高速公路箱梁靜載試驗(yàn)檢測技術(shù)分析

崔彬

（華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

在高速公路箱梁質(zhì)量控制工作中，靜載試驗(yàn)檢測屬于重點(diǎn)內(nèi)容，是反映箱梁施工質(zhì)量的關(guān)鍵途徑。而靜載試驗(yàn)檢測涉及的細(xì)節(jié)較多，若某處細(xì)節(jié)工作不到位，均會對試驗(yàn)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性造成影響，因此有必要把握具體的技術(shù)要點(diǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷，予以妥善的處理。

1 高速公路箱梁靜載試驗(yàn)檢測的主要目的

試驗(yàn)檢測是反映工程施工情況、提高質(zhì)量控制水平的關(guān)鍵途徑。在高速公路建設(shè)中，需要充分保證各類結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，使其能夠滿足車輛的正常通行要求。在高速公路工程中，試驗(yàn)檢測具有規(guī)范性的特征，能夠獲得可靠的試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)，作為評價(jià)工程施工質(zhì)量的關(guān)鍵依據(jù)。

對于箱梁靜載試驗(yàn)檢測，其主要目的有：經(jīng)過試驗(yàn)檢測后，獲得剛度、強(qiáng)度等指標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)，據(jù)此總體判斷箱梁的質(zhì)量，作為施工質(zhì)量控制的重要參考；經(jīng)過箱梁靜載試驗(yàn)后，對結(jié)構(gòu)做系統(tǒng)性的評估，將實(shí)際評估結(jié)果與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對比分析，判斷其是否滿足要求；靜載試驗(yàn)檢測的數(shù)據(jù)具有重要的參考價(jià)值，將其妥善保存，可以給后續(xù)建設(shè)工作以及日常運(yùn)維工作的開展提供重要的參考；靜載試驗(yàn)的結(jié)果豐富，可獲得應(yīng)變、彎矩的具體數(shù)據(jù)，其對于工程建設(shè)工作的開展有重要作用。

2 高速公路箱梁靜載試驗(yàn)檢測的主要項(xiàng)目

2.1 應(yīng)變

箱梁截面應(yīng)變的檢測材料通常選用的是金屬柵應(yīng)變片，經(jīng)過檢測后，確定控制截面的應(yīng)變分布規(guī)律及受力指標(biāo)。例如，施加中心荷載，檢測截面的最大靜應(yīng)變值；施加偏載荷載后，可確定截面的最大應(yīng)變值。經(jīng)過一系列的荷載施加作業(yè)以及數(shù)據(jù)采集后，獲得箱梁的應(yīng)變檢測數(shù)據(jù)，對箱梁的應(yīng)變特性做出判斷。

2.2 撓度

測點(diǎn)布置位置以箱梁上表面為宜，應(yīng)用全站儀和百分表，此類儀器的檢測結(jié)果可靠，同時(shí)還具備實(shí)時(shí)監(jiān)測的能力。經(jīng)過試驗(yàn)檢測后，獲得豎向撓度數(shù)據(jù)，據(jù)此判斷其變化趨勢，以便采取相應(yīng)的控制措施。于邊跨、中跨、次邊跨等部位的截面處布置測點(diǎn)。

3 高速公路箱梁靜載試驗(yàn)檢測方案與操作要點(diǎn)

3.1 工作方案

試驗(yàn)檢測時(shí)，需全面檢查橋孔，根據(jù)掌握的實(shí)際情況富有針對性地測試橋孔。為給試驗(yàn)檢測工作的開展創(chuàng)設(shè)良好的條件，提前做好準(zhǔn)備：對測試車輛稱重，記錄有關(guān)車輛重量的數(shù)據(jù)，作為對比分析的參照基準(zhǔn)；在檢測前，需要全面清理箱梁表面附著的雜物，使其保持潔凈的狀態(tài)，再確定具體的檢測點(diǎn)、加載點(diǎn)等，做好相應(yīng)的標(biāo)注工作；根據(jù)試驗(yàn)檢測要求，組織測試孔的測量放樣作業(yè)，確定各測點(diǎn)的具體布置位置，采取抹平和清理措施；然后于測點(diǎn)處粘貼應(yīng)變片，保證其具有足夠的穩(wěn)定性，并采取防潮措施（若該裝置受潮，則會對試驗(yàn)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性造成不同程度的影響，不利于分析）。

