橋梁工程中預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的檢測與加固技術(shù)

廖志鵬

（中國鐵路廣州局集團(tuán)有限公司長沙工務(wù)段，湖南長沙 410000）

橋梁的結(jié)構(gòu)組成較為復(fù)雜，運(yùn)營環(huán)境特殊，易在內(nèi)外部因素的共同作用下，發(fā)生結(jié)構(gòu)受損等異常情況。針對此問題，施工單位需將檢測工作落實(shí)到位，判斷橋梁各結(jié)構(gòu)的質(zhì)量情況，必要時(shí)采取加固措施，使橋梁恢復(fù)至正常的運(yùn)營狀態(tài)。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的檢測

1.1 檢測技術(shù)

現(xiàn)階段，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測方法較豐富。其中，局部破損檢測技術(shù)已取得廣泛的應(yīng)用，其能夠針對某特定的構(gòu)件展開檢測，保證全程可對混凝土結(jié)構(gòu)的完整性造成不良影響，所得結(jié)果的可靠性較高，因此，在現(xiàn)階段已成為主流的檢測方法。

（1）預(yù)應(yīng)力筋直接檢測技術(shù)。以高精度、高穩(wěn)定性的傳感設(shè)備為主，安裝在待檢測的預(yù)應(yīng)力筋上，由技術(shù)人員操作儀器得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。其中，光纖光柵傳感器作為主要的檢測裝置，在其支持下可得到較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，整體作業(yè)流程精簡、操作便捷。

（2）應(yīng)力釋放法。以機(jī)械切割為主要手段，使構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力得以釋放，根據(jù)實(shí)際情況作出判斷，分析構(gòu)件的特性?？v觀當(dāng)前的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測工作狀況，應(yīng)力釋放法可滿足殘余應(yīng)力的測量需求。所得的結(jié)果難以全面反映構(gòu)件的完整應(yīng)力，但可根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)推算，這一推算方式的所得結(jié)果具有可參考價(jià)值。

1.2 檢測方法

1.2.1 電磁效應(yīng)檢測法

依托于電磁效應(yīng)可完成對預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的檢測，具體可根據(jù)需求采取合適的細(xì)分方法，如渦流檢測、磁粉檢測、側(cè)漏檢測。在預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的質(zhì)量特性存在大幅度的變化時(shí)，構(gòu)件內(nèi)的磁通量改變，可采用電磁的檢測方法，探索磁通量與預(yù)應(yīng)力具備的關(guān)聯(lián)，根據(jù)兩者間的特性確定該構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力。實(shí)踐表明，電磁效應(yīng)檢測法已得到較廣泛的應(yīng)用，但局限之處在于易受到外部環(huán)境的影響，因此，所得結(jié)果的準(zhǔn)確性略低。

1.2.2 超聲波檢測法

依托于超聲波在物體內(nèi)的傳導(dǎo)規(guī)律，展開有關(guān)于構(gòu)件預(yù)應(yīng)力的分析。通過超聲波的應(yīng)用，能夠達(dá)到無接觸檢測的效果，根據(jù)超聲波的傳導(dǎo)規(guī)律可對結(jié)構(gòu)質(zhì)量做出判斷，如被測結(jié)構(gòu)是否存在裂縫等。這一檢測法所得信息的可參考價(jià)值高，更有利于工程人員對結(jié)構(gòu)采取針對性的加固措施，全程無結(jié)構(gòu)損傷問題，能夠規(guī)避不良影響。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的加固

2.1 直接加固

橋梁的運(yùn)營環(huán)境復(fù)雜，合理采取加固措施有利于維持橋梁的穩(wěn)定性。直接加固是較為基礎(chǔ)的方法，該方法以混凝土構(gòu)件的實(shí)際特點(diǎn)為立足點(diǎn)，向該處增添與原結(jié)構(gòu)材料相兼容的材料，通過新增材料的作用提高混凝土的穩(wěn)定性。在直接加固的方法體系中，粘貼鋼板是重要方法之一，其利用適量的建筑結(jié)構(gòu)膠，將合適尺寸的鋼板粘貼在混凝土結(jié)構(gòu)上，以提高混凝土的承載能力。

2.2 間接加固

在間接加固過程中會(huì)普遍采用支撐結(jié)構(gòu)，該類結(jié)構(gòu)可提高混凝土的穩(wěn)定性。其中，預(yù)應(yīng)力鋼絞線拉桿法是較主流的方法，可以改變原構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力分布狀態(tài)，達(dá)到受力條件最優(yōu)化的效果，解決了構(gòu)件受滯后預(yù)應(yīng)力影響的問題。

3 基于工程實(shí)例的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測及加固分析

3.1 工程案例

某跨鐵路橋采用主跨為84 m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T構(gòu)，橋梁全長168 m，施工跨度為7l m+7l m，以470 m曲線半徑、40°的斜交角度跨越6條既有鐵路線。該橋梁要滿足強(qiáng)度、抗裂、剛度的要求，以剛度控制為設(shè)計(jì)，應(yīng)滿足動(dòng)力的要求。為防止運(yùn)營時(shí)間長，造成橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)病害等問題，在施工時(shí)可運(yùn)用預(yù)應(yīng)力的方法，對橋梁進(jìn)行加固，以解決裂縫等問題帶來的不良影響。

3.2 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測技術(shù)分析

3.2.1 綜合檢測法

（1）埋設(shè)聲測管。以樁基直徑d為參照基準(zhǔn)，控制聲測管的數(shù)量，即d≤1.5 m時(shí)為3根、d＞1.5 m時(shí)為4根。本橋梁工程中，樁基的直徑為1.3 m，因此，按照3根的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置。

