基于檢測(cè)的深水大跨連續(xù)剛構(gòu)橋技術(shù)狀況評(píng)估

彭 偉，吳成忠，陳憶前，譚 新

(1.重慶安濟(jì)建設(shè)加固工程有限責(zé)任公司，重慶 401120；2.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400067；3.長(zhǎng)江科學(xué)院 重慶分院，重慶 400026)

基于檢測(cè)的深水大跨連續(xù)剛構(gòu)橋技術(shù)狀況評(píng)估

彭 偉1，2，吳成忠1，陳憶前2，譚 新3

(1.重慶安濟(jì)建設(shè)加固工程有限責(zé)任公司，重慶 401120；2.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400067；3.長(zhǎng)江科學(xué)院 重慶分院，重慶 400026)

為了解某深水大跨連續(xù)剛構(gòu)橋工作狀況，對(duì)橋梁主體結(jié)構(gòu)及附屬構(gòu)件進(jìn)行外觀檢查與材質(zhì)狀況專項(xiàng)檢查，結(jié)合水下攝像及探摸對(duì)主橋水下墩柱及承臺(tái)進(jìn)行檢查，通過分析各構(gòu)件病害標(biāo)度與部件權(quán)重后綜合評(píng)定全橋技術(shù)狀況等級(jí)，為橋梁養(yǎng)護(hù)管理提出技術(shù)建議。

剛構(gòu)橋；深水橋墩；材質(zhì)狀況；水下檢測(cè)；技術(shù)狀況評(píng)估

大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋融連續(xù)梁和T型剛構(gòu)于一體，利用主墩柔性參與結(jié)構(gòu)整體受力，使結(jié)構(gòu)有較大跨越能力，尤其符合我國(guó)中西部地形特點(diǎn)。隨著運(yùn)營(yíng)年限增加，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的病害和問題也逐漸體現(xiàn)出來(lái)[1-3]，例如箱梁底板、頂板和腹板開裂，鋼筋銹脹，薄壁墩身開裂，跨中下?lián)线^大及基礎(chǔ)沖刷等。為保證橋梁正常運(yùn)營(yíng)與通行安全，需定期進(jìn)行橋梁養(yǎng)護(hù)維修，而針對(duì)橋梁病害的檢查與結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況科學(xué)評(píng)估則是制訂橋梁管養(yǎng)方案的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 工程概況

某深水大跨連續(xù)剛構(gòu)橋(見圖1)位于三峽庫(kù)區(qū)，是連接當(dāng)?shù)毓I(yè)園與居民區(qū)的重要通道，橋梁原設(shè)計(jì)荷載為城-A級(jí)、人群荷載3.0 kN/m2，主橋?yàn)檫B續(xù)剛構(gòu)，跨徑布置為90 m+150 m+90 m，兩岸引橋均為3×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎梁橋。橋面橫向布置為1.5 m(人行道)+15 m(行車道)+1.5 m(人行道)。主橋與引橋上部為箱梁(見圖2～圖3)，下部為矩形墩，墩底為嵌巖樁基礎(chǔ)；兩岸均用混凝土重力式橋臺(tái)，臺(tái)底為擴(kuò)大基礎(chǔ)。橋面采用瀝青混凝土鋪裝，并在0#臺(tái)、3#和6#過渡墩、9#臺(tái)處各設(shè)1道伸縮縫。

由于路線等級(jí)調(diào)整，當(dāng)?shù)匾平涣嗽摌蝠B(yǎng)護(hù)與管理權(quán)限。為及時(shí)了解橋梁既存缺陷和病害對(duì)結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)的影響，本文根據(jù)行業(yè)有關(guān)規(guī)范[4-9]與該橋資料進(jìn)行橋梁外觀和材質(zhì)狀況等專項(xiàng)檢查，運(yùn)用水下攝像及探摸等方式對(duì)橋梁水下構(gòu)件進(jìn)行了檢查，可為其他同類型橋梁的檢測(cè)提供參考。

圖1 受檢剛構(gòu)橋立面示意圖

圖2 主橋箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面

圖3 引橋單幅箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖

2 深水大跨連續(xù)剛構(gòu)橋檢測(cè)內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)有大跨連續(xù)剛構(gòu)橋共性病害和該橋特點(diǎn)，本次橋梁現(xiàn)狀檢測(cè)主要內(nèi)容如下：

