預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測及加固技術(shù)

吳福琳

（中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安 710000）

0 引言

我國橋梁工程的建設(shè)及時(shí)滿足了社會(huì)交通需求，為交通運(yùn)輸提供了諸多便利。為了提高橋梁工程的建設(shè)質(zhì)量，保證工程的安全性和可控性，需要加強(qiáng)對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測及加固的重視，把握好工程建設(shè)中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)和薄弱環(huán)節(jié)，增強(qiáng)橋梁的使用性能。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測及加固技術(shù)的相關(guān)概述

1.1 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測及加固的重要意義

對于橋梁工程而言，橋梁檢測工作是至關(guān)重要的。在開展橋梁檢測的過程中，需要對施工質(zhì)量、結(jié)構(gòu)性能以及整體承載力等進(jìn)行分析與評定，確保橋梁工程的建設(shè)質(zhì)量符合相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)[1]。同時(shí)，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測工作能夠?yàn)楣こ探ㄔO(shè)提供專業(yè)化的參考依據(jù)，并為橋梁后續(xù)安全運(yùn)行提供重要保障。

首先，在對橋梁部位進(jìn)行檢測的過程中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁建設(shè)問題，如橋梁沉降、裂縫等，會(huì)對橋梁整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量造成非常負(fù)面的影響。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測能夠?yàn)榫S修養(yǎng)護(hù)工作的開展提供基礎(chǔ)。

其次，隨著橋梁工程建設(shè)數(shù)量的增加，需要通過專業(yè)的技術(shù)手段，確保橋梁荷載等級滿足當(dāng)前交通運(yùn)輸?shù)膶?shí)際需求，減少安全事故隱患問題。因此，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測及加固，對于橋梁工程的建設(shè)與發(fā)展具有非常深遠(yuǎn)的意義。

1.2 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測及加固的必要性分析

現(xiàn)階段，橋梁建設(shè)項(xiàng)目逐漸增多，施工要求也愈發(fā)嚴(yán)苛。在橋梁工程施工過程中，有效應(yīng)用現(xiàn)代化施工技術(shù)，全面提高橋梁工程的建設(shè)質(zhì)量。目前，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是橋梁工程施工中較為常用的結(jié)構(gòu)，在提升橋梁穩(wěn)定性和可靠性方面，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)揮了關(guān)鍵的作用。

同時(shí)，在橋梁工程的施工過程中，為了能增加橋梁的使用年限，需要從橋梁的穩(wěn)定性和安全性著手，并對橋梁病害問題加以重視和處理。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測及加固可以增強(qiáng)橋梁的安全性，并延長橋梁的使用年限。

首先，通過預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測及加固，可以為橋梁工程質(zhì)量評定以及工程事故鑒定提供數(shù)據(jù)支持。在實(shí)際的檢測過程中，會(huì)產(chǎn)生很多專業(yè)的數(shù)據(jù)信息，通過對其分析和研究，能夠準(zhǔn)確地判斷橋梁質(zhì)量是否存在缺陷問題，為降低安全事故提供基礎(chǔ)支持。

其次，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測及加固是混凝土橋梁損傷程度評估的重要環(huán)節(jié)。檢測人員可以針對預(yù)應(yīng)力混凝土試驗(yàn)以及數(shù)據(jù)分析等，及時(shí)明確橋梁的損傷程度，并找出造成橋梁損傷的原因，結(jié)合評估的結(jié)果，制定出對應(yīng)的工作方案[2]。

再次，社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展使得車輛通行量不斷增加，對橋梁承載力的要求不斷提高。但是，車輛荷載過大會(huì)對橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性造成一定的影響，并降低橋梁的使用年限。通過預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測及加固技術(shù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并處理問題，確保安全出行。

最后，專業(yè)的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測及加固技術(shù)能夠在一定程度上提高橋梁工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測技術(shù)

2.1 局部破損檢測

在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測的過程中，局部破損檢測技術(shù)是非常重要的。通常情況下，破損檢測主要是通過特定的設(shè)備以及工具等對需要檢測的橋梁混凝土構(gòu)件進(jìn)行局部破壞，將其內(nèi)部情況直觀地展現(xiàn)出來，便于質(zhì)量評估與分析工作的開展。

