橋梁支座檢測方法研究

張偉亮

山東省公路橋梁檢測中心有限公司 山東 東營 257100

引言

橋梁是目前道路交通等中常見的基礎設施結構，在道路交通項目數量快速增長的背景下，橋梁設施的數量也越來越多。橋梁支座是保證橋梁安全可靠使用的基礎，在延長橋梁的使用時間和功能上具有重要的作用。本文主要對橋梁支座的檢測方法進行研究，主要闡述了橋梁支座機構檢測的主要工作內容，針對橋梁支座容易出現的問題，分析了目前常見的檢測方法，旨在通過做好橋梁支座監測工作，避免橋梁支座對橋梁質量帶來影響，為實現橋梁的安全和交通運行做出積極保障。

1 橋梁支座檢測概述

1.1 橋梁支座

在橋梁項目建設中，支座是項目的基礎工程，具有承上啟下的作用，能將橋梁上部的結構載荷傳遞到橋梁的下部基礎結構中，保證橋梁的上部結構能在承載載荷時具有設計標準要求下的自由變形。橋梁支座的類型比較豐富，其中鋼支座、橡膠支座、抗震支座等是比較常見的支座形式。因為橋梁功能的需要，橋梁支座往往會承受巨大的載荷，在載荷作用下，支座很容易出現變形和損壞等問題。因此通常都會將橋梁支座設計為便于進行更換、替換的結構件。橋梁的功能是跨越道路、河流、建筑物等障礙，因此橋梁的跨度大、高度高。受到橋梁結構的影響，橋梁支座的數量多而且高度通常都需要借助梯子、腳手架或者是高架車才能進行檢測。因為橋梁投入使用后，往往通行的車輛數量多，無法進行禁行式檢測。因此有必要對橋梁支座的檢測技術進行研究，提高橋梁支座檢測的便捷性和有效性。

1.2 橋梁支座檢測

我國的橋梁建設能力和水平已經進入世界橋梁工程建設領域的一流程度，國內橋梁建筑企業已經承建了世界上長度最長、高度最高的橋梁項目，橋梁工程建設技術處于世界領先水平。在橋梁建設工程中，橋梁工程結構中的橋梁支座檢測，事關橋梁的安全可靠使用，是非常重要的檢測內容。我國目前橋梁的工程項目的數量多、種類多，需要針對不同橋梁結構開展支座檢測，才能有效保證橋梁的安全使用需要。橋梁工程的支座結構施工內容多而較復雜，施工工藝要求比較高。對橋梁支座的檢測也提出了不同的要求。我國大力推進橋梁等基礎建設。很多橋梁建設使用已經超過20年，面臨著橋梁支座結構老化產生問題的主要爆發時期，因此要加強對橋梁支座檢測技術的研究，制定檢測質量高、工作效率高的技術方案，準確找到橋梁支座的安全風險，適應橋梁檢測多樣化的需要[1]。

國內對橋梁支座的檢測研究和橋梁建設的發展需要相適應，注重從評定基礎理論和實踐檢測相結合的方向進行探索。目前國內通過采用各種先進的網絡化、電子信息化和自動化技術不斷提高橋梁支座檢測的效率和質量，推動檢測工作朝著科學化、專業化和標準化方向發展。橋梁檢測的工作內容、檢測指標比較多而繁雜，主要可以分為動載檢測、靜載檢測和無損檢測等類型，也可以分為長期檢測和短期檢測。針對檢測的性質分為施工過程的檢測、橋梁完工的檢測和橋梁使用檢測、橋梁維護檢測等。橋梁支座檢測的主要內容有，橋梁的外觀尺寸等指標變化、變形情況，還有支座的基礎混凝土質量、強度等情況，支座鋼筋結構銹蝕、老化、保護層情況等，支座存在的自振頻率等內容，針對檢測內容和方向，需要選擇相應的檢測技術和手段。正在運營中的橋梁支座一般還會增加載荷試驗，檢測支座的安全性和可靠性。