1)外觀檢查：對(duì)全橋上、下部結(jié)構(gòu)及橋面系，結(jié)合目測(cè)與專項(xiàng)儀器進(jìn)行全面檢查，包括箱梁內(nèi)外有無(wú)裂縫、滲水、露筋等；墩臺(tái)是否開裂、外鼓、沉降等；護(hù)坡有無(wú)沖刷、鋪砌缺損；橋面鋪裝與排水情況，伸縮縫是否有破損、淤塞等，橋頭有無(wú)跳車現(xiàn)象；支座老化與偏位情況。

2)構(gòu)件材質(zhì)狀況與狀態(tài)參數(shù)：按規(guī)范抽取主橋和引橋的代表性截面進(jìn)行回彈強(qiáng)度、氯離子含量、保護(hù)層厚度及碳化狀況等檢測(cè)；結(jié)構(gòu)自振頻率實(shí)測(cè)值與理論值比較。

3)專項(xiàng)檢查：對(duì)墩頂偏位和橋面高層進(jìn)行測(cè)量；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，利用人工水下攝像及探摸，對(duì)主橋水下墩身破損、銹蝕等及承臺(tái)沖刷進(jìn)行檢查。

3 橋梁技術(shù)狀況評(píng)估方法

目前我國(guó)公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)估主要有JTG H11—2004《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》、JTG/T H21—2011《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》，兩種評(píng)估過程如下。

3.1 《養(yǎng)護(hù)規(guī)范》方法

該方法基于加權(quán)算術(shù)平均、加權(quán)幾何平均及兩者綜合進(jìn)行一般評(píng)定或適應(yīng)性評(píng)定：前者以檢測(cè)資料為依據(jù)，引入部件權(quán)重或直接根據(jù)重要構(gòu)件最差缺損狀況進(jìn)行打分評(píng)定，并判斷橋梁技術(shù)狀況等級(jí)；后者對(duì)橋梁實(shí)際承載能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，通常以特殊檢查資料為基礎(chǔ)，并結(jié)合結(jié)構(gòu)驗(yàn)算或荷載試驗(yàn)。

一般評(píng)定的流程[2]為：1)按部件缺損的程度、發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)結(jié)構(gòu)使用的影響，對(duì)橋梁各部件的缺損狀況進(jìn)行評(píng)定分類；2)將橋梁構(gòu)件劃分為17個(gè)部分進(jìn)行評(píng)分，并規(guī)定上部主要承重構(gòu)件、橋墩及基礎(chǔ)、支座這三部分的構(gòu)件評(píng)定時(shí)按照最差狀態(tài)評(píng)分；3)根據(jù)各構(gòu)件評(píng)分情況，按部件權(quán)重和評(píng)定計(jì)算公式計(jì)算技術(shù)狀況得分值；4)根據(jù)技術(shù)狀況得分，橋梁劃分為1～5類，其中3～5類對(duì)應(yīng)橋梁處于較差、差、危險(xiǎn)狀態(tài)。

3.2 《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》方法

根據(jù)《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》，公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定采用分層綜合評(píng)定與單項(xiàng)指標(biāo)控制相結(jié)合，見圖4，其中，條件a、b，分別指是否滿足5類橋梁?jiǎn)雾?xiàng)控制指標(biāo)。

3.2.1 分層綜合評(píng)定

根據(jù)橋梁評(píng)估指標(biāo)體系，按‘基層先評(píng)’的原則逐級(jí)打分。對(duì)所檢橋梁，按橋型劃分檢查部件及權(quán)重，根據(jù)《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》，剛構(gòu)橋上部結(jié)構(gòu)部件及權(quán)重見表1。

根據(jù)檢查結(jié)果評(píng)定構(gòu)件病害標(biāo)度，橋梁上部構(gòu)件(PMCIl)、上部部件(PCCIi)、上部結(jié)構(gòu)(SPCI)的技術(shù)狀況評(píng)分按下列公式逐項(xiàng)計(jì)算：

(1)

(2)

(3)

