高速公路橋梁預(yù)制小箱梁構(gòu)件制作質(zhì)量快速檢測(cè)技術(shù)研究

劉靜

摘要：裝配式空心板橋，采用了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土或普通鋼筋混凝土預(yù)制空心板構(gòu)件；簡(jiǎn)支和先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)裝配式T梁，采用了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土預(yù)制T梁構(gòu)件；裝配式小箱形梁橋，采用了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土預(yù)制小箱梁構(gòu)件。預(yù)制梁板（空心板、T梁、小箱梁）構(gòu)件是裝配式橋梁的主要、關(guān)鍵承重構(gòu)件，直接決定了橋梁施工質(zhì)量和建成以后的承載能力。保證裝配式橋梁預(yù)制梁板構(gòu)件的施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)性能，是保證橋梁結(jié)構(gòu)承載能力和安全的前提和基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：橋梁；裝配式橋梁；結(jié)構(gòu)無損技術(shù)

在裝配式橋梁預(yù)制梁板構(gòu)件施工中，材料質(zhì)量、施工工藝、養(yǎng)護(hù)條件、施工操作人員水平等方面，都有可能會(huì)存在各種不確定的偏差；同時(shí)，橋梁預(yù)制梁板構(gòu)件，通?？缍却?、配筋密、混凝土厚度薄，稍有不慎、極易出現(xiàn)各種施工缺陷。施工偏差和缺陷將會(huì)影響預(yù)制梁板構(gòu)件的施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)性能，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)承載能力達(dá)不到設(shè)計(jì)預(yù)期。若不能有效的檢測(cè)出存在結(jié)構(gòu)病害的預(yù)制梁板構(gòu)件，那么橋梁建成后，將會(huì)存在橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷，降低橋梁結(jié)構(gòu)承載能力，危及橋梁自身的結(jié)構(gòu)安全和車輛正常通行的安全。對(duì)裝配式橋梁預(yù)制梁板構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能和施工質(zhì)量，進(jìn)行有效、科學(xué)的檢測(cè)，對(duì)于保證裝配式橋梁結(jié)構(gòu)安全，具有重要的意義。

一、裝配式橋梁預(yù)制梁板構(gòu)件制作質(zhì)量快速檢測(cè)技術(shù)類型

目前，對(duì)于裝配式橋梁預(yù)制梁板構(gòu)件的施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)性能，通常采用結(jié)構(gòu)無損技術(shù)和靜載試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)。

（一）結(jié)構(gòu)無損技術(shù)

無損檢測(cè)技術(shù)是在不損傷被測(cè)材料的情況下，檢查材料的內(nèi)在或表面缺陷、測(cè)定材料的某些物理量或性能、組織狀態(tài)等的檢測(cè)技術(shù)。無損檢測(cè)技術(shù)是多學(xué)科緊密結(jié)合的高技術(shù)產(chǎn)物，現(xiàn)代材料學(xué)和應(yīng)用物理學(xué)的發(fā)展為無損檢測(cè)技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)，而現(xiàn)代電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展又為無損檢測(cè)技術(shù)提供了現(xiàn)代化的測(cè)試工具。

按檢測(cè)目的，結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)無損檢測(cè)方法大體可分為兩類：

第一類，以檢測(cè)強(qiáng)度為目的。包括半破損法（如鉆芯法、拔出法、射擊法等）、非破損法（如壓痕法、回彈法、超聲脈沖法、回彈-超聲綜合法、超聲-衰減綜合法、射線法、落球法等，其中回彈法及回彈，超聲綜合法已被廣泛用于工程檢測(cè)，我國已制定相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范），以及半破損和非破損的綜合法。

第二類，以檢測(cè)混凝土內(nèi)部缺陷為目的。目前我國應(yīng)用最廣的是超聲脈沖法。超聲波在混凝土無損檢測(cè)中的研究和應(yīng)用已有近60年的歷史，混凝土超聲波檢測(cè)是混凝土無損檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)重要方面。我國開展超聲脈沖技術(shù)的研究始于20世紀(jì)50年代中期，于1964年自主研制成功第一臺(tái)非金屬超聲檢測(cè)儀。有關(guān)單位陸續(xù)開展了混凝土質(zhì)量非破損檢測(cè)研究工作，并取得了大量的研究成果，同時(shí)在工程檢測(cè)中得到了推廣與應(yīng)用。檢測(cè)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，從地面上部結(jié)構(gòu)的檢測(cè)發(fā)展到地下結(jié)構(gòu)的檢測(cè)；從一般小構(gòu)件的檢測(cè)發(fā)展到大體積混凝土結(jié)構(gòu)的檢測(cè)；從單一測(cè)強(qiáng)度到裂縫、缺陷、損傷層厚度、彈性參數(shù)等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與材料科學(xué)的發(fā)展，已研制出具有數(shù)據(jù)采集與處理功能的智能化超聲儀。

