橋梁檢測(cè)技術(shù)研究及應(yīng)用分析

張逸捷，盧彭真

(浙江工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，浙江 杭州 310014)

1 引 言

改革開放以來(lái)，我國(guó)在役橋梁數(shù)量快速增長(zhǎng)。橋梁是現(xiàn)代交通網(wǎng)不能缺少的重要組成部分，隨著我國(guó)公共基礎(chǔ)橋梁建設(shè)工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，部分橋梁進(jìn)入了維護(hù)保養(yǎng)的關(guān)鍵階段。橋梁檢測(cè)技術(shù)可以對(duì)在役橋梁的健康現(xiàn)狀以及應(yīng)用壽命進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估，對(duì)橋梁既有的損傷和缺陷進(jìn)行專業(yè)的診斷，及時(shí)作出預(yù)警報(bào)告，確保橋梁使用質(zhì)量。

橋梁檢測(cè)是針對(duì)橋梁的缺陷病害的位置、病害的嚴(yán)重程度進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，從而為橋梁的維修加固方案提供理論和數(shù)據(jù)上的支持。橋梁檢測(cè)的內(nèi)容一般包括以下兩個(gè)方面：橋梁承載能力檢測(cè)和橋梁外觀檢測(cè)。橋梁承載能力的荷載檢測(cè)一般包括靜載檢測(cè)和動(dòng)載檢測(cè)兩個(gè)方面，橋梁表觀檢查分析主要包括橋梁上下部結(jié)構(gòu)、混凝土強(qiáng)度、保護(hù)層厚度等方面的檢測(cè)。對(duì)橋梁外觀進(jìn)行檢查分析是橋梁檢測(cè)的先行步驟，通過(guò)對(duì)檢測(cè)橋梁的表觀進(jìn)行詳細(xì)分析，確定橋梁的基本應(yīng)用情況，再對(duì)檢測(cè)橋梁進(jìn)行橋梁承載力的荷載檢測(cè)以得出橋梁的既有工作性能和進(jìn)一步病害情況，通過(guò)以上兩步全面檢測(cè)橋梁狀況，分析破損、缺陷的產(chǎn)生原因，并系統(tǒng)收集相關(guān)數(shù)據(jù)資料，完善橋梁數(shù)據(jù)庫(kù)，為橋梁維護(hù)和科學(xué)管理提供依據(jù)。

2 橋梁檢測(cè)主要內(nèi)容

2.1 外觀檢測(cè)

橋梁表觀檢查分析是通過(guò)一定的檢測(cè)儀器和檢測(cè)手段對(duì)橋梁外觀進(jìn)行詳細(xì)分析，確定橋梁的基本應(yīng)用情況，橋梁的外觀檢測(cè)一般包括對(duì)橋梁混凝土碳化深度、混凝土強(qiáng)度、混凝土保護(hù)層厚度、上下部結(jié)構(gòu)等方面的檢測(cè)與評(píng)估。

對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)的檢測(cè)一般是橋梁主梁等橋系統(tǒng)和橋面鋪裝、橋面系進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估。對(duì)橋梁的下部結(jié)構(gòu)的檢測(cè)主要包括對(duì)橋墩、橋臺(tái)、基礎(chǔ)、護(hù)坡等支承結(jié)構(gòu)或荷載傳遞結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估。對(duì)橋梁上下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)的目的是為了評(píng)判橋梁整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和總體承載能力是否達(dá)到預(yù)計(jì)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和使用條件，確保橋梁的使用安全。

混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)和評(píng)定關(guān)系著橋梁總體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性以及橋梁應(yīng)用壽命，是決定工程總體質(zhì)量的重要因素?；炷翉?qiáng)度的檢測(cè)方法包括回彈法、射線吸收、散射法等無(wú)破損檢測(cè)方法和鉆芯法、BRE內(nèi)部斷裂法、Windsor探針貫入法等半破損檢測(cè)方法來(lái)對(duì)橋梁混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。

混凝土的碳化會(huì)嚴(yán)重影響配筋混凝土構(gòu)件的質(zhì)量與壽命，因此，可以通過(guò)對(duì)混凝土碳化深度的檢測(cè)來(lái)判斷混凝土碳化對(duì)鋼筋的影響。通常把酚酞酒精噴涂在混凝土表面的新鑿開的破損面上，再測(cè)量混凝土表面到混凝土深處不變色位置以及顏色差異明顯交界處的垂直距離，再用專用的碳化深度測(cè)定儀測(cè)取讀數(shù)。

保護(hù)層可以有效保護(hù)鋼筋，阻止外界腐蝕介質(zhì)滲入腐蝕鋼筋，所以對(duì)混凝土保護(hù)層厚度的檢測(cè)是對(duì)鋼筋耐久性評(píng)定的重要依據(jù)，也是對(duì)有防火等特殊要求的鋼筋混凝土梁質(zhì)量檢測(cè)的重點(diǎn)。目前常用的鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)儀器一般通過(guò)儀器發(fā)射電磁波，從而在混凝土中產(chǎn)生感應(yīng)電磁場(chǎng)，并對(duì)感應(yīng)電磁場(chǎng)進(jìn)行分析從而得到保護(hù)層厚度、鋼筋直徑等參數(shù)。

2.2 動(dòng)載試驗(yàn)

