橋梁健康檢測附件設計方案商榷

李永信

摘 要：本文對長期應變檢測規(guī)、全自動水陸兩用吊籃、應力自校儀、全橋檢查及聲參數(shù)測定儀器的結(jié)構(gòu)設計、運行方案及檢查效果的評定進行了方案論證，并通過幾座橋梁的使用檢驗，很好地驗證了這些方法在橋梁健康檢測設計中的有效性。

關(guān)鍵詞：長期應變檢測規(guī)；全自動水陸兩用吊籃；應力自校儀；健康檢測

中圖分類號：U466.3 文獻標識碼：A

1 概述

橋梁在建成之后要進行成橋檢測，測得第一手檔案資料，并建立健康檔案，運營一段時間之后，再進行健康檢測，測取數(shù)據(jù)之后，可以參照以前數(shù)據(jù)進行比較，以找出構(gòu)件的薄弱環(huán)節(jié)和缺陷大小，定量確定橋梁的損壞程度及拆除時間。曾對鐘祥漢江公路大橋進行了全面檢測，并對本橋做過評估，提出了建議：拆除橋墩以上部分，在原來橋墩上另建一座新橋，目前舊橋已拆除，新橋已建成。

2 長期應變檢測規(guī)

長期應變檢測是一個至今沒有解決的問題，以下采取的使用長期應變檢測規(guī)的方法，對于應變長期檢測是非常有效的，見圖1。

長期應變檢測規(guī)是由應變規(guī)支架、連接塊、應變規(guī)支架、夾式引伸計所組成。二次儀表用應變儀測取應變后，再換算出位移來。位移增量除以標距即為應變值。夾式引伸計的調(diào)零標定刀口與夾式引伸計的測量刀口是一樣的距離，將應變規(guī)支架固定在應變規(guī)支架連接塊上之后，將支架固定在構(gòu)件上，再從側(cè)面將在應變規(guī)支架連接塊輕輕地移出。這樣就保證了支架的標距值。將夾式引伸計安裝在調(diào)零標定刀口上進行調(diào)零之后，再將夾式引伸計放在測量刀口上，看其是否也在零位，若有微小的初讀數(shù)，記下來存檔，當構(gòu)件加載之后，重復剛才的調(diào)零測量方法，即可得到任何時間的應變值。測量完畢，將應變規(guī)拿下來保存，這種測量方法很適合于長期應變的測量。

3 應力自校儀測試系統(tǒng)

應力自校儀由以下幾部分組成：1、千分表應變測試系統(tǒng)；2、自校應變規(guī)系統(tǒng)；3、標距安裝總成；4、信號采集轉(zhuǎn)化系統(tǒng)；5、計算機軟件程序系統(tǒng)所組成。

目前，用應變片短時間檢測的橋梁健康檢測比較多。但對于長期檢測，應變變化及裂紋擴展時，就必須用應力自校儀才能做到。

由于千分表和應變規(guī)同時測量，可以相互校對，增加了儀器應變測試的可靠性。同時可以測量裂紋的擴展量，這是本儀器的創(chuàng)新之處。應用于橋梁健康檢測及監(jiān)控之后，可以隨時掌握路橋信息，指導路橋檢修及加固。應力自校儀測試系統(tǒng)見圖2 。

那么如何到達橋梁的各個部位進行檢測呢？這就是下面要介紹的全自動水陸兩用吊籃。

4 全自動水陸兩用吊籃

全自動水陸兩用自爬式吊籃示意圖見圖3。

本吊籃系統(tǒng)由吊籃移動車、水陸兩用吊籃主體、氣囊、卷揚機、滑輪、自爬升降器、方向盤組成。其運行方法為：在整個跨內(nèi)由橋面上的吊籃移動車帶動主體運行，完成各個部位的傳感器安裝及檢測。吊籃的升降由自爬升降器（手動）和卷揚機（自動）來完成。當本跨內(nèi)的測試，貼片任務完成之后，可換另一個位置進行工作。若下面是陸地時，氣囊不充氣，可將吊籃推到到下一個位置。如果下面是水時，將氣囊充氣后，由后面的螺旋槳推動氣囊開到下一個位置。吊籃移動車上面有兩個套管，通過定位銷固定支架的位置，移動車內(nèi)裝上水泥或者石頭，以增加車的重量，提高支架的承載能力。有了方便的工具，對于經(jīng)常性地檢驗橋梁成為可能，可以更好地預防交通事故的出現(xiàn)。

