橋梁技術(shù)狀況檢測(cè)和荷載試驗(yàn)探討

文／江西省天馳高速科技發(fā)展有限公司 張赟 黃勝?gòu)?qiáng)

關(guān)鍵字:橋梁工程；技術(shù)狀況；荷載試驗(yàn)；檢測(cè)

1 橋梁概況

某橋梁跨徑為5*22m+(17.5+30+30+17.5)m+4*22m+(2*22+25+2*22)m，橋面橫向按1.5m人行道+7.5m行車道+1.5m中央分隔帶+7.5m行車道+1.5m人行道結(jié)構(gòu)布置，上部主要采用鋼筋混凝土工字梁組合彎板結(jié)構(gòu)，下部則為肋板式結(jié)構(gòu)橋臺(tái)，雙柱墩，部分橋墩墩身采用2根直徑1.5m的圓形立柱，其余柱墩墩身均按2根1.2m*1.0m的矩形立柱設(shè)計(jì)。橋面鋪裝按8cm厚鋼筋混凝土墊層+6cm厚瀝青混凝土面層設(shè)計(jì)。30m跨板梁采用C50標(biāo)號(hào)混凝土，其余跨板梁均使用C40標(biāo)號(hào)混凝土，該橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行車荷載等級(jí)為汽車-20，掛車100。

2 檢測(cè)內(nèi)容

2.1 橋面外觀檢測(cè)

主要進(jìn)行橋面鋪裝、伸縮縫、泄水孔、護(hù)欄等的檢測(cè)。

2.2 上部結(jié)構(gòu)外觀檢測(cè)

上部結(jié)構(gòu)主要有工字梁、微彎板、支座等。

2.3 下部結(jié)構(gòu)外觀檢測(cè)

下部結(jié)構(gòu)檢測(cè)對(duì)象主要包括橋墩、橋臺(tái)、基礎(chǔ)及護(hù)坡等。

2.4 混凝土試驗(yàn)檢測(cè)

根據(jù)《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ T23-2011），本橋梁工程工字梁、墩身、橋臺(tái)臺(tái)帽等混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)采用回彈法[1]進(jìn)行。工字梁、墩身、橋臺(tái)等受力構(gòu)件混凝土保護(hù)層厚度檢測(cè)通過(guò)測(cè)定儀完成，并比較施測(cè)部位保護(hù)層厚度實(shí)際值與設(shè)計(jì)值之差，進(jìn)行混凝土保護(hù)層厚度對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性影響程度[2]的分析。

此外，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中橋梁上部結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件尺寸的測(cè)量結(jié)果，進(jìn)行橋梁加固施工方案技術(shù)可靠性驗(yàn)證。采用鋼筋位置測(cè)定儀、保護(hù)層測(cè)定儀以及鑿開(kāi)實(shí)測(cè)等技術(shù)進(jìn)行工字梁鋼筋數(shù)量和直徑尺寸的檢測(cè)。

2.5 技術(shù)狀況總體評(píng)定

在上述檢測(cè)項(xiàng)目全部完成的基礎(chǔ)上，根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T21-2011）的相關(guān)規(guī)定并按下式進(jìn)行本橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況的總體評(píng)價(jià)[3]：

3 檢測(cè)結(jié)果及荷載試驗(yàn)

3.1 梁端斜截面裂縫檢測(cè)

本次檢測(cè)采用內(nèi)窺鏡和超聲層析成像法相結(jié)合進(jìn)行梁端斜面裂縫檢測(cè)，先采用內(nèi)窺鏡法對(duì)所發(fā)現(xiàn)的裂縫等病害拍照儲(chǔ)存，再用附加鋼尺對(duì)裂縫規(guī)模、長(zhǎng)度、走向等進(jìn)行輔助定位，并通過(guò)超聲層析成像法進(jìn)行病害的復(fù)測(cè)和定位。根據(jù)本橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變屬性，其裂縫等病害通常先發(fā)生在梁端，所以梁端斜截面裂縫測(cè)區(qū)應(yīng)布置在梁端2.0～3.0m的區(qū)域，并按0.1m的間隔進(jìn)行測(cè)線布置，沿垂直向展開(kāi)觀測(cè)。

本橋梁285片預(yù)制板梁端斜向裂縫檢測(cè)結(jié)果表明，發(fā)生斜向裂縫的預(yù)制板梁數(shù)為145片，在全部檢測(cè)結(jié)果中占比50.88%。

3.2 橋面標(biāo)高和墩柱豎直度檢測(cè)

進(jìn)行橋面標(biāo)高檢測(cè)時(shí)，應(yīng)在測(cè)點(diǎn)處進(jìn)行標(biāo)記，并沿閉合水準(zhǔn)線路施測(cè)，根據(jù)橋面標(biāo)高線性曲線圖可以看出，本橋梁工程橋面曲線整體上較為平順，橋梁正交段橋面橫坡均值為1.68%。

墩柱豎直度檢測(cè)通過(guò)垂球方式在橋墩墩柱全高范圍內(nèi)施測(cè)，依據(jù)相關(guān)規(guī)定和檢測(cè)結(jié)果，全部墩柱豎直度均未超限，且檢測(cè)過(guò)程中也未發(fā)現(xiàn)墩柱在運(yùn)行中存在傾斜等跡象。

3.3 鉸縫損傷檢測(cè)