現(xiàn)階段，較為常用的局部破損檢測有預(yù)應(yīng)力筋直接檢測和應(yīng)力釋放兩種方式。在預(yù)應(yīng)力筋直接檢測的過程中，需要結(jié)合橋梁工程的實(shí)際情況，合理選擇橋梁上應(yīng)力集中的位置，并通過鉆機(jī)從其外部表面進(jìn)行鉆孔處理，將混凝土包裹的預(yù)應(yīng)力筋展示出來。使用專業(yè)化的預(yù)應(yīng)力檢測設(shè)備，將帶有傳感器的夾子夾置在預(yù)應(yīng)力筋上，獲取所需的參數(shù)信息。獲取數(shù)據(jù)信息之后，將實(shí)際的檢測數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析[3]。如果檢測數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)之間的差距較大，表示預(yù)應(yīng)力筋在使用后的整體性能有所降低。目前，在開展預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測工作的過程中，靈敏性更強(qiáng)的光柵傳感器應(yīng)用較為廣泛，并且能夠在很大程度上提高檢測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。對于應(yīng)力釋放法來說，明確待檢測的橋梁位置后，使用切割機(jī)對橋梁混凝土構(gòu)件進(jìn)行切割處理。同時(shí)，通過物理方式，破壞橋梁混凝土構(gòu)件的結(jié)構(gòu)。在此過程中，混凝土構(gòu)件的缺口位置會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力釋放效應(yīng)，通過專業(yè)的檢測儀器可以將切割過程中預(yù)應(yīng)力的變化情況進(jìn)行量化。

一般來說，在橋梁工程中，混凝土構(gòu)件荷載分布相對較為均勻，切割之后，對應(yīng)的預(yù)應(yīng)力不會(huì)發(fā)生明顯變化。如果在切割過程中，出現(xiàn)了明顯的預(yù)應(yīng)力突發(fā)釋放的情況，那么當(dāng)前的荷載相對集中。所以說，在對橋梁進(jìn)行檢測的時(shí)候，可以通過切割對比預(yù)應(yīng)力值變化，判斷所檢測結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.2 無損檢測

在現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，新型技術(shù)和儀器廣泛應(yīng)用于橋梁工程檢測過程中。目前，無損檢測技術(shù)逐漸成為橋梁構(gòu)件質(zhì)量檢測的主要手段。應(yīng)用無損檢測技術(shù)，可以在不破壞橋梁工程的前提下，通過超聲波、電磁波等及時(shí)獲取橋梁檢測所需的信息及數(shù)據(jù)。

首先，超聲波檢測是預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測中較為常用的技術(shù)手段，是當(dāng)前橋梁工程混凝土構(gòu)件質(zhì)量檢測中的重要技術(shù)。超聲波檢測是通過超聲波發(fā)射裝置，發(fā)射超聲波，穿過需要檢測的混凝土構(gòu)件。在此過程中，在待檢測的混凝土構(gòu)件另外一端合理放置接收裝置，并及時(shí)捕獲混凝土構(gòu)件中反射后的超聲波。而后，通過專業(yè)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，將發(fā)射端與接收端的超聲波情況進(jìn)行對比分析。根據(jù)實(shí)際的對比結(jié)果，對橋梁工程中混凝土構(gòu)件質(zhì)量進(jìn)行判斷，并及時(shí)了解當(dāng)前混凝土構(gòu)件中是否存在裂縫問題，并找到裂縫位置。實(shí)際上，通過超聲波檢測技術(shù)，不僅可以避免對橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的破壞，還能夠提升檢測效率。

