驗法，有利于判斷橋梁結構的可用性。橋梁細部構件權重直接影響到橋梁技術等級評定結果的準確性和客觀性。結合評定標準可以劃分橋梁技術狀況為以下五個部分：第一，完好狀態的橋梁，主要結構部件沒有發生損壞。第二，輕微缺損的橋梁，出現缺損的部分不會影響到橋梁使用功能。第三，存在中等缺陷的橋梁結構，可以實現正常使用，或者經過簡單維護之后橋梁主要部件仍舊可以正常使用。第四，橋梁存在大缺損的構件，已經影響到橋梁正常使用，而且會影響到公路橋梁承載能力，嚴重威脅到橋梁使用安全，需要及時開展維修工作。第五，橋梁主要結構部件發生嚴重損壞，已經無法正常使用，不利于保障使用的安全性，需要及時開展重建工作。

在公路橋梁承載能力檢測評定過程中經常會利用荷載試驗法，通過在橋梁結構上施加外部荷載，在外部壓力的影響下，并且利用檢測儀器測量橋梁主要部位的水平垂直位移和裂縫發展等情況，并且結合計算結果檢測橋梁承載力。

4.3 比較橋梁簡單測評評定方法和靜態荷載

根據橋梁檢測人員的實踐經驗可以將橋梁等級評定方法分為以下五類，一二類橋梁直接判定為完好，三四類橋梁可以利用維修措施恢復橋梁承載能力。五類橋梁需要進行重建。利用這種方法不利于保障評定結果的精確性。評定靜態荷載的方法具有較高的精確性，但是工作過程非常繁雜，而且過于依賴原始橋梁資料，同時需要耗費較多的資金，會影響到正常交通。通過橋梁檢測和評估可以判斷橋梁結構的可用性，在橋梁重力性和荷載的影響下，橋梁整體結構的安全性將會受到影響。如果橋梁部分結構發生損傷，因為過大受力，或者因為結構整體性受到影響，從而降低整體橋梁的承載力。因為判定橋梁等級和靜態荷載的方法具有不同的優勢和不足，因此需要結合實際情況確定方法。

5、基于公路橋梁承載能力的加固措施

5.1 加裝鋼板

在公路橋梁加固過程中，在橋梁外加裝鋼板有利于提高公路橋梁承載能力，而且會增加公路橋梁的橫截面。當前并沒有廣泛利用這種加固方式，這是因為鋼板加工難度比較大，在加裝過程中需要利用支護設備，而且在投入使用之后還需要不斷維修和保養鋼板。

當前在鋼板加裝過程中，主要是在橋梁表面粘貼玻璃鋼，因為材料的彈性模量無法滿足混凝土要求，完成加固工作之后，在受力之后將會產生變形問題，因此通常是在臨時加固并且沒有大客車通過的公路橋梁中利用。

5.2 加裝鋼筋

加裝鋼筋指的是在公路橋梁表面二次加裝鋼筋，對于公路橋梁表面起到固定作用，以橋梁自身重量不變為前提，有效提高橋梁的抗彎性。通常在城市橋梁加固工作中不會利用這種方式，因為這種方式會影響到公路橋梁的外觀。

5.3 修補裂縫

裂縫是公路橋梁經常出現的問題，如果出現的裂縫比較小，對于公路橋梁結構的影響比較小，工作人員通過多層噴灑修補即可修復裂縫。如果產生的裂縫比較大，需要填補瀝青膠結料，在填補過程中需要做到低壓慢速。在修補裂縫管道過程中可以利用鋼板法，利用鋼釘和樹脂連接固定各塊鋼板，再利用膨脹型螺栓固定橋梁主體和鋼板結構，通過整體加壓方式修補裂縫，避免進一步擴散裂縫。

5.4 混凝土再澆筑

公路橋梁施工中因為外界水文地質的影響，經常會出現橋梁彎曲問題，為了解決這一問題施工單位需要利用混凝土再澆筑方式，因此提高公路橋梁的穩定性和強度。在混凝土再澆筑之前，施工單位需要全面清理橋面鋪裝層，完成清潔工作之后落實二次混凝土澆筑工作，可以增強橋梁彎曲部位的厚度，通過發揮混凝土再澆筑施工技術，可以進一步提高橋梁結構的抗剪切強度。

5.5 錨噴加固

在公路橋梁加固過程中利用錨噴加固技術，通過利用噴射手段可以加固鋼筋網和錨桿為整體，將速凝劑摻入施工材料中，通過充分混合支護可以促進施工材料凝結，有利于提高整體路面結構的強度。同時可以保障公路橋梁的質量。在錨噴施工過程中，施工單位需要結合實際情況運輸和澆筑混凝土材料，可以節省橋梁加固環節，因此簡化了加固作業，有利于提高整體施工效率。

結語：

在公路橋梁運行過程中，公路橋梁承載能力檢測評定技術發揮著重要的作用，但是當前利用的評定方法存在不足之處，相關工作人員需要利用新技術，不斷修正和完善公路橋梁承載能力檢測評定工作，保障公路橋梁承載能力檢測評定結果的精準性。