對(duì)于橋梁工程而言，載荷試驗(yàn)主要是針對(duì)在其運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的不確定情況進(jìn)行檢測(cè)而及時(shí)規(guī)避有可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)因素。動(dòng)載檢測(cè)是指在橋梁上施加動(dòng)載荷，在對(duì)此狀態(tài)下的橋梁結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，得出施加動(dòng)載荷對(duì)被檢橋梁的影響結(jié)果和實(shí)際性能。在進(jìn)行橋梁的動(dòng)載檢測(cè)時(shí)，常采用跑車試驗(yàn)、跳車試驗(yàn)、剎車試驗(yàn)以及脈沖試驗(yàn)，通過(guò)特定的傳感器(如動(dòng)態(tài)信號(hào)分析系統(tǒng)等)得到橋梁動(dòng)力性能參數(shù)，如自振頻率、阻尼比和沖擊系數(shù)等參數(shù)，可以分析得出結(jié)構(gòu)損傷情況以及結(jié)構(gòu)的整體受力性能，再將實(shí)際檢測(cè)所得參數(shù)與理論計(jì)算設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，得出承受動(dòng)載狀態(tài)下橋梁結(jié)構(gòu)性能現(xiàn)狀。

2.3 靜載試驗(yàn)

靜載檢測(cè)試驗(yàn)在橋梁工程檢測(cè)中常常使用，是一種能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁存在的質(zhì)量缺陷，保證橋梁檢測(cè)科學(xué)性和為橋梁管理提供數(shù)據(jù)支持的檢測(cè)方法，可以檢測(cè)出橋梁中部分結(jié)構(gòu)受力情況及相應(yīng)位置是否發(fā)生改變。對(duì)于靜載試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，如何使結(jié)構(gòu)處于最佳受力效果且不會(huì)使橋梁整結(jié)構(gòu)受到損傷的狀態(tài)是十分重要的，在此條件下，試驗(yàn)荷載大小即為結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀況，在具體的靜載檢測(cè)試驗(yàn)中，一般在被檢測(cè)橋梁指定位置施加固定靜載荷，觀察橋梁在此靜載狀態(tài)下的具體變化。值得注意的是，在進(jìn)行靜載檢測(cè)試驗(yàn)時(shí)，被檢橋梁常常會(huì)由于試驗(yàn)靜載而造成既有裂縫的伸展和擴(kuò)張，所以在試驗(yàn)過(guò)程中需要觀察裂縫的擴(kuò)展方向和大小，對(duì)新產(chǎn)生的裂縫及時(shí)進(jìn)行原因分析。對(duì)試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)的控制也是影響靜載試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的重要因素，為保證試驗(yàn)結(jié)果的有效性，要求靜載檢測(cè)試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)不得低于5 min。

3 案例分析

3.1 工程概況

本文以某單跨混凝土簡(jiǎn)支空心板梁橋作為依托工程，該橋跨徑為25 m，橋?qū)?0m，與道路正交。橋面橫向布置為：0.3 m(欄桿)+10.6 m(草坪)+4.1 m(人行道)+12.5 m(行車道)+5 m(分隔帶)+12.5 m(行車道)+4.1 m(人行道)+10.6 m(草坪)+0.3 m(欄桿)=60 m。

3.2 橋梁外觀檢查

橋面系中包括橋面鋪裝、伸縮縫、人行道、護(hù)欄、防排水系統(tǒng)、照明以及標(biāo)志進(jìn)行了表面觀察檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)行車道裂縫病害，伸縮縫存在堵塞、碎邊等病害，人行道存在緣石殘缺、露筋等病害，其余檢測(cè)項(xiàng)目均為完好狀態(tài)；上部結(jié)構(gòu)分別對(duì)主梁、橫向聯(lián)系以及支座進(jìn)行了表面觀察檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)主梁和支座完好，橫向聯(lián)系鉸縫處有滲水；下部結(jié)構(gòu)分別對(duì)橋臺(tái)、墩臺(tái)基礎(chǔ)以及橋臺(tái)擋塊進(jìn)行了表面觀察檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)橋臺(tái)存在蜂窩麻面、滲水青苔、豎向裂縫等病害缺陷，墩臺(tái)基礎(chǔ)和橋臺(tái)擋塊狀態(tài)均完好。

3.3 橋梁動(dòng)載荷檢測(cè)

本文通過(guò)Midas civil有限元軟件建立相應(yīng)的模型，用與分析橋梁的力學(xué)行為。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試橋梁得到自振頻率的變化，基于測(cè)試得到的數(shù)據(jù)，可對(duì)橋梁力學(xué)性能進(jìn)行分析。本次檢測(cè)采用北京東方所的動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)INV3020C進(jìn)行采集分析。

4 結(jié) 論

橋梁在長(zhǎng)期的實(shí)際應(yīng)用中伴隨著各種人為因素和自然災(zāi)害的影響，其橋梁整體穩(wěn)定性和應(yīng)用壽命會(huì)因?yàn)閾p傷或老化而下降，對(duì)橋梁安全使用造成隱患，所以對(duì)橋梁要進(jìn)行專業(yè)化的檢測(cè)與評(píng)估以保證交通安全。結(jié)合對(duì)某橋梁的實(shí)地檢測(cè)應(yīng)用，應(yīng)用橋梁檢測(cè)中外觀檢測(cè)、動(dòng)載檢測(cè)、靜載檢測(cè)三方面的檢測(cè)方法，并將檢測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比得出對(duì)橋梁整體性能的評(píng)判，為橋梁檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用研究提供了理論和實(shí)際的參考。