簡(jiǎn)支梁橋試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

周志華 付洄運(yùn)

1 概述

隨著公路大規(guī)模建設(shè)的開展,橋梁數(shù)量迅猛增長(zhǎng),由于使用荷載、環(huán)境因素以及結(jié)構(gòu)本身缺陷等的作用,橋梁使用性能退化、承載力不足、適應(yīng)性不夠,已成為世界各國(guó)普遍關(guān)心的問題,而通過(guò)先進(jìn)、適用、有效的方法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的試驗(yàn)檢測(cè)與診斷評(píng)定是對(duì)在用橋梁進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)管理,科學(xué)維修加固的重要手段。京山橋?yàn)槲挥谀喜叻粠X一級(jí)公路上的一座小橋,南昌—高坊嶺一級(jí)公路是江西省第一條一級(jí)公路,于 1989年9月建成通車,是南昌市區(qū)直接聯(lián)通向塘機(jī)場(chǎng)和向塘火車站,并通往贛南、贛東的一段主干路。隨著南昌市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)日益繁榮和交通量的逐年劇增,省交通運(yùn)輸廳和市政府決定拓寬南高線,對(duì)南高線分期分段實(shí)施線路改造。京山小橋需要將中央分隔帶取消達(dá)到增加行車道的寬度,為全面了解和科學(xué)評(píng)定京山小橋的現(xiàn)有狀況,為本次改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)提供科學(xué)決策依據(jù),對(duì)京山小橋進(jìn)行全橋檢測(cè)。

2 工程概況

京山小橋全橋長(zhǎng) 29.14m,上部構(gòu)造采用 2-13m預(yù)應(yīng)力空心板結(jié)構(gòu);下部構(gòu)造采用樁柱式橋臺(tái),橋墩采用柱式墩,墩臺(tái)均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ),鉆孔樁內(nèi)力按 m法計(jì)算。橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)及主要技術(shù)指標(biāo):車輛荷載等級(jí)為汽車—超 20級(jí)設(shè)計(jì)、掛車—120驗(yàn)算;橋面凈寬:2×凈 9m;橋面縱坡:0%,橋面橫坡為雙向 1.5%小橋。

上部結(jié)構(gòu)材料:1)混凝土:13m跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土空心板、鉸縫均采用 40號(hào)混凝土。橋面鋪裝采用 40號(hào)防水混凝土,人行欄桿采用 20號(hào)混凝土。2)預(yù)應(yīng)力鋼絞線:采用 φj15、標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度15000 kg/cm松弛鋼絞線。3)普通鋼筋:直徑不小于 10mm者采用Ⅱ級(jí)鋼筋,直徑不大于 10mm者采用Ⅰ級(jí)鋼筋。4)其他:伸縮縫采用 40型伸縮縫,支座采用 140mm×140mm×42mm橡膠支座。

下部構(gòu)造材料:1)混凝土:蓋梁、臺(tái)帽、樁柱式墩身、柱式臺(tái)身、耳背墻、搭板采用 25號(hào)混凝土,樁基礎(chǔ)采用 25號(hào)水下混凝土。2)普通鋼材同上部結(jié)構(gòu)。3)其他錐坡及防護(hù)采用 7.5號(hào)漿砌片石及砂礫墊層。石料標(biāo)號(hào)不小于 30號(hào)。

3 橋梁試驗(yàn)檢測(cè)

3.1 外觀檢測(cè)

橋梁結(jié)構(gòu)外觀檢測(cè)主要檢查主梁混凝土、錐坡、墩臺(tái)及基礎(chǔ)、支座、橋面鋪裝、伸縮縫、橋面排水系統(tǒng)、人行道及護(hù)欄等。

橋梁外觀檢查評(píng)定:1)橋面鋪裝層混凝土基本完好;伸縮縫橡膠及型鋼無(wú)異常變形。2)從全橋來(lái)看,主梁混凝土外觀質(zhì)量總體較差,混凝土侵蝕嚴(yán)重,露筋現(xiàn)象較少。3)全橋大部分支座工作狀態(tài)正常,大部分支座的鋼板銹蝕,必須進(jìn)行維修或更換。4)錐坡總體良好;墩臺(tái)混凝土質(zhì)量總體良好。5)小橋欄桿基本損壞,人行道鋪砌大部分塌陷,坑槽。橋頭照明設(shè)施基本完好。