2 橋梁支座問題及其原因分析

2.1 橋梁支座的問題分析

橋梁支座產生損壞的問題表現主要有：一是在支座使用中，支座質量不過關，會出現使用壽命縮短，容易過早損壞，無法正常工作的現象。這可能是支座自身的建設材料質量不過關，支座的制作廠商生產工藝水平有限，導致支座本身存在質量問題而出現使用問題。比如橡膠支座的抗壓彈性模量的標準偏差為正負20%以內，但是因為橡膠選用的材料不合格，導致橡膠支座會在投入使用后，因為受力不均勻，支座出現縱向位移，在不同壓力下出現變形，從而出現支座過早損害的情況。二是支座安裝中，因為支座安裝的對中因素影響了支座的正常使用。在支座的安裝過程中，橋梁上部結構的支點位置必須和支座中心對中，才能保證支座很好地將上部結構壓力很好地傳遞到橋梁的下部結構。但受到施工現場環境、施工工藝水平等多種因素的影響，支座的對中比較難做到絕對對中。在設計中對支座安裝的對中要求是偏差小于5mm，板式結構安裝時支座中心偏差可以小于10mm。如果出現偏差過大的情況，就會導致支座出現過早損壞。三是在支座安裝高度控制中，施工單位的專業設備精度、施工方法和施工技術等限制，導致橋梁建設中臺墩等結構和設計要求出現一定的偏差。設計中要求臺、墩的頂面高程偏差在10mm以內。如果支座的梁板在預制過程中參數控制、底模精度出現問題，就會出現設計支撐點之間存在一定的高差。在橋梁支座的安裝施工中，必須利用水準儀等設備進行高差的測量檢查，如果檢測設備出現精度不夠的情況，就會導致支座的頂面高程測量數據有誤差。在支座的地面設計支撐的中心位置高差無法和誤差相抵時，就會造成支座梁板的底面受力不均勻，出現局部受力過大而損壞的問題[2]。

2.2 橋梁支座問題的原因分析

橋梁支座產生的問題表現雖然比較雜，但究其發生的原因主要來自以下方面：一是設計缺陷導致。橋梁支座的設計中，如果設計人員對設計的選型和布局出現問題，導致設計中的載荷和實際運行中的載荷出現較大差距，支座超負荷工作，導致支座出現過早損壞。如果設計中對施工的溫度、濕度、混凝土結構的收縮等因素考慮不全面，也會出現結構位移、變形等情況，減少支座正常使用時間。二是施工不足導致。在支座施工過程中，如果沒有嚴格執行施工技術標準，就很容易導致支座無法正常有效地將橋梁上部結構的壓力傳到下部結構，上部橋梁結構的作用力作用到支座上，導致支座出現位移或損壞。在施工過程中，還存在因為材料質量不過關、施工質量不達標、支座金屬結構防腐處理不可靠、支座墊石厚度不符合要求等問題，導致支座難以安全可靠運行，在受力不均勻的情況下出現局部過早損壞。三是維護保養不到位導致。橋梁正式投入使用后，要加強對橋梁支座的日常維護保養，以幫助橋梁支座始終處于良好的工作狀態。但如果因為養護管理不善，導致支座的滑動面和滾動面因為異物雜質等未及時清理而出現支座摩擦阻力增加，就會導致支座出現損壞。在橋梁使用中，如果長期處于過載運行中，也會導致支座的承受載荷超過設計標準出現安全風險。在橋梁的防水排水措施出現問題時，會導致支座的鋼結構出現銹蝕和松動、脫落等問題，如果不能及時進行維護和更換，就會直接影響支座的使用壽命。四是其他因素導致。橋梁的橋臺、橋墩出現不均勻沉降或者發生傾斜時，會導致支座承載出現不均勻問題，難以正常工作。在橋梁所處環境出現異常變化，如溫差過大時，就會導致支座的混凝土結構出現不正常收縮，影響支座的基座穩固[3]。

3 橋梁支座的檢測方法分析

3.1 接觸檢測方法

該技術需要對橋梁的支座主體進行接觸式檢測，才能對支座的情況進行評價。接觸檢測技術一般使用在橋梁的建設施工階段對支座的建設質量進行分析。橋梁的支座有單向活動、多向活動和固定3種方式，支座有隔震支座、橡膠板式支座等種類，支座的接觸檢測技術就是利用各種檢測方法對支座的外形尺寸，支座材料的質量、抗壓強度、彈性模量、抗剪彈性模量、摩擦系數等參數指標進行質量檢測，如果支座各項數據指標都滿足設計要求就證明該支座合格，能投入正常使用。橋梁支座的混凝土結構主要采用的是接觸檢測，利用混凝土外部應力、彈性變形等進檢驗數據來判斷混凝土結構是否合格。接觸檢測技術因為會和支座的結構表面等進行接觸，可能會造成支座出現局部的損傷，在支座接觸檢測不合格的情況下，需要按照設計施工要求對支座進行重新施工。在橋梁支座投入使用后，還要在使用過程中，采用應力測試設備對支座結構進行檢測，主要是對支座的設置合理科學的應力測試點，利用測試數據來評價支座的結構應力情況，查找是否存在應力結構問題、承載安全風險。目前的接觸檢測主要是由第三方的檢測機構獨立進行，通過提供翔實的檢測報告共橋梁建設方使用。