（二）靜載試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)

靜載試驗(yàn)檢測(cè)是鑒定橋梁預(yù)制梁板構(gòu)件結(jié)構(gòu)能否正常使用的一個(gè)重要、直接檢測(cè)手段。橋梁預(yù)制梁板構(gòu)件靜載試驗(yàn)檢測(cè)，通過對(duì)預(yù)制梁板構(gòu)件直接施加靜力試驗(yàn)荷載、利用各種試驗(yàn)儀器來檢測(cè)梁板構(gòu)件在試驗(yàn)荷載作用下的應(yīng)變和撓度，根據(jù)測(cè)試的應(yīng)變和撓度，對(duì)預(yù)制梁板構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性能和質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

預(yù)制梁板構(gòu)件的靜載試驗(yàn)，首先進(jìn)行理論計(jì)算，在正常使用極限狀態(tài)下，根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際橋梁所測(cè)斷面內(nèi)力影響線上按最不利位置進(jìn)行加載，得到單個(gè)構(gòu)件控制截面的活載內(nèi)力。然后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，采取合理、準(zhǔn)確的加載方案，以達(dá)到一定的荷載效率系數(shù)為目的，采用應(yīng)變或內(nèi)力等效的原則，確定在試驗(yàn)梁上所需的試驗(yàn)荷載，以此確定加載工況、測(cè)點(diǎn)布置等。試驗(yàn)中的加、卸載均采取分級(jí)的辦法進(jìn)行，可采用均勻堆放沙袋、堆放鋼材或安裝反力架（配重）使用千斤頂?shù)确绞竭M(jìn)行加載。預(yù)制梁板構(gòu)件靜載試驗(yàn)檢測(cè)測(cè)試的主要內(nèi)容通常為：內(nèi)力控制截面的撓度（應(yīng)測(cè)試支座沉降，用于進(jìn)行跨中撓度測(cè)試修正）、上下截面應(yīng)變等；同時(shí)，在試驗(yàn)過程中觀測(cè)試驗(yàn)構(gòu)件結(jié)構(gòu)裂縫等可能病害的發(fā)生、發(fā)展情況。根據(jù)靜載試驗(yàn)測(cè)試的撓度和應(yīng)變，采用使用性能、校驗(yàn)系數(shù)、相對(duì)殘余變形、截面應(yīng)變分布規(guī)律等指標(biāo)，對(duì)預(yù)制構(gòu)件的施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)和判斷。

二、動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展

盡管無損檢測(cè)和構(gòu)件靜載試驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)取得很大的進(jìn)步，但由于其測(cè)試原理、工藝等的限制，這些現(xiàn)有的檢測(cè)手段對(duì)于橋梁預(yù)制梁板構(gòu)件施工質(zhì)量的主要方面一承載能力指標(biāo)的檢測(cè)而言，始終存在著一定的局限性。無損檢測(cè)技術(shù)存在僅針對(duì)材料病害或性能、檢測(cè)結(jié)果片面，不能直接評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)承載能力的不足；靜載試驗(yàn)檢測(cè)存在所需的加載設(shè)備復(fù)雜、試驗(yàn)周期較長(zhǎng)等不足?，F(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)存在的局限性，制約了預(yù)制梁板構(gòu)件施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)性能的檢測(cè)，難以滿足實(shí)際橋梁預(yù)制梁板構(gòu)件工程大規(guī)模施工的需求。

試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析開始于20世紀(jì)30年代。最初在航空工業(yè)中就用來通過共振試驗(yàn)測(cè)量飛機(jī)模態(tài)參數(shù)，確定系統(tǒng)的固有頻率。到了20世紀(jì)60年代，由于計(jì)算機(jī)和快速富氏變換等數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展，使結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性研究得以迅速的發(fā)展，商用數(shù)字分析儀及軟件大量出現(xiàn)，試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析開始了新紀(jì)元。發(fā)展了許多試驗(yàn)建模方法。把復(fù)雜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成模態(tài)模型，通過激勵(lì)一響應(yīng)的因果關(guān)系來描述系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)中求解的數(shù)學(xué)運(yùn)算。

基于動(dòng)力特性的結(jié)構(gòu)性能（施工質(zhì)量）檢測(cè)實(shí)際上屬于振動(dòng)問題的反問題。對(duì)于橋梁預(yù)制構(gòu)件的施工質(zhì)量（通常主要是剛度性能），事先并不知道其具體情況，所以往往需要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行整體性檢測(cè)。預(yù)制構(gòu)件的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性能夠較敏感地從整體上反映結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，并且其模態(tài)參數(shù)來源豐富，容易進(jìn)行測(cè)量，因此以模態(tài)參數(shù)為基礎(chǔ)的檢測(cè)、分析方法，是一種有效的構(gòu)件施工質(zhì)量性能檢測(cè)方法。利用損傷前后結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的變化來診斷結(jié)構(gòu)損傷，診斷的過程不影響結(jié)構(gòu)的正常使用，可以方便地完成結(jié)構(gòu)損傷的在線檢測(cè)和診斷。

