公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

文／朱其強(qiáng) 煙臺(tái)公路工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)中心 山東煙臺(tái) 264000

引言：

橋梁承載能力指的是橋梁承受交通荷載和負(fù)荷的能力，我國(guó)不斷提高橋梁建造技術(shù)水平但是因?yàn)楣窐蛄撼休d能力缺陷將會(huì)引發(fā)交通安全事故，因?yàn)闃蛄菏褂脮r(shí)間比較長(zhǎng)，不斷提高交通運(yùn)輸壓力，原來的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)無法滿足當(dāng)前交通運(yùn)輸需求。因此需要檢測(cè)評(píng)定公路橋梁承載能力，結(jié)合檢測(cè)評(píng)定結(jié)果采取針對(duì)性的處理措施，進(jìn)一步提高公路橋梁承載能力。

1、概述公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定的影響因素

1.1 公路橋梁結(jié)構(gòu)的完整性

在評(píng)定公路橋梁的過程中需要考慮公路橋梁結(jié)構(gòu)的完整性，完成公路橋梁建設(shè)之后在交付使用之后，在外力加載的影響下，公路橋梁將會(huì)產(chǎn)生損傷。在行車負(fù)荷的影響下，再加上自身重量的負(fù)荷，將會(huì)破壞公路橋梁結(jié)構(gòu)的完整性，不利于均衡的向下傳遞公路橋梁行車作用力，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性破壞，例如發(fā)生公路橋梁梁板單板受力的情況，影響到公路橋梁通行的安全性，引發(fā)嚴(yán)重的安全隱患。因此公路橋梁結(jié)構(gòu)性完整性直接關(guān)系到公路橋梁承載能力。

1.2 裂縫

在公路橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常會(huì)發(fā)生裂縫問題，裂縫問題直接影響到鋼筋混凝土材料的承載力和抗?jié)B能力以及耐久性等，甚至?xí)p少橋梁使用壽命。公路橋梁裂縫主要包括非結(jié)構(gòu)性裂縫和結(jié)構(gòu)性裂縫。非結(jié)構(gòu)性裂縫指的是公路橋梁自身不符合環(huán)境要求，或者自身性能不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從而產(chǎn)生裂縫問題。結(jié)構(gòu)性裂縫是因?yàn)闃蛄航Y(jié)構(gòu)承載力降低引發(fā)的裂縫。通常是在結(jié)構(gòu)受力之后產(chǎn)生橋梁裂縫問題，因此在處理橋梁裂縫的過程中，需要結(jié)合實(shí)際情況判斷裂縫類型，從而選擇針對(duì)性的處理措施。

1.3 鋼筋銹蝕

公路橋梁發(fā)生鋼筋銹蝕問題，將會(huì)影響到公路橋梁承載能力。發(fā)生鋼筋銹蝕問題之后，混凝土和鋼筋之間將會(huì)產(chǎn)生間隙，因此減少混凝土對(duì)于鋼筋的握裹力，降低公路橋梁整體施工質(zhì)量。如果公路橋梁重要結(jié)構(gòu)部件產(chǎn)生鋼筋銹蝕問題，將會(huì)直接減少公路橋梁使用壽命。發(fā)生鋼筋銹蝕問題主要是因?yàn)榛炷寥狈γ軐?shí)性，或者是因?yàn)殇摻畋Ｗo(hù)層的厚度不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)生鋼筋銹蝕之后，將會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞結(jié)構(gòu)構(gòu)件，例如會(huì)減少構(gòu)件截面積，同時(shí)會(huì)降低鋼筋和混凝土的咬合力，最終降低橋梁結(jié)構(gòu)的承載力。

1.4 混凝土施工質(zhì)量

在公路橋梁施工過程中，施工單位沒有嚴(yán)格控制水泥選取和混凝土水灰比以及保護(hù)層厚度控制等方面，完成澆筑工作之后，鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)部將會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量問題，降低整體混凝土結(jié)構(gòu)的抗侵蝕能力和抗銹蝕能力，最終降低橋梁結(jié)構(gòu)的承載力。

1.5 公路橋梁變形

評(píng)測(cè)公路橋梁承載能力的過程中，公路橋梁變形屬于重要的影響因素。在使用公路橋梁的過程中允許結(jié)構(gòu)變形在限值范圍內(nèi)。在公路橋梁運(yùn)行過程中，如果荷載超過限值，發(fā)生的結(jié)構(gòu)變形問題將會(huì)直接影響到公里橋梁質(zhì)量。

2、靜載試驗(yàn)