5 全橋檢查及聲參數(shù)測定

為方便快捷地對全橋進行檢查，用橋梁檢測專用車更為方便，在車內(nèi)裝有所有的檢測儀器，及探測儀器。

其檢測方法有查看測量法：對橋梁總體各個部位進行系統(tǒng)檢查，有缺陷的位置進行詳細記錄。

強度測量法：用回彈儀對混凝土強度進行現(xiàn)存強度檢查，比較測定強度與設計強度的差別。

應力測量法：將傳感器安裝在構(gòu)件關(guān)鍵部位，通過加載看其構(gòu)件的承載能力及應力的大小。

撓度測量法：通過水準儀或經(jīng)緯儀（或全站儀）測量橋梁線形或撓度，看其是否在規(guī)范要求之內(nèi)。對于大跨度的橋梁，可用連通管傳感器（或連通管）進行測量，其連通管傳感器的應用如圖4所示。

其使用方法：在要測量部位放上一個連通管傳感器（或連通管），在基準部位有一個儲水箱，每個連通管傳感器均和儲水箱相連。當橋梁中間撓度增大時，連通管傳感器中的水的重量增加，在位移傳感器上反映出來的就是應變增加，進而測出橋梁每個關(guān)鍵部位的撓度。

固有頻率測量法：通過安裝在構(gòu)件上的加速度傳感器及CRAS測量系統(tǒng)，可以測出系統(tǒng)的固有頻率及其振動特性。以和橋梁檢測時的檔案進行比較。進而分析系統(tǒng)的剛度，判斷其缺陷所在位置。

超聲探測法：發(fā)現(xiàn)缺陷之后為了確定其缺陷大小，可用超聲探測法。樁基探傷可用聲測管來進行。500mm以內(nèi)的淺裂紋可用平測法，混凝土內(nèi)部缺陷的探測可用斜測法或正交探測法。

裂紋長期觀測法：用長期應變檢測規(guī)來進行，根據(jù)裂紋的擴展情況，可以正確評估橋梁的可靠性及疲勞壽命。

6 橋梁檢測方法應用實例

用以上介紹的方法我們對黃龍大橋及古城大橋進行了舊橋健康檢測，安全可靠，效果良好。對鐘祥漢江公路大橋檢測后并提出了建議：拆除橋墩以上部分，在原來橋墩上另建一座新橋，目前舊橋已拆除，新橋已建成，避免了安全事故發(fā)生。

湖北秭歸龍?zhí)逗哟髽颍ㄖ谐惺戒摴芑炷凉皹?，見圖5）、九皖溪大橋（上承式鋼管混凝土拱橋）、青干河大橋（中承式鋼管混凝土拱橋）建成時，曾對橋梁的鋼管進行了焊縫探傷，鋼管混凝土進行了超聲探傷及成橋檢測。從龍?zhí)逗哟髽蛱綔y來看，在鋼管拱的下部非常密實，在拱頂及鋼管的上部混凝土與鋼管有脫離現(xiàn)象，在脫離的部分，采取了開孔灌漿措施，保證了橋梁的質(zhì)量。

6.1 鋼管內(nèi)部混凝土檢測技術(shù)

鋼管混凝土檢測不同于普通素混凝土或鋼筋混凝土，超聲波在鋼管混凝土中主要有圖6所示的4種傳播途徑。因此，可通過首波聲時、波形、首波頻率等波形特征來檢測混凝土的密實程度和缺陷。