3.2 荷載試驗(yàn)

荷載試驗(yàn)的要點(diǎn)為：根據(jù)試驗(yàn)要求準(zhǔn)備加載汽車，有序行駛至指定的加載位置，一旦到位則隨即關(guān)閉發(fā)動機(jī)，保持靜止?fàn)顟B(tài)至少5min，在此期間工作人員及時(shí)監(jiān)測，判斷數(shù)據(jù)的變動情況，待實(shí)測數(shù)據(jù)保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)后，予以完整的記錄；卸載加載車輛后，維持時(shí)間需超過10min，期間加強(qiáng)現(xiàn)場管理，以便箱梁在該階段恢復(fù)至彈性變形狀態(tài)，以免因加載試驗(yàn)而影響到箱梁的質(zhì)量。加載試驗(yàn)遵循分級加載的原則，具體的加載方式根據(jù)車道車輛數(shù)量情況而定，做到有序加載。為保證試驗(yàn)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，各工況均要重復(fù)試驗(yàn)兩次，獲得更具參考價(jià)值的試驗(yàn)檢測結(jié)果。

4 工程實(shí)例

某橋梁工程，設(shè)計(jì)荷載為汽車-超20 級，掛車-120。橋梁結(jié)構(gòu)方面，主橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，全寬27m，布置雙向四車道。主橋單幅橋上部設(shè)置三向預(yù)應(yīng)力混凝土單箱單室箱梁，頂面、底面的寬度分別為13m、6.5m，腹板采用直腹板形式，厚度35～50cm，底板、頂板厚度分別為28cm、28～140cm，并于箱梁頂面設(shè)2%橫坡。中間支點(diǎn)根部梁高按6.0m 的要求予以控制，跨中梁高設(shè)置為2.8m。

4.1 靜載試驗(yàn)項(xiàng)目

靜力荷載試驗(yàn)、箱梁內(nèi)部裂縫的觀察為重點(diǎn)工作內(nèi)容，經(jīng)過兩方面工作的落實(shí)，獲得豐富的試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)。具體要點(diǎn)如下：

項(xiàng)目1：取110m 跨跨中部位為試驗(yàn)檢測對象，組織橫橋向?qū)ΨQ加載試驗(yàn)，檢驗(yàn)最大正彎矩和豎向撓度。

項(xiàng)目2：取110m 跨跨中部位為試驗(yàn)檢測對象，組織橫橋向偏心加載試驗(yàn)，檢驗(yàn)最大正彎矩和偏載增大效應(yīng)影響情況。

項(xiàng)目3：取箱梁墩頂支點(diǎn)位置，于該處組織橫橋向?qū)ΨQ加載試驗(yàn)，目的在于檢驗(yàn)該部位的最大負(fù)彎矩值。

項(xiàng)目4：取箱梁墩頂支點(diǎn)位置，組織橫橋向偏心加載試驗(yàn)，檢驗(yàn)該部位的最大負(fù)彎矩值。

項(xiàng)目5：取支點(diǎn)周邊箱梁梁端，組織橫橋向?qū)ΨQ加載試驗(yàn)，檢驗(yàn)該部位的最大剪力。

項(xiàng)目6：取支點(diǎn)周邊箱梁梁端，組織橫橋向偏心加載試驗(yàn)，檢驗(yàn)該部位的最大剪力。

4.2 靜載試驗(yàn)測試斷面的選擇及測試內(nèi)容

根據(jù)前述提及的各細(xì)分項(xiàng)目，確定具體的測試斷面，分別針對各斷面開展試驗(yàn)檢測工作：

（1）斷面Ⅰ：上行幅第11#跨跨中斷面，測試項(xiàng)目1、2；

（2）斷面Ⅱ：下行幅第11#跨跨中斷面，測試項(xiàng)目1、2，確定撓度，并與上行幅的數(shù)據(jù)對比分析，更加有效地評價(jià)質(zhì)量；