通過觀察檢查可以確定施工支模處于良好的工作狀態(tài)，而且箱梁外觀具有平整性和光滑性。通過檢查表面色澤可以確定工作人員沒有做好箱梁養(yǎng)護(hù)工作，兩個(gè)構(gòu)件表面并沒有出現(xiàn)明顯的裂縫。為了確定箱梁實(shí)際情況，技術(shù)人員可以針對(duì)箱梁開展非破損的荷載試驗(yàn)，通過確定箱梁剛度和抗壓強(qiáng)度以及自身性能等，可以確定箱梁的承載力。但是因?yàn)榧夹g(shù)條件的限制，技術(shù)人員無法在完成鋼箱梁組裝之后立刻開展檢測(cè)工作。此外現(xiàn)澆連接接頭和施工技術(shù)等因素直接影響到箱梁力學(xué)性質(zhì)，而且箱梁利用先簡(jiǎn)后支的連續(xù)結(jié)構(gòu)。因此箱梁在不受力的情況下，針對(duì)箱梁組織跨簡(jiǎn)支梁試驗(yàn)活動(dòng)，構(gòu)建箱梁支梁的受力模型。

2.1 試驗(yàn)項(xiàng)目

第一，以荷載力施加為基礎(chǔ)，有效測(cè)量接頭應(yīng)變力。第二，以荷載力施加為基礎(chǔ)檢測(cè)截面撓度。第三，以荷載力施加為基礎(chǔ)檢測(cè)箱梁開縫情況。

2.2 截面選取

通過施加荷載力，有效測(cè)定控制截面的箱梁內(nèi)力和變形情況，技術(shù)人員在選擇檢測(cè)截面的過程中，要選擇產(chǎn)生最大內(nèi)力和最大變形的截面。工作人員要明確檢測(cè)目的，綜合測(cè)試控制和數(shù)據(jù)采集等因素，確定檢測(cè)截面。如下圖1所示將檢測(cè)截面單位跨中A-A 截面和1/4、跨B-B 截面以及支點(diǎn)C-C 截面。

圖1 各控制截面位置示意圖

2.3 布置測(cè)點(diǎn)

首先需要布置應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，利用電阻應(yīng)變片和靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)等。橋梁橋面板鋪設(shè)構(gòu)造的影響下，不適合布設(shè)測(cè)點(diǎn)，因?yàn)橄淞罕诤窈土焊弑容^小，為了提高作業(yè)便利性，需要在箱梁控制截面的側(cè)面布置應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，每個(gè)截面需要布置6 個(gè)測(cè)點(diǎn)，要保障測(cè)點(diǎn)布置的對(duì)稱性。在撓度測(cè)點(diǎn)布置過程中，需要利用電子位移計(jì)在箱梁各個(gè)控制截面布置撓度測(cè)點(diǎn)，而且在每個(gè)控制截面需要布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)。此外需要注意觀測(cè)裂縫，在加載之前明確裂縫分布情況，并且持續(xù)增加荷載之后，測(cè)量箱梁裂縫寬度。在滿載之后確定箱梁是否增加了新的裂縫，利用顯微鏡設(shè)備那個(gè)卻裂縫寬度。

2.4 試驗(yàn)荷載

在試驗(yàn)過程中需要計(jì)算試驗(yàn)荷載，并且以此為基礎(chǔ)完成相應(yīng)的布置工作，施工單位需要根據(jù)相關(guān)規(guī)范有效計(jì)算控制截面下不利內(nèi)力數(shù)值，并且確定承載力檢驗(yàn)系數(shù)，從而確定控制截面的內(nèi)力計(jì)算值，并且以此為基礎(chǔ)計(jì)算試驗(yàn)荷載。

在試驗(yàn)過程中需要遵守以下原則：第一，試驗(yàn)過程中利用分級(jí)加載方式和荷載加載模型。第二，為了提高測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，荷載增加時(shí)間需要維持15min。工作人員需要分析采集工程情況數(shù)據(jù)信息，如果發(fā)現(xiàn)一行數(shù)據(jù)需要再次組織數(shù)據(jù)采集工作。第三，工作人員需要精確性的檢測(cè)箱梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力和裂縫等情況，在最大荷載力到達(dá)之前如果箱梁發(fā)生變形或者裂縫等問題，需要立即停止加載。

3、公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定技術(shù)

3.1 經(jīng)驗(yàn)法

經(jīng)驗(yàn)法指的是在公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定過程中，需要安排具備豐富工作經(jīng)驗(yàn)的專家引入在1.2 以內(nèi)的檢算技術(shù)，準(zhǔn)確檢算結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。并且結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)存在的裂縫和橋臺(tái)沉陷以及水平位移等問題，精確性的驗(yàn)算橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性?？茖W(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，因?yàn)閷＜抑饔^因素影響到這種方法的應(yīng)用，而且評(píng)定指標(biāo)具有單一性特征，不利于控制檢算系數(shù)和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)無法定量化應(yīng)用檢算結(jié)果，因此不斷降低使用頻率。