（2）開槽及修補(bǔ)。以開槽機(jī)為主要施工裝置，在樁基垂直方向開槽，期間加強(qiáng)檢查與控制，避免開槽過程中碰觸鋼筋的情況，槽寬按“聲測管直徑+15 mm”的標(biāo)準(zhǔn)控制；需全面檢查聲測管的安裝情況，測定延遲時(shí)間和聲時(shí)修正值t。經(jīng)前述工作后，若無誤則重填混凝土。

聲測管布置位置如圖1所示。

圖1 聲測管布置位置

（3）正式檢測。以混凝土的實(shí)際狀態(tài)為準(zhǔn)，當(dāng)其硬化后即可測量。

施工單位可引入取芯法獲得具有代表性的試件，對其組織抗壓強(qiáng)度檢測。取芯的關(guān)鍵要點(diǎn)為控制數(shù)量，各區(qū)域的芯樣應(yīng)超過3個(gè)，減小偶然誤差，保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性；控制芯樣的公稱直徑，要求該值超過骨料最大直徑的3倍，若遇到小直徑芯樣，可減小至2倍，但至少需達(dá)到70 mm。

計(jì)算試件的抗壓強(qiáng)度：

式中：FC——試件的最大壓力（N）；A——試件的抗壓截面面積（m2）。

為充分反映橋梁的質(zhì)量情況，施工單位重點(diǎn)對混凝土強(qiáng)度、鋼筋保護(hù)層厚度、碳化深度和鋼筋腐蝕四個(gè)方面展開分析。匯總橋梁部分結(jié)構(gòu)的檢測數(shù)據(jù)分析可知，中間區(qū)域的樁基、橋面等結(jié)構(gòu)存在更明顯的病害，該處存在混凝土剝落的情況，該區(qū)域的碳化和銹蝕較為嚴(yán)重；受結(jié)構(gòu)自身材料特性欠佳、施工方法不合理、過往車輛超載等多重因素的影響，橋面存在較明顯的裂縫，部分項(xiàng)目檢測結(jié)果如表1所示。

表1 各類項(xiàng)目檢測結(jié)果（部分）

3.2.2 載荷試驗(yàn)法

安排空車和載荷車（每輛重18.5 t），由空車（3輛）、載荷車（考慮1輛、2輛、3輛三種情況）分別通過橋梁，測定在4種行車狀態(tài)下主拱圈的撓度值。為滿足檢測需求，將測點(diǎn)設(shè)在主拱拱腳、1/4跨和拱頂三處，檢測裝置為應(yīng)變計(jì)和位移傳感器。實(shí)測結(jié)果表明，拉應(yīng)力最大發(fā)生在主拱拱頂處，拱肋的完整性易受到影響，是整個(gè)橋梁中受損較嚴(yán)重的部分。與橋梁設(shè)計(jì)階段的載荷標(biāo)準(zhǔn)偏低、運(yùn)營階段的超載現(xiàn)象有密切的關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致拱頂?shù)膶?shí)際承載量超出上限值，破壞橋梁的穩(wěn)定性；內(nèi)部鋼筋隨時(shí)間的延長，逐步腐蝕、碳化，進(jìn)一步加劇了病害的發(fā)生。

3.3 加固技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

根據(jù)上述載荷試驗(yàn)結(jié)果，采取補(bǔ)強(qiáng)層加固和鋼板粘貼加固兩種方法，使橋梁可恢復(fù)至正常使用狀態(tài)。

3.3.1 補(bǔ)強(qiáng)層加固

適度銑刨原橋面，將雜物清理干凈后加固鋼筋，再于該處組織新鋪?zhàn)鳂I(yè)，形成新的完整橋面結(jié)構(gòu)。銑刨的深度以鋼筋可完全露出為宜，若存在鋼筋數(shù)量不足的情況，需加筋；在鋼筋表面涂抹適量的植筋膠，可改善施工條件，保證了鋼筋與混凝土的充分混合[1]。補(bǔ)強(qiáng)層加固施工采用的是具有良好的韌性和抗裂性的纖維混凝土，施工內(nèi)容簡單、質(zhì)量可控，可取得較好的加固效果。

3.3.2 鋼板粘貼加固

應(yīng)用高性能環(huán)氧類黏結(jié)劑，能夠?qū)⒑线m尺寸的鋼板穩(wěn)定粘貼在現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)上，操作便捷、加固效果快速。

（1）鑿除表層2～8 mm，以便內(nèi)部堅(jiān)硬的骨料可露出，適度修整，使毛面具有平整性。

（2）埋設(shè)錨栓，嚴(yán)格控制其間距，保證該誤差不超過2 mm，前期施工中產(chǎn)生的粉塵等雜物均利用高壓風(fēng)清理干凈，在此條件下涂抹黏結(jié)劑，在邊角處適當(dāng)增加用量。

（3）正式粘貼鋼板，以保證預(yù)先涂抹的膠液能夠從鋼板邊緣擠出，并用木槌敲打，提高粘貼的穩(wěn)定性；若存在空洞現(xiàn)象，需揭開鋼板，再次粘貼；在施工期間，溫度需達(dá)到15 ℃以上，以免影響鋼板的粘貼穩(wěn)定性，養(yǎng)護(hù)5～7 d，在這一期間加強(qiáng)防護(hù)，使鋼板不可受到外力的影響。

4 結(jié)語

綜上所述，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁易隨著使用時(shí)間的延長，出現(xiàn)病害，為營造安全的通車環(huán)境，需采用合適的檢測方法，根據(jù)檢測結(jié)果判斷橋梁的質(zhì)量情況，以此為依據(jù)采取針對性的加固措施，如補(bǔ)強(qiáng)層加固、粘貼鋼板加固等。在本次分析中，對檢測技術(shù)、加固方法做簡單的探討，相關(guān)工程人員可將其作為參考，并持續(xù)探索，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的深化。