該橋梁上部結(jié)構(gòu)板梁鉸縫因長(zhǎng)期荷載而引發(fā)橋面鋪裝層破損、橋下滲水等嚴(yán)重病害，為全面而準(zhǔn)確掌握空心板梁病害程度，在2019年年底橋梁定期檢測(cè)過(guò)程中進(jìn)行了空心板梁鉸縫專項(xiàng)檢測(cè)，通過(guò)測(cè)量鉸縫跨中兩側(cè)板梁實(shí)際位移，估算出板梁的相對(duì)位移，并根據(jù)相對(duì)位移進(jìn)行鉸縫破壞程度的判定，為說(shuō)明問(wèn)題，此處引入無(wú)量綱量α[4]，其公式如下：

式中：Δ——鉸縫跨中兩側(cè)板梁相對(duì)位移實(shí)測(cè)值（m）；L——跨徑（m）；10000——調(diào)整系數(shù)。若α＜0.14，鉸縫結(jié)構(gòu)完好，若0.14≤α≤0.58，則鉸縫結(jié)構(gòu)存在病害，若α＞0.58，則鉸縫結(jié)構(gòu)完全破壞。

通過(guò)多點(diǎn)動(dòng)態(tài)位移檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行20～30min內(nèi)正常行車狀態(tài)下鉸縫兩側(cè)梁體豎向位移及動(dòng)撓度的測(cè)量，檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，對(duì)于無(wú)滲水且橋面無(wú)縱向裂縫的鉸縫其狀態(tài)完好，而橋面存在縱向裂縫或破碎帶、鉸縫滲水等情況下，鉸縫結(jié)構(gòu)存在病害，且鉸縫損傷數(shù)為118條，在總鉸縫數(shù)280條中占比42.14%。

3.4 荷載試驗(yàn)

3.4.1 靜載試驗(yàn)

為充分了解加載內(nèi)力增加與結(jié)構(gòu)應(yīng)變、變位之間的關(guān)系，應(yīng)分級(jí)進(jìn)行主控截面內(nèi)力加載，并完成每一級(jí)加載后，進(jìn)行相關(guān)測(cè)點(diǎn)讀數(shù)并預(yù)測(cè)和判斷橋梁下一級(jí)加載的安全性，待加載至最大荷載后按照反向次序分級(jí)卸載。如果在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生異常聲響、主梁裂縫、控制點(diǎn)較大應(yīng)變和變位等情況，必須暫停試驗(yàn)。

靜載試驗(yàn)結(jié)果表明，在正彎矩工況滿荷情況下本橋梁主梁應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均在1.0以下，結(jié)構(gòu)剛度和截面強(qiáng)度基本符合要求。在剪力工況滿荷情況下，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)也不超出1.0水平，結(jié)構(gòu)斜截面強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。滿荷情況下殘余變形相對(duì)值及殘余應(yīng)變相對(duì)值均不超出20%，結(jié)構(gòu)彈性狀況和受力狀況良好。

3.4.2 動(dòng)載試驗(yàn)

進(jìn)行本橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)以確定沖擊系數(shù)動(dòng)力參數(shù)的具體取值，動(dòng)載試驗(yàn)主要包括行車試驗(yàn)、緊急剎車及跳車試驗(yàn)三個(gè)項(xiàng)目。行車試驗(yàn)包括車速20km/h、30km/h、40km/h三種工況；緊急剎車試驗(yàn)和跳車試驗(yàn)主要進(jìn)行車速20km/h和10km/h工況下跨中動(dòng)態(tài)增量測(cè)試。

通過(guò)微積分將動(dòng)載試驗(yàn)所取得的跨中橋面加速度時(shí)程曲線轉(zhuǎn)化為豎向位移時(shí)程曲線[5]，并通過(guò)下式進(jìn)行不同工況下橋梁實(shí)際沖擊系數(shù)μ的量化計(jì)算：

式中：Smax、Smin——?jiǎng)恿奢d影響下測(cè)點(diǎn)位移最大、最小值（m）。

本橋梁動(dòng)載試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，沖擊系數(shù)實(shí)測(cè)值最大可達(dá)1.35，比設(shè)計(jì)值1.23大，剎車試驗(yàn)、跳車試驗(yàn)所得梁體動(dòng)力放大系數(shù)分別取1.36和1.45，均大于設(shè)計(jì)值，本橋梁結(jié)構(gòu)加固后其結(jié)構(gòu)剛度、上下部結(jié)構(gòu)承載力等均能滿足設(shè)計(jì)荷載等級(jí)水平。

4 結(jié)論

根據(jù)對(duì)本橋梁結(jié)構(gòu)的檢測(cè)和荷載試驗(yàn)，結(jié)合相關(guān)規(guī)范可判定該橋梁技術(shù)狀況為不合格，具體而言，該橋梁原設(shè)計(jì)荷載無(wú)法滿足當(dāng)前日益增大的行車荷載的要求，在該結(jié)構(gòu)加固施工過(guò)程中應(yīng)更換或加固上部結(jié)構(gòu)板梁，提升橋梁結(jié)構(gòu)荷載等級(jí)；對(duì)橋梁墩臺(tái)鋼筋銹脹處理的基礎(chǔ)上修復(fù)混凝土保護(hù)層，徹底鑿除墩柱、蓋梁表層混凝土，植筋后進(jìn)行外包混凝土加固；加固完成后為延長(zhǎng)橋梁使用壽命，還應(yīng)加強(qiáng)超載超限控制以及日常巡查和養(yǎng)護(hù)。