綜上所述,由專家小組認(rèn)定京山小橋上部構(gòu)件功能與材料均較差,下部構(gòu)造功能與材料較好,存在有局部輕度缺損;次要部件功能較差,材料有較多中等缺損。小橋外觀檢查綜合評(píng)定為較差狀態(tài)。

3.2 混凝土無(wú)損檢測(cè)

3.2.1 超聲—回彈檢測(cè)及碳化深度檢測(cè)結(jié)果與分析

為檢測(cè)該橋各構(gòu)件現(xiàn)齡期混凝土強(qiáng)度,現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí),選取了全部構(gòu)件中有代表性構(gòu)件進(jìn)行超聲回彈綜合法無(wú)破損質(zhì)量檢測(cè)。檢測(cè)工作抽檢頻率均嚴(yán)格按規(guī)范規(guī)定的不少于全部構(gòu)件中的30%進(jìn)行測(cè)試。測(cè)區(qū)選取有代表性位置如:支座兩支點(diǎn),L/4,L/2,3L/4處等,在每個(gè)構(gòu)件上均勻布置 10個(gè)測(cè)區(qū),每個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)各采取 16個(gè)回彈值和 3個(gè)超聲聲速值,將測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,得出現(xiàn)齡期混凝土強(qiáng)度推定值,主梁混凝土平均強(qiáng)度值,墩柱、蓋梁、耳墻、臺(tái)帽混凝土平均強(qiáng)度值。

3.2.2 混凝土無(wú)損檢測(cè)評(píng)定

對(duì)全橋主梁、墩柱、蓋梁、臺(tái)帽、耳墻等結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行超聲回彈綜合檢測(cè)的結(jié)果表明:各種構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求,其中主梁混凝土絕大部分強(qiáng)度大于 40MPa,平均值強(qiáng)度為 42.54MPa,碳化深度為0.5mm;實(shí)測(cè)墩柱混凝土強(qiáng)度為 28.70MPa,碳化深度為 0.0mm;蓋梁、臺(tái)帽、耳墻實(shí)測(cè)混凝土強(qiáng)度分別為 36.70MPa,35.30MPa,33.80MPa,碳化深度為 0.0mm,推定混凝土強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)文件要求。對(duì)全橋主梁、墩柱、蓋梁、臺(tái)帽、耳墻等結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行的鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)表明:除主梁露筋區(qū)域外,實(shí)測(cè)主梁保護(hù)層厚度最大值為5.1 cm,最小值為 4.2 cm,符合規(guī)范要求;實(shí)測(cè)墩臺(tái)保護(hù)層厚度最大值為 6.3 cm,最小值為 3.7 cm,蓋梁保護(hù)層厚度最大值為 5.4 cm,最小值為 3.8 cm,均符合設(shè)計(jì)文件及相關(guān)規(guī)范要求。

3.3 靜荷載試驗(yàn)

3.3.1 試驗(yàn)控制荷載和控制斷面

試驗(yàn)控制荷載時(shí)根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)圖紙采用各種通用的有限元程序建立平面或空間有限元模型,結(jié)合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求計(jì)算確定。綜合試驗(yàn)荷載效率 η與設(shè)計(jì)荷載的等效性、車輛的機(jī)動(dòng)性等選擇加載車型。京山橋?yàn)殡p幅預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板梁橋,試驗(yàn)橋跨選擇通行壓力較大的橋幅進(jìn)行。控制斷面為跨中斷面的梁底正應(yīng)力、跨中斷面的撓度、支座沉降。

3.3.2 靜荷載試驗(yàn)的測(cè)點(diǎn)布置

試驗(yàn)橋跨每片梁的跨中梁底位置均布置有應(yīng)變測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)共計(jì) 12個(gè);試驗(yàn)橋跨每片梁的跨中梁底位置及橋墩支座附近位置均布置有撓度測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)共計(jì) 24個(gè)。

3.3.3 靜荷載試驗(yàn)的加載程序和車位

本次試驗(yàn)車輛選用2輛自卸重車。1)跨中偏載正彎矩工況:加 1級(jí):一列一輛重車(1號(hào))加載;加 2級(jí):兩列兩輛重車(1號(hào),2號(hào))加載。2)跨中對(duì)稱正彎矩工況:加 1級(jí):一列一輛重車(1號(hào))加載;加 2級(jí):兩列兩輛重車(1號(hào),2號(hào))加載。

