簡支連續(xù)梁橋的施工控制及質(zhì)量檢驗方法

范 婷

(山西遠方路橋(集團)有限責(zé)任公司，山西 大同 037006)

0 引言

簡支連續(xù)梁橋由于工藝簡單，投資較少的原因，被廣泛的應(yīng)用于各等級公路工程中，比較特殊的橋梁除跨度或凈高較大的主跨和過渡跨外，其余輔跨大多數(shù)也以簡支連續(xù)梁結(jié)構(gòu)為主。隨著超聲波檢測技術(shù)、電磁感應(yīng)檢測技術(shù)、機械波傳感及濾波技術(shù)的不斷推廣，各種無損快捷的檢測方法得到了廣泛的應(yīng)用，下面以地基基礎(chǔ)，下部結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)及荷載試驗四個方面闡述檢測方法的具體應(yīng)用。

1 地基基礎(chǔ)

按JTG D63—2007公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范,橋涵地基巖土分為巖石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和特殊性巖土六大類，而每一類地質(zhì)又按硬度、完整程度、節(jié)理發(fā)育程度、粒度、棱角程度、標(biāo)準(zhǔn)貫入深度、含水量、孔隙比、液性指數(shù)將各大類巖土細(xì)分若干子類別，這些分類同時也是確定地基承載力基本容許值的基礎(chǔ)，通過這一指標(biāo)加上對基礎(chǔ)尺寸的修正，就可以確定地基容許承載力，作為設(shè)計單位選擇橋梁結(jié)構(gòu)的前提，施工方應(yīng)在基坑開挖后，現(xiàn)場驗證實際承載力是否能夠滿足設(shè)計要求，現(xiàn)場承載力的確定一般采用平板荷載和圓錐動力觸探的方法實施，而現(xiàn)場平板荷載試驗由于過程復(fù)雜、深度有限等缺陷而很少被使用，大多被應(yīng)用在復(fù)合地基的承載力檢驗上，而動力觸探在橋涵基礎(chǔ)中的應(yīng)用范圍就要廣泛一些。

1.1 擴大基礎(chǔ)

除確定擴大基礎(chǔ)的承載力外，圓錐動力觸探可以確定力學(xué)分層，評價地基的密實程度，確定地基土的變形模量，評價地基均勻性和確定持力層等，現(xiàn)場承載力檢驗應(yīng)根據(jù)地基土的巖土分類選擇合適的觸探方法，各種動力觸探的適用范圍區(qū)別如表1所示[1]。

表1 圓錐動力觸探的類型與規(guī)格

作為重型及超重型動力觸控應(yīng)對探桿長度、地下水位的影響進行修正，必須注意的是，動力觸探試驗在檢驗地基承載力時，應(yīng)按照TB 10018—2003鐵路工程地質(zhì)原位測試規(guī)程或GB 50021—2001巖土工程勘察規(guī)范規(guī)定的結(jié)束條件進行試驗，暨每層擊數(shù)應(yīng)達到90次，或每半層超過45次，不應(yīng)以表層擊數(shù)滿足設(shè)計要求作為試驗結(jié)束的條件，否則，會對基坑深層地質(zhì)情況誤判，造成嚴(yán)重的損失。

1.2 樁基礎(chǔ)

灌注樁基礎(chǔ)的應(yīng)用十分廣泛，其成孔屬隱蔽工程，由于工藝要求高、質(zhì)量環(huán)節(jié)多，加上地質(zhì)情況復(fù)雜，在成孔過程中塌孔、縮徑、孔底沉渣過厚的情況多有發(fā)生，另一方面，混凝土灌注過程中也有可能產(chǎn)生斷樁、塌孔、離析、夾泥等病害，所以檢測工作一定是全過程、全方位的，任何一個環(huán)節(jié)都有可能造成嚴(yán)重的質(zhì)量事故。

1.2.1鉆孔過程檢測

除準(zhǔn)確的定位和合理的護筒埋置深度外，整個鉆進過程要保證泥漿指標(biāo)在合理的范圍內(nèi)，泥漿性能應(yīng)明確區(qū)分成孔前后指標(biāo)的差別，對于成孔前的泥漿性能應(yīng)按照鉆進工藝區(qū)分，其中相對密度、黏度和含砂率三個指標(biāo)相對重要。

1.2.2成孔檢測

成孔檢測包括孔徑、孔深、傾斜度、沉渣厚度及清孔后的泥漿指標(biāo)，工地上常用的測定方法比較簡單直觀，如采用吊入鋼筋籠測孔器的方法測定孔徑和傾斜度，采用垂球法測定孔深及沉渣厚度，這些方法測量結(jié)果較粗略，采用電阻率法測定沉渣厚度可以得到比較準(zhǔn)確的結(jié)果，其利用電極之間導(dǎo)體電阻差異的原理，通過電流指針的變化來確定孔深和沉渣厚度，而超聲波檢測孔徑和垂直度的試驗方法，測量結(jié)果直觀準(zhǔn)確，其具體原理如圖1所示。