3.2 承載能力衰減時(shí)變模型法

這一時(shí)變模型綜合考慮混凝土強(qiáng)度和碳化深度以及鋼筋銹蝕程度等結(jié)構(gòu)耐久性參數(shù)，根據(jù)不同損傷程度的橋梁承載能力建立衰減模型，可以為舊橋承載能力評(píng)定和橋梁剩余壽命評(píng)定工作提供參考依據(jù)。但是利用這一方法也存在不足之處，例如針對(duì)碳化深度和混凝土強(qiáng)度以及鋼筋強(qiáng)度等方面的取值范圍缺乏精度，而且需要進(jìn)一步提高不同地區(qū)和不同橋型結(jié)構(gòu)的適用性。

3.3 荷載試驗(yàn)方法

利用荷載試驗(yàn)方法可以分析荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)，同時(shí)可以保障系數(shù)的準(zhǔn)確性和客觀性，從而確定公路橋梁安全儲(chǔ)備區(qū)間。在實(shí)際應(yīng)用過程中，利用這種方法需要耗費(fèi)較多的時(shí)間，而且試驗(yàn)場(chǎng)地規(guī)模比較大，同時(shí)需要利用較多的試驗(yàn)資金，因此在大型并且保證資金充足的橋梁工程中適合利用這種方法。在公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定過程中利用這種方法可能會(huì)引發(fā)新?lián)p傷，而且產(chǎn)生的結(jié)果只是業(yè)應(yīng)結(jié)構(gòu)短期現(xiàn)象，在結(jié)構(gòu)疲勞特性和耐久性指標(biāo)檢測(cè)過程中不能利用這種方法。

3.4 基于動(dòng)測(cè)參數(shù)的評(píng)定法

利用這種方法的過程中，指的是在荷載和激振以及脈動(dòng)作用下，測(cè)試結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，例如需要結(jié)合振幅和自振頻率以及振型等準(zhǔn)確的評(píng)定結(jié)構(gòu)承載能力。動(dòng)測(cè)法可以有效檢測(cè)公路橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，同時(shí)可以在動(dòng)荷載作用下真實(shí)的業(yè)映出結(jié)構(gòu)力學(xué)性能和受力狀況。但是當(dāng)前動(dòng)測(cè)法缺乏完善的工作方法，同時(shí)沒有建立相應(yīng)的計(jì)算模型。

3.5 基于檢測(cè)結(jié)果定量化的評(píng)定法

基于檢測(cè)結(jié)構(gòu)定量化評(píng)定法的基礎(chǔ)為我國(guó)舊橋承載能力檢定方法，在評(píng)測(cè)過程中利用這種方法，可以綜合考慮橋梁缺損情況和自振頻率以及材料強(qiáng)度等方面，有利于提高評(píng)定結(jié)果的準(zhǔn)確性，但是這種方法也存在不足之處，如下：第一，主要是利用回填法和鉆芯取樣法以及超聲回彈法等方法判斷構(gòu)件材質(zhì)，但是檢測(cè)結(jié)果和實(shí)際情況具有較大的差異性。第二，因?yàn)楣こ逃?jì)算模型尺寸和邊界條件以及施工原因的影響，利用實(shí)測(cè)頻率和理論計(jì)算頻率的實(shí)測(cè)值確定分項(xiàng)標(biāo)度的過程中，計(jì)算結(jié)果和實(shí)際情況具有較大的差異性。第三，因?yàn)楣窐蛄褐饕抢娩摻罨炷粒遣]有明確鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)的很多部分。第四，在評(píng)測(cè)過程中需要考慮耐久性影響，但是構(gòu)件強(qiáng)度和鋼筋銹蝕程度以及電阻率測(cè)區(qū)是否可以代表構(gòu)件實(shí)際情況還沒有得到證實(shí)。

3.6 基于原始指紋評(píng)定法

原始指紋指的是竣工之后搜集整理的各種施工信息材料，原始指紋在當(dāng)前公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定過程中發(fā)揮著重要的作用，在檢測(cè)評(píng)定過程中通過對(duì)比分析原始信息資料和當(dāng)前檢測(cè)結(jié)論信息，通過核對(duì)和檢查工作，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并且確定公路橋梁承載力降低的實(shí)際原因，利用這種方法可以精確調(diào)查范圍和目標(biāo)，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全問題。