（3）斷面Ⅲ：15#墩支點(diǎn)斷面，測試項(xiàng)目4、5；

（4）斷面Ⅳ：與15#墩支承中心相距一倍梁高的斷面，測試項(xiàng)目5、6。

4.3 加載方法

組織基本荷載試驗(yàn)，荷載效率η的取值為0.8≤η≤1.0。

（1）加載物的選擇。 三軸載重汽車，單輛車重約300kN，由其進(jìn)行加載。

（2）加載內(nèi)容。著重考慮橫橋向?qū)ΨQ加載及偏載，共確定7種加載工況。各加載試驗(yàn)項(xiàng)目推進(jìn)過程中，采取分級依次作業(yè)的方法，于加載階段，以四級或五級為宜，具體視實(shí)際情況合理選擇；卸載階段，分兩級完成。在分級加載、卸載的方式下，獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，據(jù)此生成試驗(yàn)荷載與結(jié)構(gòu)變位的曲線，做深入的分析，獲得箱梁試驗(yàn)檢測評價(jià)結(jié)果。

4.4 觀測項(xiàng)目、測點(diǎn)布置及量測方法

4.4.1 箱梁應(yīng)變測點(diǎn)

（1）取第11 跨跨中斷面箱梁內(nèi)側(cè)頂板、底板及腹板，分別安裝弓形應(yīng)變計(jì)。為了滿足裂縫形態(tài)的觀測要求，取兩個(gè)弓形應(yīng)變計(jì)，將其布置在頂板兩側(cè)梗腋裂縫橫向跨縫處。

（2）取15#支點(diǎn)斷面箱梁內(nèi)側(cè)頂板、底板及腹板，分別安裝弓形應(yīng)變計(jì)和直角應(yīng)變花。

（3）確定與15#支點(diǎn)相距6m 的斷面箱梁，于內(nèi)側(cè)腹板處將直角應(yīng)變花安裝到位，并建立IMP分散式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由其高效完成數(shù)據(jù)的采集工作。

4.4.2 箱梁豎向撓曲變形

取每幅支點(diǎn)、L/4、L/2、3L/4 支點(diǎn)處，在此類部位將箱梁豎向撓曲變形測點(diǎn)布置好；對于橋面豎向位移的觀測，采用的是精密水準(zhǔn)儀。測點(diǎn)數(shù)量控制方面，每幅橋面每側(cè)均為5個(gè)。配套弓形應(yīng)變計(jì)，應(yīng)用此裝置的目的在于及時(shí)檢測裂縫處在加載期間的應(yīng)變。

4.5 靜載試驗(yàn)的結(jié)果及分析

4.5.1 靜載試驗(yàn)荷載效率

荷載效率是指試驗(yàn)荷載效應(yīng)與設(shè)計(jì)荷載狀態(tài)下的荷載效應(yīng)的比值，對于本工程，涉及到的試驗(yàn)項(xiàng)目以及具體的數(shù)據(jù)如表1所示。分析發(fā)現(xiàn)，荷載效率具有集中分布的特點(diǎn)，即介于0.88～1.02 區(qū)間內(nèi)，試驗(yàn)荷載可反映設(shè)計(jì)活載的作用。

表1 靜載試驗(yàn)荷載效率

4.5.2 撓度

考慮工況Ⅰ，組織撓度測量工作，具體對象為下行幅第11 跨及相鄰的第10 跨、12 跨箱梁左側(cè)；考慮工況Ⅱ、Ⅲ，組織撓度測量工作，具體對象為上行幅第11 跨及相鄰第10、12 跨箱梁兩側(cè)。以第11 跨跨中為例，對稱布載滿載狀態(tài)下，上、下行幅各自的最大撓度分別為43.9mm、42.1mm，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 第11#跨對稱布載跨中撓度

結(jié)果顯示，撓跨比分別為1/2613、1/2506，在確定試驗(yàn)產(chǎn)生的結(jié)果后，將其與相關(guān)規(guī)范規(guī)定的1/600L做對比分析，可以發(fā)現(xiàn)兩者均控制在合理范圍內(nèi)，意味著結(jié)構(gòu)剛度良好。偏載試驗(yàn)條件下，跨中的撓度為45mm、39.6mm，此項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)鍵意義在于反映偏載時(shí)箱梁的扭轉(zhuǎn)變形，根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)可以得知，箱梁對荷載偏心的反映屬于正?，F(xiàn)象。