直徑R計算公式如下：

(√(Cd2+(O′b-O′a)2)+√(ab2+(O′d-O′c)2))/2;

任一深度探頭偏心距S為：

(√((O′d-O′c)2+(O′b-O′a)2))/2;

傾斜度：

(S-S0)/H。

通過任一位置聲時測試結(jié)果可以完整繪制成孔斷面圖，確定出缺陷的類型及具體深度。

1.2.3樁基成樁檢測

樁基成樁檢測包括承載力檢測和完整性檢測，對于條件復(fù)雜的大、中型橋，一般都應(yīng)用靜載荷試驗確定樁的承載力，為設(shè)計提供依據(jù)，我國慣用的是維持荷載法進行加載，承載力檢驗多用于試樁檢驗，在施工現(xiàn)場并不常見。而樁基完整性檢測則由于機械波傳感濾波技術(shù)和超聲波檢測技術(shù)的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于各等級公路橋梁的樁基檢測中，最主要的檢測方法有低應(yīng)變反射波法和超聲透射波法。

1)低應(yīng)變反射波法。

低應(yīng)變反射波法依據(jù)波陳面動量守恒定理，通過采集樁身反射波與入射波，由相位與深度判定樁基缺陷及位置，但在實際應(yīng)用當(dāng)中，經(jīng)常會出現(xiàn)比較雜的反射波形，這時需要同時采用頻域和時域綜合分析，在頻域分析中正常樁身相鄰頻差的間距Δf≈c/2L，L為設(shè)計樁長，如果相鄰頻差大于c/2L，則表示樁身存在缺陷，在實際操作中應(yīng)注意以下幾點：

a.樁底反射對于完整性判斷是最為重要的，但有些缺陷的二次反射剛與樁底反射重合，很有可能將嚴(yán)重缺陷的多次反射當(dāng)成樁底反射，如圖2所示。

如圖2，表面上看樁底反射比較明顯，但事實上本樁為端承樁，樁底反射應(yīng)與入射波相位相反，故應(yīng)結(jié)合頻域圖進行分析，判定是否在L/2處的缺陷產(chǎn)生了多次反射，如果是則應(yīng)判為Ⅳ類樁。

b.第一反射子波同相位，常常被認(rèn)為是存在縮徑或空洞缺陷的象征，但如果后續(xù)反射子波的相位也是同相位的，那么就是正常的阻尼振動，樁底反射明顯的話應(yīng)判為Ⅰ類樁，如圖3所示。

c.為了得到良好的反射信號，試驗過程中應(yīng)根據(jù)錘激能量、錘頭材料、脈沖寬度三個方面綜合選擇激發(fā)錘，一般情況下長大樁基應(yīng)選擇大質(zhì)量彈性錘頭，而短小樁可選用鋼性錘頭。

2)超聲透射波法。

與低應(yīng)變反射波法相比，超聲測樁的結(jié)果更加直觀和精確，但也應(yīng)注意以下幾個方面[2]：

a.施工單位應(yīng)保證聲測管焊接密實，且保證垂直布置，聲測管頂端應(yīng)高出樁頂30 cm～50 cm。

b.檢測人員應(yīng)始終保證徑向探頭處在水中，必要時向聲測管中補水。

c.測試人員應(yīng)根據(jù)管間跨距確定信號接收延時，盡量保證首波在屏顯左側(cè)1/3處。

d.數(shù)據(jù)處理過程中，應(yīng)能從波列圖中區(qū)分聲速減小是否由于彎管造成，并能進行彎管校正。

e.對于缺陷位置，應(yīng)進行斜測和扇形測，以明確缺陷的大小和形狀。

2 下部結(jié)構(gòu)

與基礎(chǔ)相比，下部結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測比較簡單，除了結(jié)構(gòu)尺寸方面的檢測外，主要檢測鋼筋保護層厚度和混凝土推定強度，鋼筋保護層厚度測定儀以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)，電磁場強度的變化和金屬物大小與探頭距離存在一定的對應(yīng)關(guān)系[3]，所以可以測定鋼筋直徑和保護層厚度，鋼筋混凝土構(gòu)件保護層厚度對于橋梁的安全性評價是十分重要的，保護層太大會在受拉區(qū)造成早期裂縫，而保護層太小則易產(chǎn)生鋼筋銹蝕和混凝土剝落的現(xiàn)象，比較先進的保護層厚度測定儀可在輪式測距儀的幫助下繪制完整的鋼筋布置圖，間接的檢驗鋼筋間距是否滿足設(shè)計要求?；炷翉姸韧贫ㄖ禍y定可以分別用回彈法和超聲回彈法測定，超聲回彈法的原理和檢測設(shè)備與超聲波測樁是相同的，只是將徑向探頭改為平面探頭，與回彈法相比超聲回彈法具備以下幾個方面的特點[4]：