同理計(jì)算下部結(jié)構(gòu)(SBCI)、橋面系(BDCI)的技術(shù)狀況評(píng)分，最終計(jì)算總體技術(shù)狀況評(píng)分Dr。

Dr=SPCI×Wsp+SBCI×WSB+BDCI×WD

(4)

對(duì)比Dr與《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》Dj值域，可判斷受檢橋梁技術(shù)狀況類別。

圖4 橋梁技術(shù)狀況評(píng)定流程圖表1 剛構(gòu)橋上部結(jié)構(gòu)各部件及權(quán)重

類別i評(píng)價(jià)部件權(quán)重Wi1上部承重構(gòu)件(主梁)0.702上部一般構(gòu)件(濕接縫、橫隔板等)0.183支座0.12

3.2.2 單項(xiàng)控制指標(biāo)

當(dāng)橋梁出現(xiàn)《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》4.3.1節(jié)情況，其技術(shù)狀況應(yīng)評(píng)為5類，例如上部結(jié)構(gòu)落梁，結(jié)構(gòu)明顯出現(xiàn)大于規(guī)范值的永久變形，橋墩嚴(yán)重傾斜、下沉等。

3.3 兩種評(píng)定方法比較

《養(yǎng)護(hù)規(guī)范》與《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》都基于層次分析法且都采用定權(quán)重[10]，橋梁等級(jí)都分為5類。前者從部件到全橋逐級(jí)評(píng)定，過程簡(jiǎn)單但病害描述相對(duì)模糊、主觀性大；后者從構(gòu)件、部件到全橋逐級(jí)評(píng)定，過程復(fù)雜但結(jié)果相對(duì)客觀，病害描述相對(duì)具體、主觀性小但現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作量大。由于《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)用性更強(qiáng)，本文采用該方法進(jìn)行評(píng)定。

4 案例橋梁檢測(cè)內(nèi)容與結(jié)果

為便于分析描述，約定以居民區(qū)到園區(qū)為正方向?qū)?gòu)件編號(hào)，見圖1。限于篇幅，主要病害如下所述。

4.1 箱梁裂縫與表觀缺陷檢查

主橋檢查表明：箱內(nèi)頂板共5條縱向泛堿泌死裂縫，縫長(zhǎng)在0.5～3.0 m，裂縫總長(zhǎng)6.2 m，主要分布于邊跨端部；中跨中腹板1處網(wǎng)狀裂縫，均泛堿泌死；箱梁內(nèi)腹板局部輕空洞、孔洞，箱外底板局部蜂窩麻面；上部一般構(gòu)件共3條裂縫，總長(zhǎng)2.6 m，最大縫寬為0.06 mm，均位于邊跨橫隔板；主橋施工孔均不同程度破損、露筋、泛堿，且部分施工模板未拆。

引橋檢查表明：箱梁翼緣板端部共5處剝落、掉角，總面積1.23 m2；箱梁底板局部蜂窩麻面，且輕微空洞、孔洞；箱梁底板1處滲水、泛堿，面積6 m2；引橋2#～4#鉸縫脫落，脫落總長(zhǎng)為25 m。

4.2 橋梁線形測(cè)量

該橋未設(shè)置測(cè)控網(wǎng)且部分橋面高程永久觀測(cè)點(diǎn)已被破壞，故檢測(cè)前補(bǔ)設(shè)相應(yīng)監(jiān)控點(diǎn)并按工程測(cè)量規(guī)范要求[8]進(jìn)行測(cè)量，氣溫為14 ℃。

以0#伸縮縫為起點(diǎn)，沿橋面左右幅布置2條測(cè)線(共58個(gè)測(cè)點(diǎn))。自定義觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)高程為100 m，主橋橋面實(shí)測(cè)線形見圖5，可見主橋橋面線形較平順，經(jīng)與設(shè)計(jì)線形比較，主橋跨中約有3 cm的預(yù)拱度。

圖5 主橋橋面實(shí)測(cè)線形

4.3 下部結(jié)構(gòu)及橋面系檢查

經(jīng)檢查，主橋3#墩邊跨側(cè)局部水漬青苔；0#臺(tái)前墻填土從左至右斜向開裂，長(zhǎng)度10 m；0#臺(tái)前墻有2條豎向裂縫，縫長(zhǎng)為3.0 m，最大縫寬0.24 mm(見圖6)。