3.3.4 數(shù)據(jù)匯總與評(píng)定

1)應(yīng)力值和撓度值與理論計(jì)算值的比值評(píng)定。校驗(yàn)系數(shù) η是評(píng)定結(jié)構(gòu)工作狀況、確定橋梁承載能力的一個(gè)重要指標(biāo)。一般要求 η值不大于 1,η值越小,結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備越大。在試驗(yàn)荷載作用下,最大應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)和最大撓度的校驗(yàn)系數(shù)雖在容許范圍之內(nèi),但接近于容許值的上限,說(shuō)明該橋的安全儲(chǔ)備不夠。2)實(shí)測(cè)殘余撓度值Sp與實(shí)測(cè)撓度值Stat的比值評(píng)定。根據(jù)實(shí)測(cè)資料可知,跨中控制截面的實(shí)測(cè)殘余撓度值與最大實(shí)測(cè)撓度值的比值均滿足《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》中第 3.19條 Sp/Stat≤20%要求。3)靜荷載試驗(yàn)評(píng)定。通過(guò)理論分析與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,靜荷載試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定如下:依據(jù)《公路舊橋承載能力檢定方法》規(guī)定,預(yù)應(yīng)力混凝土橋應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)范圍為 0.60～0.90,撓度校驗(yàn)系數(shù)范圍為 0.70～1.00,在本次試驗(yàn)荷載作用下,最大應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)為 0.95和最大撓度校驗(yàn)系數(shù)為 0.93,其中最大應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)超出《公路舊橋承載能力檢定方法》要求范圍,最大撓度校驗(yàn)系數(shù)值接近容許上限值,說(shuō)明該橋的安全儲(chǔ)備較小。

4 問題與建議

4.1 問題

1)該橋病害情況較嚴(yán)重,功能降低,進(jìn)一步惡化將不利于重要部件使用,并影響正常交通,上部部分重要構(gòu)件(梁板)存在裂縫超出限值的情況,屬于功能性病害。根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》中的橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),評(píng)定該橋?yàn)槿悩颉?)最大應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)超出《公路舊橋承載能力檢定方法》要求范圍,最大撓度校驗(yàn)系數(shù)值接近容許上限值,說(shuō)明該橋的安全儲(chǔ)備較小。3)該橋的交通量大,超載超限車輛多,且該橋位于紅綠燈路口處,長(zhǎng)期處于滿布車輛荷載狀況,若將行車道拓寬為三車道很難滿足“正常使用極限狀態(tài)”和“承載能力極限狀態(tài)”的要求。

4.2 建議

1)外觀檢測(cè)發(fā)現(xiàn),梁底混凝土外觀質(zhì)量較差、質(zhì)地酥松,部分梁體存在裂縫、鋼筋銹蝕、梁體內(nèi)漏水等病害;靜荷載試驗(yàn)結(jié)果也表明橋梁安全儲(chǔ)備較小,如需對(duì)車道進(jìn)行拓寬改造則建議通過(guò)加固提高主梁的整體承載能力或更換主梁以確保結(jié)構(gòu)安全。2)建議更換第一跨:1號(hào),20號(hào),21號(hào)梁;第二跨:1號(hào)梁等病害較嚴(yán)重梁體。3)對(duì)變形和開裂的支座進(jìn)行更換。4)對(duì)人行道板及欄桿進(jìn)行更換。5)加強(qiáng)對(duì)橋梁的日常維護(hù)與常規(guī)檢查。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的實(shí)例,明確了舊橋梁結(jié)構(gòu)的維修和改造都需要事先對(duì)結(jié)構(gòu)狀況進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)價(jià),闡明了橋梁結(jié)構(gòu)靜荷載試驗(yàn)是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)物工作狀態(tài)進(jìn)行直接測(cè)試的一種鑒定手段。隨著道路交通建設(shè)的發(fā)展,以及橋梁使用年齡的增長(zhǎng),結(jié)構(gòu)老化的數(shù)量越來(lái)越多。舊橋梁結(jié)構(gòu)的維修和改造都需要事先對(duì)結(jié)構(gòu)狀況進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)價(jià)。雖然目前已有不少可以應(yīng)用的檢測(cè)評(píng)價(jià)方法,但有些技術(shù)仍需進(jìn)一步完善才能達(dá)到普遍應(yīng)用的階段。因此,橋梁結(jié)構(gòu)靜荷載試驗(yàn)技術(shù)變得越來(lái)越重要了。

[1]JTGD62-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JTGF80/1-2004,公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]JTGH11-2004,公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范[S].