關(guān)于吉首光明大橋評(píng)估與加固方法的研究

摘 要: 本文以湖南省吉首光明大橋檢測(cè)加固工程為背景，對(duì)混凝土橋梁評(píng)估的方法和加固方案進(jìn)行了研究。根據(jù)橋梁使用現(xiàn)狀，即理論分析、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，提出了WBS方法與多層次模糊綜合評(píng)估相結(jié)合的橋梁檢測(cè)評(píng)估方法， 并給出了加固方案。

關(guān)鍵詞:橋梁檢測(cè)和評(píng)估;工作分解結(jié)構(gòu)(WBS);多層次模糊綜合評(píng)估;加固;鑒定

中圖分類號(hào):U445.7+2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1008-0422(2009)07-0194-03

1引言

交通運(yùn)輸事業(yè)的飛速發(fā)展，為公路橋梁建設(shè)提供了良好的發(fā)展機(jī)遇，國內(nèi)外橋梁的數(shù)量是越來越多。但是，早期建設(shè)的橋梁，標(biāo)準(zhǔn)低和承載力不足，逐步阻礙交通暢通，成為公路交通“瓶頸”。據(jù)全國公路普查資料[1]，截止到2004年底，我國公路共有橋梁321612座，總長13376415延米，互通式立交橋2338座，總長444980延米。，我國公路共有13303座橋梁被定為危橋，總長度為466887延米。據(jù)測(cè)算，若將目前的13303座的危橋全部改造，需投入資金112億元。為了確保大型橋梁結(jié)構(gòu)的使用安全性，減少或避免國家財(cái)產(chǎn)、人民生命的重大損失，進(jìn)行大型橋梁的安全性能進(jìn)行檢測(cè)、評(píng)估評(píng)價(jià)和加固已經(jīng)成為橋梁工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。

2現(xiàn)有橋梁評(píng)估方法

橋梁評(píng)估是橋梁維修和加固的重要依據(jù)。自20世紀(jì)80年代以來，橋梁的評(píng)估日益受到國內(nèi)外專家學(xué)者的重視，在

橋梁的評(píng)估方面作了大量的研究，特別是在橋梁的承載能力評(píng)估、結(jié)構(gòu)損傷和構(gòu)件疲勞等方面取得一定的進(jìn)展。在實(shí)際的橋梁評(píng)估中，對(duì)中小橋梁與大型橋梁采取不同的評(píng)估方法。在大型橋梁評(píng)估研究中經(jīng)常采用的一種方法是在橋上建立結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)反映橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的特性參數(shù)進(jìn)行部分或全面監(jiān)測(cè)，然后以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與人工檢測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用綜合評(píng)價(jià)的方法對(duì)大型橋梁的安全性做出科學(xué)的評(píng)價(jià)。中小橋梁由于數(shù)量多，分布廣，目前不可能在每座橋上安裝結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，只能通過定期或不定期的檢測(cè)手段，對(duì)中小橋梁承載能力做出評(píng)價(jià)。關(guān)于承載能力方面，目前采用的評(píng)估方法主要有:基于外觀調(diào)查的方法、基于設(shè)計(jì)規(guī)范的驗(yàn)算評(píng)定方法、荷載試驗(yàn)法[2]、專家系統(tǒng)的方法[3]和基于結(jié)構(gòu)可靠度理論[4]的方法。以狀態(tài)評(píng)價(jià)為主的綜合評(píng)價(jià)方法主要有:層次分析法[5]、工作分解結(jié)構(gòu)評(píng)估[6] 、模糊綜合評(píng)價(jià)[7]等等。針對(duì)大型橋梁狀態(tài)評(píng)估的特點(diǎn)，以及評(píng)價(jià)技術(shù)的現(xiàn)狀，可考慮同時(shí)采用多種方法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以提高評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。本文結(jié)合吉首市光明大橋的實(shí)際情況，在WBS分解的基礎(chǔ)上采取多層次模糊評(píng)價(jià)模型來對(duì)吉首市光明大橋進(jìn)行評(píng)估。將WBS方法用于橋梁的檢測(cè)評(píng)估中并配以編碼系統(tǒng)可使評(píng)估工作條理性、系統(tǒng)性更強(qiáng)，便于將檢測(cè)的情況與評(píng)定錄入信息系統(tǒng)。而將WBS方法與多層次模糊綜合評(píng)估法相結(jié)合，則使橋梁評(píng)估既便捷又科學(xué)，提高了橋梁檢測(cè)評(píng)估的可靠性，最后根據(jù)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行加固。