經(jīng)檢查，橋面鋪裝局部嚴(yán)重?fù)戆c車轍(見圖7)，主要位于1#跨右側(cè)及9#跨右側(cè)橋面鋪裝；3#跨橋面鋪裝局部破損、劃痕，面積0.09 m2。

圖9 5#墩在水深7.8 m處鋼筋銹蝕 圖10 5#墩在水深10.6 m處鋼筋銹蝕 圖11 承臺(tái)周圍有石塊堆積

4.4 水下墩柱及承臺(tái)檢查

位于水面以下的墩柱及基礎(chǔ)等隱蔽構(gòu)件無(wú)法通過常規(guī)方法檢查成橋后的病害。目前，橋梁水下檢測(cè)尚處在摸索和經(jīng)驗(yàn)積累階段[11]。鑒于該橋下水質(zhì)好、能見度尚可，本次采用水下攝像結(jié)合探摸進(jìn)行檢查。前期就水下檢查內(nèi)容和注意事項(xiàng)與專業(yè)潛水員進(jìn)行溝通，在岸邊完成相關(guān)準(zhǔn)備后，根據(jù)天氣情況進(jìn)行水下檢查作業(yè)(潛水當(dāng)天水位約169.8 m)，見圖8。

檢查結(jié)果表明：4#、5#墩河床表面水深分別約19.5 m、17 m，對(duì)應(yīng)承臺(tái)分別露出河床約3.7 m、1.3 m；5#墩墩身在水深7.8 m、10.6 m處各有3處鋼筋銹蝕(見圖9～圖10)；承臺(tái)部分施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)未拆除，承臺(tái)周圍有石塊堆積(見圖11)，承臺(tái)未見破損、露筋及沖刷病害。

4.5 主橋自振特性

采用脈動(dòng)法測(cè)得主橋第1階自振頻率fmi=1.43 Hz。根據(jù)該橋竣工圖，采用Midas軟件建立主橋空間梁格有限元模型(見圖12)，考慮墩底固結(jié)的邊界條件，計(jì)算得第1階自振頻率fdi=0.87 Hz。經(jīng)比較，fmi/fdi=1.64，對(duì)應(yīng)評(píng)定標(biāo)度為1。

4.6 其他檢查

對(duì)主橋箱梁截面尺寸進(jìn)行抽樣檢測(cè)恒載變異狀況，選取邊跨及中跨共5個(gè)截面，采用鋼卷尺測(cè)量其底板寬度、底板及腹板厚度。測(cè)量結(jié)果表明結(jié)構(gòu)尺寸與設(shè)計(jì)值基本吻合，尺寸偏差小于5%。

圖12 主橋有限元模型

按規(guī)范要求，對(duì)主梁的混凝土強(qiáng)度、碳化深度、鋼筋銹蝕電位、氯離子含量、混凝土電阻率、鋼筋保護(hù)層厚度等進(jìn)行抽測(cè)，各結(jié)果表明相應(yīng)評(píng)定標(biāo)度均為1，其中，由于混凝土自然養(yǎng)護(hù)齡期已超過1 000 d，回彈測(cè)強(qiáng)結(jié)果僅供參考。

5 案例橋梁技術(shù)狀況評(píng)定與建議

綜上所述，該橋主要病害及原因?yàn)椋?)主橋箱梁微裂縫，主要為溫度應(yīng)力和混凝土收縮徐變所致；2)橋臺(tái)前墻豎向開裂，由于橋臺(tái)較寬但未設(shè)置變形縫所致；3)橋面鋪裝路線彎道處嚴(yán)重車轍、擁包，由車輛在該位置頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)產(chǎn)生的較大離心力所致。

仔細(xì)核對(duì)4.1～4.6節(jié)構(gòu)件病害，根據(jù)《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》按式(1)～(3)逐級(jí)向上打分，見表2。主橋、引橋Dr值分別為88.2、88.7，全橋技術(shù)狀況等級(jí)為2類，表明結(jié)構(gòu)有輕微缺損，對(duì)橋梁使用功能無(wú)影響。