6.2 鋼管混凝土波形識別與缺陷判斷

圖7所示為超聲波在鋼管混凝土中的傳播特性。

圖7（a）是空鋼管超聲波典型波形，其特征是首波頻率較高（其大小與探傷發(fā)射頻率、管徑及其壁厚有關(guān)），可在檢測前進行標定，以便在實際檢測中判讀。

圖7（b）是實芯鋼管砼超聲波典型波形，其特征是波形無畸變，脈沖包絡線是圓弧狀，沿鋼管壁傳過來的首波頻率較低。

圖7（c）是鋼管中混凝土與鋼管壁脫離或有空洞時典型超聲波脈沖波形，其特征是波形畸變大，首波衰減大，首波頻率低。由混凝土中傳過來的脈沖波形很難讀首波。

從龍?zhí)逗哟髽驕y試來看，左右岸拱腳泵送混凝土密實性好，混凝土與鋼管脫粘很好，混凝土質(zhì)量好；拱頂混凝土密實性較好，但混凝土與鋼管壁脫粘比較嚴重；其它部位混凝土比較密實，部分有脫粘現(xiàn)象。抽樣結(jié)果表明：全橋混凝土密實性較好（測試數(shù)據(jù)略），拖粘率為52.6%，滿足設計要求。由于是新橋，通過成橋檢測，滿足設計要求。

應用自爬式水陸兩用吊籃及全自動水陸兩用吊籃我們曾對十堰地區(qū)的黃龍大橋及襄樊地區(qū)的古城大橋進行了舊橋健康檢測，安全可靠，效果良好。

6.3 預應力連續(xù)箱梁橋檢測

鐘祥大橋工程包括東引橋、主橋、西引橋和接線，橋梁總長為548.73m。主橋為預應力混凝土連續(xù)箱梁，跨徑布置為：65+3×100+65m，東引橋跨徑布置為：（11×16+2×35）m，西引橋跨徑布置為：（10×35+25×20）m。35m跨徑的“T”梁為預應力混凝土土簡支梁，16m和20m跨徑的“T”梁為鋼筋混凝土簡支梁。實橋見圖8，本橋簡化模型見圖9 。

該橋自2003年5月以來，主橋第二跨、第四跨跨跨中出現(xiàn)較大下?lián)希谌缈缰谐霈F(xiàn)上拱，在所有懸臂1/4跨部位出現(xiàn)45度方向腹板斜裂紋，裂紋長度和寬度超過規(guī)范容許范圍，較大地削弱了主梁斷面。根據(jù)交通部和交通廳兩級橋梁檢測部門的檢測評定，確定了該橋為危橋。該橋的主要病害表現(xiàn)為以下幾方面：

1）橋梁混凝土外觀缺陷主要表現(xiàn)為如下幾點：表面凹凸不平，厚度不均；蜂窩麻面較多；部分區(qū)域混凝土存在超方現(xiàn)象。頂板施工孔道漏水。

2）箱梁底板裂縫：主要分布在第二跨、第四跨的跨中部位。第一跨、第三跨、第五跨尚未發(fā)現(xiàn)底板裂縫。第二跨、第四跨底板裂縫均已裂穿底板，局部裂穿至腹板頂緣，裂縫寬度0.3～0.7mm。

3）箱梁頂板裂縫：該橋每跨頂板均發(fā)現(xiàn)裂縫，頂板裂縫主要分布在箱梁第一跨兩端，但檢測裂縫寬度小于0.1mm。根據(jù)受力分析，頂?shù)装辶芽p應已貫穿板厚。

4）經(jīng)回彈儀檢測，砼強度評定標準在33.7MPa左右，達不到設計要求C50強度等級。

5）頂板和腹板鋼筋均未銹蝕。

6）第二跨和第四跨跨中下?lián)厦黠@，由于原有橋面標高缺失，根據(jù)設計縱曲線擬合的跨中撓度為20.5cm，第四跨16.2 cm。

7）全橋豎向預應力225處漏水。

8）根據(jù)鑿開底板77束預應力孔道觀察，33束未壓漿或壓漿不飽滿。其中三束斷絲4股（每束24股，1600MPa高強鋼絲，費氏錨）。

通過列舉橋梁的缺陷和必要的檢測手段，使人們知道了橋梁的缺陷類型，使大家對交通安全有更為清醒的認識，每座橋梁都有毛病，要用所提供的方法進行檢測和預防，根據(jù)裂紋的擴展規(guī)律，可以預測橋梁的使用壽命，這是一個更新的課題，需要下一步進行更深層次的探索。