3WBS方法及多層次模糊綜合評(píng)估法簡(jiǎn)介

3.1 WBS方法簡(jiǎn)介

WBS是把項(xiàng)目(目標(biāo)、任務(wù)、工作范圍、合同要求)按照系統(tǒng)原理和要求分解成互相獨(dú)立、互相影響、互相聯(lián)系的項(xiàng)目單元，將它們作為項(xiàng)目的計(jì)劃、實(shí)施、控制和信息傳遞等一系列項(xiàng)目管理工作對(duì)象，通過項(xiàng)目管理將所有的項(xiàng)目單元合并成為一個(gè)工作整體，以達(dá)到綜合的計(jì)劃和控制要求。

現(xiàn)從橋梁普檢的角度，闡述一下WBS方法在橋梁評(píng)估中的應(yīng)用。橋梁檢測(cè)從按照部位檢測(cè)的角度從總體上可分為上部結(jié)構(gòu)檢測(cè)、下部結(jié)構(gòu)檢測(cè)、附屬結(jié)構(gòu)檢測(cè)。上部結(jié)構(gòu)檢測(cè)主要包含上部主要承重結(jié)構(gòu)、上部次要承重結(jié)構(gòu)、支座、橋面板的檢測(cè);下部結(jié)構(gòu)檢測(cè)主要分為橋臺(tái)及基礎(chǔ)、橋墩及基礎(chǔ)、地基沖刷、翼墻耳墻及護(hù)坡等方面的檢測(cè);附屬結(jié)構(gòu)檢測(cè)則包含橋面鋪裝、排水設(shè)施、人行道及護(hù)欄、伸縮縫、照明標(biāo)志、調(diào)治構(gòu)造物的檢測(cè)。將某橋梁的檢測(cè)作為項(xiàng)目目標(biāo)層，依次劃分分項(xiàng)層及子項(xiàng)單元層，并進(jìn)行統(tǒng)一編碼，以便錄入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，便于信息化。其分解圖式見圖1。

3.2 橋梁檢測(cè)的多層次模糊綜合評(píng)估法

橋梁評(píng)估是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)評(píng)估，由于評(píng)定往往建立在評(píng)價(jià)者的知識(shí)水平、經(jīng)驗(yàn)以及主觀感覺上，摻雜著人為因素造成的偏差，有很多模糊的因素影響精確的評(píng)估。而模糊綜合評(píng)價(jià)是一種在對(duì)多種因素影響的事物或現(xiàn)象進(jìn)行總的評(píng)價(jià)過程中設(shè)涉及到模糊因素或模糊概念的評(píng)價(jià)方式，模糊綜合評(píng)價(jià)的理論體系建立在模糊集合論基礎(chǔ)上，同時(shí)其自身有嚴(yán)格的理論體系，模糊綜合評(píng)價(jià)可以滿足多因素、多級(jí)的評(píng)價(jià)要求，因此在WBS分解的基礎(chǔ)上采取多層次模糊評(píng)價(jià)模型來對(duì)橋梁進(jìn)行評(píng)估將更為科學(xué)和客觀。

對(duì)橋梁使用性能評(píng)估的等級(jí)劃分主要依據(jù)病害或缺陷的嚴(yán)重程度，以及對(duì)現(xiàn)行規(guī)范的滿足程度，具體定義為:A級(jí)，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求;B級(jí)，略低于設(shè)計(jì)規(guī)范要求，但不影響正常使用，一般可不作處理;C級(jí)，局部不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，已影響正常使用，應(yīng)進(jìn)行維修;D級(jí)，不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，但還有一定的安全儲(chǔ)備，不致于立即發(fā)生危險(xiǎn)，應(yīng)采取維修、加固措施;E級(jí)，嚴(yán)重不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，橋梁處于危險(xiǎn)狀態(tài)隨時(shí)有發(fā)生意外的可能，必須立即采取安全措施。