表2 剛構(gòu)橋綜合技術(shù)狀況評(píng)定表

根據(jù)《養(yǎng)護(hù)規(guī)范》，結(jié)合評(píng)定結(jié)果，應(yīng)對(duì)橋梁0#臺(tái)前墻裂縫及橋面鋪裝車轍擁包病害進(jìn)行處治，修補(bǔ)梁體孔洞、剝落等缺陷，并保護(hù)橋梁觀測(cè)點(diǎn)。

6 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)某深水大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的外觀與專項(xiàng)檢查及技術(shù)狀況評(píng)估，可得如下結(jié)論：

1) JTG/T H21—2011《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)處于評(píng)定最底層的各類構(gòu)件及病害描述較具體明確，由于深水大跨剛構(gòu)橋的構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，在檢測(cè)中應(yīng)遵循全面和接近的原則，盡可能配合必要的措施以檢查所有構(gòu)件，以準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)病害程度。

2)該橋綜合評(píng)定結(jié)果為2類，應(yīng)結(jié)合《養(yǎng)護(hù)規(guī)范》要求對(duì)現(xiàn)有主要病害及時(shí)維修并加強(qiáng)后期觀測(cè)。

3)人工水下攝像能直觀反映橋梁水下墩柱等構(gòu)件的病害，可用于橋梁水下構(gòu)件檢測(cè)，但對(duì)水下能見度要求高，在水質(zhì)混濁條件下的應(yīng)用還需進(jìn)一步研究。

[1]郭偉.貴州省7座在役連續(xù)剛構(gòu)橋病害調(diào)查與分析[J].公路交通技術(shù)，2017，33(5)：100-104.

[2]楊俊，曹一山.大跨連續(xù)剛構(gòu)橋底板縱向裂縫成因分析與處治措施[J].公路，2017(8)：156-158.

[3]陳常明.大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋檢測(cè)評(píng)估與加固處治技術(shù)研究[D].北京：清華大學(xué)，2014.

[4]中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范JTG H11—2004[S].北京：人民交通出版社，2004.

[5]中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)JTG/T H21—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.

[6]中華人民共和國(guó)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部.回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程JGJ/T 23—2011[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[7]中華人民共和國(guó)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部.混凝土中鋼筋檢測(cè)技術(shù)規(guī)程JGJ/T 152—2008[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[8]中華人民共和國(guó)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部.工程測(cè)量規(guī)范GB 50026—2007[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[9]中華人民共和國(guó)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB 50204—2015[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[10]趙曉燕.不同規(guī)范橋梁技術(shù)狀況評(píng)估方法比較與分析[J].城市道橋與防洪，2014(11)：69-72.

[11]胡國(guó)喜，繆品柏.橋梁水下基礎(chǔ)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用前景[J].公路交通技術(shù)，2012，4(2)：71-73.

TechnicalConditionEvaluationofaLargeContinuousRigid-FrameBridgeinDeepWaterbasedonInspection

PENGWei1，2，WUChengzhong1，CHENYiqian2，TANXin3

(1.Chongqing Anji Construction & Reinforcement Co.，Ltd.，Chongqing 401120， China；2.State Key Laboratory of Bridge Engineering Structure Dynamics， Chongqing Communication Research & Design Institute Co.， Ltd.，China Merchants Group， Chongqing 400067， China；3.Chongqing Branch, Changjiang River Scientific Research Institute， Chongqing 400026，China)

In order to evaluate the working condition of a large continuous rigid-frame bridge in deep water， visual inspection and special inspection of material condition were implemented in main structure and ancillary components of bridge， and underwater videography as well as artificial fumble were applied in defects inspection of piers and pile caps in deep water. Finally， through analyzing the rating scales of members and weights of components， the related technical suggestions were given for bridge management and maintenance.

rigid-frame bridge；pier in deep water；material condition；underwater inspection；technical condition evaluation

10.13542/j.cnki.51-1747/tn.2017.04.007

2017-11-14

彭偉(1980—)，男，高級(jí)工程師，博士，研究方向：結(jié)構(gòu)病害診治與工程防災(zāi)，電子郵箱：pwei99@126.com。

U446

A

2095-5383(2017)04-0033-05