3.2 非接觸式檢測方法

非接觸式檢測因為不需要對支座造成接觸，也就不會對檢測部位帶來影響，因此也被稱之為無損檢測技術。橋梁支座的構件因為體積大、數量多，現在實行無損檢測是主流檢測方案。非接觸式檢測技術，主要是利用紅外線結構應力、無人機等設備進行檢測。

紅外線結構應力檢測技術。該技術主要是利用紅外線的穿透反射功能，利用專業的紅外線儀器來掌握支座結構內部的具體情況，主要檢測的指標有支座鋼材料、支座穩定性、應力變形情況等數據。在紅外線反射角度的變化中掌握支座結構的基本情況。支座如果出現內部鋼結構老化、腐蝕，紅外線檢測就能快速發現并定位問題，從而為后續的更新維修提供技術支撐。

無人機檢測技術。在目前移動互聯網、物聯網和5G技術的快速發展背景下，無人機檢測技術在支座檢測中得到了很好的應用。無人機檢測技術是一項綜合檢測技術，需要使用紅外線檢測設備、激光檢測設備等配合開展檢測。主要是通過對支座結構的模擬再現、動態分析，找到支座存在的質量問題和安全風險。無人機檢測技術，能利用無人機減少對專業檢測設備的需要，如橋梁支座高度過高等情況下使用無人機檢測，能有效減少設備支出和人員需要。在利用無人機對支座的結構等系列參數進行采集之后，可以將采集數據傳輸給計算機，利用數據模型采用有限元計算方式對數據進行分析研究，再利用三維結構軟件對支座內部的承載力等數據進行分析，從而掌握支座的動態變化情況、應力載荷作用下的變形情況。無人機檢測技術的精度較高，已經能實現毫米級別的數據采集和分析，實現支座模型的三維立體數據采集，對發現的支座結構上的裂縫等缺陷進行定位標記，減少人工檢測的工作量。無人機檢測的最大優勢，是利用現代化結構檢測軟件，實現對橋梁支座的結構應力檢測和研究。無人機能快速完成數量較多的橋梁支座檢測，以智能化方式的檢測數據采集快速而準確，有效減少了傳統檢測技術的時間。在鋼結構支座的檢測中，無人機能利用紅外燒線技術穿透金屬、非金屬和復合材料進行內部結構問題檢測，快速找到支座材料存在的裂縫等質量問題。能利用紅外熱成像技術對橡膠支座進行檢測，能快速檢測出支座是否存在質量缺陷。能利用超聲設備對大型橋梁支座進行檢測，利用各種專業軟件在計算機上對支座的工作狀態進行模擬再現和深入分析。無人機檢測技術具有較高的檢測效率，能縮短檢測時間、減少檢測流程，快速建立檢測數據庫，為后續的檢測提供真實準確的第一手數據信息。

雷達和紅外熱像檢測方法。該方法是利用雷達、紅外熱像儀、激光設備和超聲波技術，實現對范圍廣、數量多的支座檢測。紅外熱像儀能利用紅外攝像機對支座的表面溫度進行測量，以溫度圖像來查找支座混凝土開裂部位產生的熱點。雷達檢測是利用電磁脈沖技術發生電磁波，查找支座混凝土中反射回波的變化情況，從而找到混凝土支座的結構缺陷。

光纖傳感器檢測方法。該方法應用于橋梁支座的檢測中，主要是利用光纖傳感器在受到擠壓時的數據變化來查找支架的穩定、振動、位移等數據，光纖傳感器需要在橋梁支架建設中進行提前埋置，并利用專業的接收裝置實現對橋梁支座的長期檢測和監控。

4 結束語

橋梁支座的檢測方法都是為更好地保障支座的正常安全使用。在利用傳統檢測技術的同時，要與時俱進引入現代化技術成果，不斷優化改進檢測方法，升級檢測手段，降低檢測成本，提高檢測質量，保障橋梁支座的長期安全運行。