用《公路技術(shù)養(yǎng)護(hù)規(guī)范》中提出的結(jié)構(gòu)損傷度DV，(DamageValue)的概念來度量結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的損傷程度，其取值范圍為0≤DV≤1.0。當(dāng)損傷度為0時(shí)，表示結(jié)構(gòu)或構(gòu)件處于完全無損的狀態(tài);當(dāng)損傷度為1時(shí)，表示結(jié)構(gòu)或構(gòu)件已處于完全損壞且不能承受荷載的狀態(tài)。制定結(jié)構(gòu)損傷度作為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的損傷程度度量可將結(jié)構(gòu)損傷程度量化，例如將某一指標(biāo)劃分為“完好”、“良好”、“較好”、“一般”、“較差”、“極差”等，相應(yīng)地賦0，1，2，3，4，5分值，具體評(píng)分規(guī)則見表2[3]，部件損傷度標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算公式:dij=ERj/5。式中，ERj為評(píng)定標(biāo)度。

選用的等級(jí)隸屬函數(shù)如圖2所示。

(1)

4吉首市光明大橋現(xiàn)狀

吉首市光明大橋位于吉首市西環(huán)路石家沖路口至光明供銷社路段，由吉首市建設(shè)委員會(huì)建設(shè)，由長沙鐵道學(xué)院勘察設(shè)計(jì)研究院于1999年設(shè)計(jì)，由中國有色二十三冶金建設(shè)公司于2001年施工建成。該橋?yàn)殇摻罨炷两Y(jié)構(gòu)跨河橋，橋臺(tái)采用重力式U型橋臺(tái)，上部結(jié)構(gòu)為混凝土箱梁，橋墩為混凝土樁柱式橋墩，橋長145m，橋?qū)?8m，凈寬14m。全橋共4跨，跨徑3×40m+1×25m。光明大橋?yàn)槌鞘泄窐颍瑯蛎嬖O(shè)有雙向兩車道，兩邊各設(shè)有2.0m寬的人行道。

經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該橋使用近6年后，橋主體結(jié)構(gòu)墩臺(tái)基礎(chǔ)未出現(xiàn)明顯不均勻沉降變形，且未見箱梁跨中有明顯撓曲變形;部分護(hù)欄出現(xiàn)不同程度開裂情況，兩端橋臺(tái)毛石擋墻存在水平裂縫，經(jīng)分析，該裂縫出現(xiàn)的原因是擋墻長期受橋梁豎向及水平荷載作用而導(dǎo)致的。

5確定吉首光明大橋的技術(shù)狀況等級(jí)

5.1子項(xiàng)單元損傷度的評(píng)定及項(xiàng)目損傷度的確定

根據(jù)檢測(cè)情況，對(duì)各因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，吉首市光明大橋檢測(cè)的具體評(píng)定見表2。

根據(jù)表2損傷情況，計(jì)算該橋損傷度DV見表3(各層次各項(xiàng)因素權(quán)重已在表中注明)。

5.2確定橋梁的技術(shù)狀況等級(jí)

根據(jù)所得DV值，代入等級(jí)隸屬函數(shù)中，按照最大隸屬原則得出橋梁的相應(yīng)的技術(shù)等級(jí)狀態(tài)。

在本項(xiàng)目中，DV=0.3903，0.35

(0.3903-0.35)=0.403，取max(μB，μC)=μB，故評(píng)定該吉首市光明大橋的技術(shù)狀況等級(jí)為B類。當(dāng)整體技術(shù)狀況評(píng)定為B、A類時(shí)，并不排除其中有評(píng)定標(biāo)度ERj≥3的部件，仍有維修的要求。吉首市光明大橋經(jīng)過檢測(cè)評(píng)定后的處理對(duì)策見表3。

6吉首光明大橋的基本加固方案

根據(jù)光明大橋目前存在的主要的結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷，對(duì)橋臺(tái)毛石擋墻出現(xiàn)的裂縫采用結(jié)構(gòu)膠灌漿封閉，然后進(jìn)行復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固，對(duì)橋臺(tái)擋土墻采用加錨桿的方法進(jìn)行加固處理，圖3為新增錨桿端頭大樣圖[8](錨桿深度L待定)。