裝配式橋梁預(yù)制梁板構(gòu)件結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)，通常采用無損測(cè)試技術(shù)或靜載試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)，這些技術(shù)存在片面和試驗(yàn)檢測(cè)過程復(fù)雜、費(fèi)用高等缺點(diǎn)，難以有效、全面的用來保證橋梁結(jié)構(gòu)安全。本項(xiàng)目的研究成果，將有效的克服無損測(cè)試技術(shù)片面、不直接，靜載試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)復(fù)雜、費(fèi)用高的缺陷，實(shí)現(xiàn)預(yù)制梁板構(gòu)件結(jié)構(gòu)質(zhì)量（性能）的快速、有效檢測(cè)，是橋梁預(yù)制構(gòu)件施工質(zhì)量的有效保證手段。研究成果服務(wù)于橋梁工程建設(shè)實(shí)際，對(duì)于保證裝配式橋梁自身的結(jié)構(gòu)安全和車輛通行安全具有直接的意義。

目前和今后一段時(shí)期內(nèi)，我國城鎮(zhèn)和交通領(lǐng)域仍將處于大規(guī)模的建設(shè)高峰期，大量的交通基礎(chǔ)設(shè)施需要建設(shè)，橋梁是城鎮(zhèn)市政、公路和鐵路等行業(yè)基本建設(shè)的重要內(nèi)容。裝配式橋梁是應(yīng)用最為廣泛的中小跨徑橋型，對(duì)裝配式橋梁預(yù)制梁板構(gòu)件進(jìn)行全面、有效的施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)，是保證其自身和橋梁整體結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)，本項(xiàng)目研究成果具有廣闊的工程應(yīng)用前景。

三、裝配式橋梁預(yù)制梁板構(gòu)件制作質(zhì)量快速檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

結(jié)合工程的施工進(jìn)度，進(jìn)行技術(shù)方案的確定，施工設(shè)備及費(fèi)用的選擇、預(yù)算，并根據(jù)實(shí)際施工效果進(jìn)行技術(shù)方案的調(diào)整和優(yōu)化，最后進(jìn)行資料的整理以及技術(shù)報(bào)告成果的整理。

（一）第一階段：2017年3月至2017年7月，進(jìn)一步收集資料，完成現(xiàn)有研究文獻(xiàn)調(diào)研，對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析和比較；完善研究思路，確定研究實(shí)施方案。

（二）2017年8月至2017年10月，對(duì)裝配式橋梁預(yù)制梁板構(gòu)件，進(jìn)行結(jié)構(gòu)質(zhì)量（性能）與結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性（頻率、振型等）相關(guān)關(guān)系的理論分析、研究；研究預(yù)制梁板構(gòu)件動(dòng)力特性（頻率、振型等）的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)與參數(shù)分析方法；研究、提出通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試動(dòng)力特性，快速評(píng)價(jià)預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)質(zhì)量（性能）的完整方法體系；進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證研究，驗(yàn)證所提方法的效果和可行性。

（三）2017年11月至2018年06月，選取合適的實(shí)際工程橋梁預(yù)制梁板構(gòu)件，實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)靜力荷載試驗(yàn)檢測(cè)和測(cè)試動(dòng)力特性、快速評(píng)價(jià)預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)質(zhì)量（性能），比較、驗(yàn)證所提方法的實(shí)際效果和工程應(yīng)用價(jià)值。并進(jìn)行一定范圍的推廣應(yīng)用。

（四）2018年06月至2018年12月總結(jié)、完善通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試動(dòng)力特性、快速評(píng)價(jià)預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)質(zhì)量（性能）的整套方法，編制實(shí)施技術(shù)指南；進(jìn)行相關(guān)專利技術(shù)申請(qǐng)、發(fā)表學(xué)術(shù)論文；完成研究報(bào)告，申請(qǐng)成果鑒定或驗(yàn)收。

四、結(jié)束語

綜上所述，在公路橋梁工程施工中，預(yù)制梁施工是一個(gè)重要的施工環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量直接影響公路橋梁運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性及長(zhǎng)久性。因此，施工單位應(yīng)重視公路橋梁工程預(yù)制小箱梁構(gòu)件制作質(zhì)量快速檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，要結(jié)合實(shí)際情況制定科學(xué)合理的檢測(cè)方案，把握施工細(xì)節(jié)，消除質(zhì)量漏洞及安全隱患，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的提升。