其次，電磁效應(yīng)檢測也是較為常用的檢測技術(shù)。對于橋梁混凝土中預(yù)應(yīng)力筋來說，可以通過電磁效應(yīng)檢測技術(shù)判斷其是否存在裂縫等問題，并對橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性進(jìn)行判斷。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，可以根據(jù)檢測原理將電磁效應(yīng)檢測技術(shù)分為渦流檢測、磁粉檢測等等。對于橋梁工程來說，磁通量檢測的精準(zhǔn)度較高。在應(yīng)用磁通量檢測技術(shù)的時(shí)候，需要在待檢測預(yù)應(yīng)力筋兩端位置，通過電源正負(fù)極的有效連接，在對其施加電壓之后，進(jìn)而產(chǎn)生電流，并形成磁場。在此過程中，可以根據(jù)橋梁工程中預(yù)應(yīng)力筋受力的情況進(jìn)行判斷，并對磁通量變化進(jìn)行有效分析。同時(shí)，檢測儀器能夠?qū)Υ磐康淖兓瘮?shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的收集。因此，橋梁工程檢測可以有效利用磁通量與預(yù)應(yīng)力之間的關(guān)系構(gòu)建模型，并對橋梁工程質(zhì)量情況加以判斷。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁加固技術(shù)

3.1 直接加固法

3.1.1 粘貼鋼板加固技術(shù)

對于橋梁工程而言，加固技術(shù)是尤為關(guān)鍵的?？茖W(xué)有效的加固措施及技術(shù)手段能夠在一定程度上提高橋梁的穩(wěn)固性和安全性。在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁加固的過程中，可以通過粘貼鋼板加固技術(shù)達(dá)到加固的目的。在粘貼鋼板加固技術(shù)應(yīng)用的過程中，需要在橋梁應(yīng)力較為集中的位置兩側(cè)使用鉆機(jī)進(jìn)行打孔，并選擇高強(qiáng)度的鋼板，在混凝土表面進(jìn)行拼貼，通過膨脹螺栓固定鋼板。同時(shí)，需要通過外貼鋼板的方式，與橋梁工程原先的混凝土結(jié)構(gòu)形成整體。在此過程中，可以通過鋼板自身的負(fù)彎矩抵消荷載力，進(jìn)一步提高橋梁工程的穩(wěn)固性。當(dāng)前，在建筑材料不斷發(fā)展的過程中，纖維復(fù)合板的使用頻率相對較高，也是粘貼鋼板加固技術(shù)中常用的材料。

3.1.2 增大截面加固技術(shù)

如果橋梁橫截面相對較小的話，應(yīng)力會(huì)更加集中，也在一定程度上增加混凝土構(gòu)件的變形概率。因此，在對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁加固的過程中，可以通過增大截面加固技術(shù)，提高橋梁工程的穩(wěn)固性。在增大截面加固的過程中，主要是利用力的分散原理，有效降低應(yīng)力過于集中的問題。增大截面加固技術(shù)的操作步驟相對簡單。需要在加寬的混凝土截面上植入鋼筋，通過澆筑形成新的截面。同時(shí)，需要保證新的截面與舊的截面的一致性。在增大截面加固之后，需要做好相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施，從而提高整體的剛度，保證橋梁工程的荷載力符合建設(shè)要求。

3.1.3 碳纖維加固技術(shù)

碳纖維布具有重量輕、強(qiáng)度高、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于混凝土加固領(lǐng)域。預(yù)應(yīng)力技術(shù)對提高混凝土承載力有顯著效果。預(yù)應(yīng)力技術(shù)與碳纖維布結(jié)合加固混凝土在我國已逐步發(fā)展起來。

（1）預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁試件設(shè)計(jì)

按規(guī)范制作尺寸為4200mm×300mm×200mm 的預(yù)應(yīng)力混凝土梁，采用C40 混凝土，在混凝土中下部布置2 根抗拉強(qiáng)度為1800MPa 的高強(qiáng)鋼絞線光束。應(yīng)力張拉時(shí)，混凝土橋梁兩端不損壞，可在兩端每隔10cm 設(shè)置土工格柵，如圖1所示。

使用碳纖維加固技術(shù)時(shí)，預(yù)應(yīng)力混凝土梁的加固材料包括碳纖維布和結(jié)構(gòu)膠。碳纖維布的厚度為0.11mm/層，抗拉強(qiáng)度為4100MPa；結(jié)構(gòu)膠采用環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠，是兩種混合物按一定比例配制而成，在短時(shí)間快速使用。