7 工程項目健康檢測措施

首先建立工程項目檔案，將橋梁、房屋及工程結(jié)構(gòu)在新建成之后，測試其健康特征，比如、應力、撓度及固有頻率等動力特性。一段時間（一年、幾年或十幾年）之后進行測試，與健康參數(shù)比對，看其是否有變化，根據(jù)檢測結(jié)果（就像上面的檢測例子），進而確定項目的危險程度及所采取的加固措施或拆了重建。

以上的方法是基于實用新型發(fā)明專利的基礎(chǔ)上提出的，下面分別介紹一下每項專利的功能及使用方法，基本思路是：檢測元件（傳感器），檢測操作過程，檢測儀器。

實用新型專利高低溫長期應變檢測規(guī)：本高低溫長期應變檢測規(guī)適應于各種構(gòu)件的應變長期測量。適應于橋梁在建造過程中的監(jiān)測監(jiān)控，橋梁的成橋檢測，構(gòu)件的荷載試驗及產(chǎn)品的檢驗等。

目前舊橋很多，根據(jù)對舊橋的普查，大多數(shù)的橋梁在不同程度上有所損傷，有的剛度不夠，有的部件損壞嚴重，這就需要對其進行檢測，即成橋試驗。經(jīng)過測試數(shù)據(jù)分析，才能做出切實可行的補強及加固方案，以便進行橋梁的維修，提高橋梁運營的可靠度。橋梁部件應力測試通常采用應變片電測法，但是對于長期監(jiān)測，使用應變片不能達到檢測效果，將高低溫長期應變檢測規(guī)安裝在橋面構(gòu)件的下部進行測試，就可完成這項艱巨的任務。

實用新型專利：橋梁探測用吊籃；專利號：ZL 03 2 37538.7

本實用新型水陸兩用橋梁探測吊籃是適用于橋梁的探傷，檢測，橋梁的維修，補強及成橋試驗等場合的必備工具。

橋梁部件探傷一般采用非金屬探傷儀進行測試，在要探傷的部位安裝探頭進行測試。探頭所探部位，要用鋼管搭腳手架之后，才能完成探傷測試。若構(gòu)件比較高，則搭腳手架的工作量非常之大。通常以橋面為根基搭爬梯及掛籃，并在四個截面分別搭一座腳手架才能完成拱下表面貼片任務，用鋼管很多，工作量也是很大。鑒于以上情況，我們研究設計制作出了水陸兩用橋梁探測吊籃，以解決目前存在的在橋拱下表面貼應變片問題。

個人實用新型授權(quán)專利：應力自校儀；專利號： ZL 2010 20241035.1

本實用新型專利是一種應力自校儀。應力自校儀適應于各種構(gòu)件的應變長期測量，適應于橋梁在建造過程中的監(jiān)測監(jiān)控，橋梁的成橋檢測，構(gòu)件的荷載試驗及產(chǎn)品的檢驗等。

目前應變片電測技術(shù)使用比較成熟，但是大部分用于小應變及短期測試。對于大應變及長期健康檢測，就必須使用應力自校儀。自校儀的每個通道均自帶一個長期應變自校規(guī)，自校規(guī)安裝在結(jié)構(gòu)的構(gòu)件上進行應變測量。橋梁的建造時間一般都比較長，此時再用應變片監(jiān)測監(jiān)控，其測量精度就會受到很大影響。而且應變片的使用為一次性的。

前景展望：應用以上介紹的方法，使用以上每項專利進行檢測，相信工程結(jié)構(gòu)檢測會常態(tài)化，保證工程事故消滅在萌芽之中，使工程結(jié)構(gòu)長期可靠正常營運。

（本文審稿 陳敏林）