橋臺(tái)毛石擋墻出現(xiàn)的裂縫采用結(jié)構(gòu)膠灌漿封閉，然后進(jìn)行復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固，復(fù)合砂漿鋼絲網(wǎng)加固的施工方法為:

(a)將混凝土板底面抹灰層鑿除，必須鑿至原混凝土面，對(duì)其砼表面進(jìn)行整體打磨，對(duì)外露生銹的鋼筋進(jìn)行除銹處理，用壓縮空氣吹除塵粒，至充分干凈，以保證新老結(jié)構(gòu)結(jié)合良好;

(b)植銷釘，待銷釘固化后，配置鋼絲網(wǎng);

(c)用高壓水將混凝土表面沖洗干凈;

(d)在鑿毛的新老結(jié)合面上刷素水泥砂漿二遍;

(e)抹高性能阻銹抗裂復(fù)合砂漿，砂漿強(qiáng)度比加固板混凝土強(qiáng)度提高一個(gè)等級(jí)?？沽炎桎P配比:水泥為32.5級(jí)，中河砂，摻HPPC外加劑，占水泥用量的18~20%。

其中，植筋施工工藝如下:

要求:除注明外，鋼筋植入深度為12~15d(條件許可時(shí)應(yīng)選大值)。

順序:定位-鉆孔-注膠-植筋-固化

(1)定位:即按設(shè)計(jì)要求彈線，定出植筋位置;

(2)鉆孔:在預(yù)定位置鉆孔，孔徑比所植鋼筋大4-6mm;

(3)注膠:灌入結(jié)構(gòu)膠，用專用灌膠槍灌注;

(4)植筋:將所需植筋旋轉(zhuǎn)插入預(yù)定深度即可。所植鋼筋外留長度為避免焊接溫度對(duì)膠的影響，稍長為佳，且必要時(shí)可在焊接時(shí)在植鋼筋根部放濕布降溫。

(5)固化:固化過程不可對(duì)所植鋼筋擾動(dòng)，待固化后即可進(jìn)入其它工序的施工。

7結(jié)語

橋梁的損傷評(píng)估是公路橋梁養(yǎng)護(hù)、維修與技術(shù)改造過程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。將WBS方法用于橋梁的檢測(cè)評(píng)估中并配以編碼系統(tǒng)可使評(píng)估工作條理性、系統(tǒng)性更強(qiáng)，也有利于比較準(zhǔn)確給出維修處理對(duì)策和維護(hù)性修復(fù)加固設(shè)計(jì)方案。然而，繼續(xù)探討合適的評(píng)估方法，特別是研究能夠適應(yīng)大多數(shù)橋梁的綜合評(píng)估方法，仍舊是今后評(píng)估領(lǐng)域研究的熱門問題。

參考文獻(xiàn):

[1] 公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理.未雨綢繆正當(dāng)時(shí)——訪交通部公路科研所副所長張勸全.公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)[J]，2004-02:5~8.

[2] 交通部第二公路勘察設(shè)計(jì)院.公路舊橋承載能力鑒定方法(試行)[S].人民交通出版社，1988.

[3] 王學(xué)智.橋梁損傷評(píng)估及對(duì)策專家系統(tǒng)BEEs[D].上海:同濟(jì)大學(xué)，2000.

[4] 姜海波，車惠民，錢永久.一座既有鐵路混凝土梁的承載力可靠性評(píng)估[J].橋梁建設(shè)，1998，2:7~9.

[5] 肖辭源.工程模糊系統(tǒng)[M].北京: 科學(xué)出版社，2004.

[6] 卜良桃，毛晶晶.基于WBS與多層次模糊綜合評(píng)估的橋梁檢測(cè)評(píng)估方法的研究.中南公路工程，2005，30(3):81-85.

[7] 韓文學(xué).基于AHP的模糊綜合評(píng)價(jià)在混凝土橋梁評(píng)估中的應(yīng)用. 廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007-06.

[8] 湖南湖大土木建筑工程檢測(cè)中心.吉首市光明大橋加固圖，HD07-03-01-46(27).