（2）加固方案

試驗(yàn)主要研究不同碳纖維加固層數(shù)與試驗(yàn)預(yù)應(yīng)力梁的預(yù)損程度對混凝土梁力學(xué)特性的影響，分別設(shè)置0 層、1 層和2 層碳纖維加固層數(shù)，試驗(yàn)梁預(yù)損程度為試件極限承載力的0、30%、60%，不同條件下的加固方案見表1。

表1 不同工況下預(yù)應(yīng)力混凝土梁的加固方案

粘貼碳纖維布時(shí)，不用全部粘貼在預(yù)應(yīng)力混凝土梁的底部。需要根據(jù)預(yù)應(yīng)力梁的尺寸，在預(yù)應(yīng)力梁兩端預(yù)留200mm 空白，空白處使用U 形箍，錨固梁底粘貼面積為4000mm×200mm。利用水泥砂漿修補(bǔ)破損的地方，并對其鑿毛處理。

3.1.4 注意事項(xiàng)

在開展預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁加固工作的過程中，需要從橋梁工程建設(shè)實(shí)際情況出發(fā)，對施工成本、施工效率等多方面進(jìn)行考量，選擇適宜的加固技術(shù)和手段，從而發(fā)揮出預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁加固的關(guān)鍵作用，為橋梁工程的建設(shè)與運(yùn)營提供保障。在實(shí)際的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁加固工作中，需要把握好相關(guān)注意事項(xiàng)，提高加固質(zhì)量。首先，在進(jìn)行加固之前，需要對當(dāng)前橋梁結(jié)構(gòu)狀況進(jìn)行分析和研究，并做好施工現(xiàn)場的勘查工作，對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄，為選擇施工材料以及施工技術(shù)提供參考依據(jù)。其次，在加固之前還要做好受力分析，加固完成后要做好預(yù)應(yīng)力檢測，進(jìn)一步延長橋梁的使用年限。

3.2 間接加固法

3.2.1 優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)體系

混凝土橋梁可能受到設(shè)計(jì)因素、施工因素等的影響，導(dǎo)致橋梁工程受力結(jié)構(gòu)存在一定的不合理性。而在應(yīng)力較為集中的部位，很容易出現(xiàn)裂縫等質(zhì)量問題，從而對橋梁的穩(wěn)定性和安全性造成極大的威脅。對此類混凝土橋梁進(jìn)行加固的時(shí)候，需要采用優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)體系的方式，及時(shí)處理好質(zhì)量問題。目前，通常會(huì)采用梁拱組合體系、矮塔斜拉體系等方式。根據(jù)橋梁的實(shí)際情況，選擇對應(yīng)的方式對其進(jìn)行加固。

3.2.2 體外預(yù)應(yīng)力加固

在進(jìn)行橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固的過程中，可以在橋梁結(jié)構(gòu)外部加入預(yù)應(yīng)力筋等，便于提供額外的預(yù)應(yīng)力，從而提高橋梁加固質(zhì)量。體外預(yù)應(yīng)力加固的方式一般用于使用時(shí)間相對較長的橋梁工程中，且在橋梁應(yīng)力集中位置出現(xiàn)了裂縫問題。在實(shí)際的加固過程中，體外預(yù)應(yīng)力加固的方式需要有效利用預(yù)應(yīng)力所提供的外部作用力，合理降低裂縫擴(kuò)大等問題。在處理橋梁微小結(jié)構(gòu)性裂縫的過程中，有效應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力加固的方式，可以促使裂縫愈合，進(jìn)而達(dá)到提高橋梁結(jié)構(gòu)安全性的根本目的。

4 結(jié)語

綜上所述，需要加強(qiáng)對橋梁工程建設(shè)的關(guān)注與重視，切實(shí)做好預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測及加固工作，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，采取相應(yīng)的現(xiàn)代化技術(shù)手段，及時(shí)處理好其中的問題，進(jìn)一步提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)固性。