1)回彈法只能測定表面強度，對內(nèi)部缺陷無法檢測，而超聲回彈法可以全面評價混凝土質(zhì)量。

2)超聲回彈法適用范圍較寬，強度范圍為10 MPa～70 MPa,齡期范圍為7 d～2 000 d，都超過了回彈法。

3)當(dāng)采用平測方法或?qū)Ρ砻妗⒌酌孢M行超聲回彈時，應(yīng)進行波速修正。

4)超聲回彈法試驗時，由于碳化深度對聲速與回彈值的影響一減一增，相互抵消，所以不需要進行碳化深度檢測。

3 上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)對于橋梁安全起著決定性的作用，除了結(jié)構(gòu)尺寸、鋼筋保護層、強度外，還要對上部構(gòu)件的裂縫、鋼筋銹蝕電位、混凝土電阻率、混凝土碳化情況、氯離子含量，在橋梁荷載試驗中，上部結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)力、應(yīng)變也是重要檢測項目。

鋼筋保護層、鋼筋銹蝕電位、混凝土電阻率、混凝土碳化情況、氯離子含量五個指標(biāo)之間是相互關(guān)聯(lián)的，他們共同決定了混凝土構(gòu)件的惡化狀況評定，而鋼筋保護層厚度與鋼筋銹蝕電位兩個指標(biāo)是評價橋梁承載力的必檢項目，鋼筋銹蝕一方面是由于保護層厚度太小而碳化深度遠大于保護層厚度，使得鋼筋表面的鈣質(zhì)鈍化膜失去作用造成的，另一方面由于混凝土中氯離子含量過高或混凝土電阻率太小加速了鋼筋銹蝕情況，而半電池電位法可以評價當(dāng)前鋼筋的銹蝕程度。

超聲波測定儀通常是多功能的，除能完成前述的超聲檢測外，還可以進行混凝土內(nèi)部缺陷及裂縫深度的檢測，對于上部構(gòu)件受拉區(qū)混凝土判定很有幫助，其原理如圖4所示[5]。

在檢驗過程中，應(yīng)對正常位置的波速應(yīng)進行標(biāo)定，如圖4中在無裂縫處進行平測以及鉆孔。

4 荷載試驗

除新橋以及改擴建橋梁應(yīng)對正常使用狀態(tài)和承載能力進行驗證外，出現(xiàn)下述情況時也要進行荷載試驗：

1)技術(shù)狀態(tài)等級為四、五類或橋梁經(jīng)過承載力評定后作用效應(yīng)與抗力效應(yīng)之比在1～1.2之間。

2)擬提高荷載等級或需通過特殊重型車輛。

3)遭受重大自然災(zāi)害或意外事件。

橋梁荷載試驗分為靜載試驗和動載試驗，其目的是要獲得橋梁結(jié)構(gòu)作用與響應(yīng)的各種參數(shù)，如圖5所示。

靜載試驗是評估橋梁質(zhì)量和承載能力最為常用和成熟的基本方法，其檢驗順序基本如下[6]：

1)根據(jù)受力影響線計算設(shè)計荷載(汽車荷載等級和公路荷載等級驗算)下各內(nèi)力的設(shè)計控制值。

2)根據(jù)擬實際加載情況，確定某內(nèi)力的實際加載計算值及加載效率系數(shù)，對交、竣工試驗其值控制在0.85～1.05之間。

3)在待測應(yīng)力、變形、位移處安裝傳感器、應(yīng)變片及溫度補償片，必須保證非控制截面內(nèi)力或位移不超過控制荷載作用下的最不利值，試驗時先記錄零荷載讀數(shù)。

4)為保證試驗安全，各工況應(yīng)進行分級加載，當(dāng)試驗過程中出現(xiàn)實測彈性值已超過計算彈性值、裂縫寬度明顯增加或橋梁發(fā)生異響時，應(yīng)終止試驗。

5)收集試驗荷載彈性值，與試驗荷載計算值進行比較，確定校驗系數(shù)，并測定位移及卸荷后的相對殘余。

5 結(jié)語

由于超聲波檢測技術(shù)的原理相對簡單，所以已經(jīng)得到了比較廣泛的應(yīng)用，而測量自振的動測技術(shù)必須借助頻譜分析，且信號需經(jīng)濾波、放大和調(diào)試后方可分析，比較專業(yè)的檢測機構(gòu)和設(shè)備才能得到準(zhǔn)確的結(jié)論，但無論如何，除檢測工程師外，作為一線施工的橋梁工程師也應(yīng)該掌握一部分檢測技術(shù)的原理和方法，這有利于橋梁施工過程中的質(zhì)量控制。

參考文獻:

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[3] 刁傳蘇.淺談鋼筋保護層厚度檢測技術(shù)與方法[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2013,9(6):153-156.

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[5] 劉兆勇,王羿磊.超聲波檢測裂縫在橋梁中的應(yīng)用[J].中國西部科技,2013,12(1):17-18.

[6] 白亮平.談公路橋梁結(jié)構(gòu)動靜載荷試驗[J].山西建筑,2013,39(26):150-151.