4.5.3 應(yīng)變

以第11 跨跨中斷面為例，該處實(shí)測應(yīng)變數(shù)據(jù)的價(jià)值在于可反映在活載作用下跨中斷面的變形特征。在本次試驗(yàn)中，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)取0.24～0.89，具體根據(jù)各部位合理設(shè)定，腹板處測點(diǎn)的該值較高，由此說明腹板屬于主要的受力部位。兩側(cè)腹板中性軸位置基本相同。實(shí)測結(jié)果顯示，內(nèi)側(cè)、外側(cè)的中性軸高度分別為1 859mm、1 933mm，通過與理論計(jì)算值1 776mm 的對比分析發(fā)現(xiàn)，兩者略有增加，之所以出現(xiàn)此現(xiàn)象，與橋面鋪裝、護(hù)欄等的受力有關(guān)，其會在一定程度上促進(jìn)中性軸的升高。頂板部分，結(jié)果顯示其最大縱向壓應(yīng)變?yōu)?3×10-6，產(chǎn)生的原因是受到活載作用，但已得到有效的控制。

4.5.4 裂縫

以上行幅第11#跨合龍段上梗腋裂縫為例，圍繞其檢測結(jié)果展開分析。可以發(fā)現(xiàn)，內(nèi)側(cè)裂縫、外側(cè)裂縫的應(yīng)變值分別為15×10-6、25×10-6，各自對應(yīng)的相對殘余應(yīng)力分別為0.24、0.31，說明在活載作用下裂縫無異樣。針對裂縫做修補(bǔ)處理，實(shí)際檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)其并未出現(xiàn)再次開裂的情況，由此可對裂縫的特點(diǎn)加以判斷，即屬于施工期間產(chǎn)生的構(gòu)造裂縫，其雖然會影響結(jié)構(gòu)的完整性，但對結(jié)構(gòu)的承載力無影響。

4.6 靜載試驗(yàn)結(jié)論

（1）荷載效率值為0.88～1.02，表明試驗(yàn)荷載可反映設(shè)計(jì)活載的作用。

（2）對于第11 群跨跨中部位，在對稱滿載的試驗(yàn)條件下，該處上行幅、下行幅的實(shí)測撓度最大值分別為43.9mm、42.1mm，撓跨比分別為1/2506、1/2613，均小于規(guī)定的1/600L，結(jié)構(gòu)的剛度達(dá)到要求。

（3）在最大荷載效應(yīng)下，無論是箱梁表面的三向應(yīng)變還是縱向應(yīng)變，其均具有合理性，符合結(jié)構(gòu)性能表現(xiàn)出的規(guī)律。

（4）應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)0.24～1.0，撓度校驗(yàn)系數(shù)0.61、0.58，普遍較大，說明橋梁在滿足荷載效率要求的同時(shí)有足夠的安全性。

（5）從試驗(yàn)前的觀察情況來看，部分區(qū)域存在裂縫，為了掌握其在荷載作用下的變化特點(diǎn)，跨縫布置弓形應(yīng)變計(jì)進(jìn)行檢測，觀察結(jié)果顯示裂縫具有非活動性，意味著其不會對結(jié)構(gòu)的承載內(nèi)力造成影響。

綜合前述有關(guān)于靜載試驗(yàn)檢測結(jié)果的分析認(rèn)為：在設(shè)計(jì)荷載作用下，橋梁屬于彈性工作狀態(tài)，無異常裂縫，撓度和變形兩項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)測值均在合理范圍內(nèi)，總體上橋梁有足夠的安全度，具備正常使用的能力。

5 結(jié)語

綜上所述，施工單位應(yīng)高度重視施工質(zhì)量問題，逐步加大質(zhì)量檢驗(yàn)與控制的力度。在高速公路箱梁施工的質(zhì)量檢驗(yàn)中，靜載試驗(yàn)檢測屬于重要的方法，其可以反映箱梁在應(yīng)變、應(yīng)力等方面的實(shí)際表現(xiàn)，工程技術(shù)人員根據(jù)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，對箱梁的質(zhì)量做出準(zhǔn)確的判斷。本文提出在箱梁靜載試驗(yàn)檢測領(lǐng)域的具體作業(yè)要點(diǎn)，可為同類施工參考。