4、公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定主要方法及其比較

4.1 檢測(cè)評(píng)定橋梁的內(nèi)容

落實(shí)橋梁測(cè)量工作可以為橋梁結(jié)構(gòu)承載力評(píng)定提供依據(jù)，不同類型的橋梁的檢測(cè)內(nèi)容是不同的。在混凝土梁式橋梁檢測(cè)過程中，需要檢測(cè)鋼筋銹蝕程度和混凝土強(qiáng)度以及保護(hù)層厚度等。針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁，需要檢測(cè)螺栓情況和鋼構(gòu)件損傷情況以及構(gòu)件彎曲情況等。針對(duì)磚石橋，需要檢測(cè)水泥構(gòu)件裂縫和主拱圈開裂以及拱圈尺寸變化等。

4.2 橋梁檢測(cè)評(píng)定的方法

在橋梁檢測(cè)和評(píng)估過程中，需要評(píng)定橋梁技術(shù)狀況，同時(shí)需要利用主荷載試驗(yàn)法，有利于判斷橋梁結(jié)構(gòu)的可用性。橋梁細(xì)部構(gòu)件權(quán)重直接影響到橋梁技術(shù)等級(jí)評(píng)定結(jié)果的準(zhǔn)確性和客觀性。結(jié)合評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)可以劃分橋梁技術(shù)狀況為以下五個(gè)部分：第一，完好狀態(tài)的橋梁，主要結(jié)構(gòu)部件沒有發(fā)生損壞。第二，輕微缺損的橋梁，出現(xiàn)缺損的部分不會(huì)影響到橋梁使用功能。第三，存在中等缺陷的橋梁結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)正常使用，或者經(jīng)過簡(jiǎn)單維護(hù)之后橋梁主要部件仍舊可以正常使用。第四，橋梁存在大缺損的構(gòu)件，已經(jīng)影響到橋梁正常使用，而且會(huì)影響到公路橋梁承載能力，嚴(yán)重威脅到橋梁使用安全，需要及時(shí)開展維修工作。第五，橋梁主要結(jié)構(gòu)部件發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞，已經(jīng)無法正常使用，不利于保障使用的安全性，需要及時(shí)開展重建工作。

在公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定過程中經(jīng)常會(huì)利用荷載試驗(yàn)法，通過在橋梁結(jié)構(gòu)上施加外部荷載，在外部壓力的影響下，并且利用檢測(cè)儀器測(cè)量橋梁主要部位的水平垂直位移和裂縫發(fā)展等情況，并且結(jié)合計(jì)算結(jié)果檢測(cè)橋梁承載力。

4.3 比較橋梁簡(jiǎn)單測(cè)評(píng)評(píng)定方法和靜態(tài)荷載

根據(jù)橋梁檢測(cè)人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以將橋梁等級(jí)評(píng)定方法分為以下五類，一二類橋梁直接判定為完好，三四類橋梁可以利用維修措施恢復(fù)橋梁承載能力。五類橋梁需要進(jìn)行重建。利用這種方法不利于保障評(píng)定結(jié)果的精確性。評(píng)定靜態(tài)荷載的方法具有較高的精確性，但是工作過程非常繁雜，而且過于依賴原始橋梁資料，同時(shí)需要耗費(fèi)較多的資金，會(huì)影響到正常交通。通過橋梁檢測(cè)和評(píng)估可以判斷橋梁結(jié)構(gòu)的可用性，在橋梁重力性和荷載的影響下，橋梁整體結(jié)構(gòu)的安全性將會(huì)受到影響。如果橋梁部分結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷，因?yàn)檫^大受力，或者因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)整體性受到影響，從而降低整體橋梁的承載力。因?yàn)榕卸蛄旱燃?jí)和靜態(tài)荷載的方法具有不同的優(yōu)勢(shì)和不足，因此需要結(jié)合實(shí)際情況確定方法。

5、基于公路橋梁承載能力的加固措施

5.1 加裝鋼板

在公路橋梁加固過程中，在橋梁外加裝鋼板有利于提高公路橋梁承載能力，而且會(huì)增加公路橋梁的橫截面。當(dāng)前并沒有廣泛利用這種加固方式，這是因?yàn)殇摪寮庸るy度比較大，在加裝過程中需要利用支護(hù)設(shè)備，而且在投入使用之后還需要不斷維修和保養(yǎng)鋼板。

當(dāng)前在鋼板加裝過程中，主要是在橋梁表面粘貼玻璃鋼，因?yàn)椴牧系膹椥阅Ａ繜o法滿足混凝土要求，完成加固工作之后，在受力之后將會(huì)產(chǎn)生變形問題，因此通常是在臨時(shí)加固并且沒有大客車通過的公路橋梁中利用。

5.2 加裝鋼筋

加裝鋼筋指的是在公路橋梁表面二次加裝鋼筋，對(duì)于公路橋梁表面起到固定作用，以橋梁自身重量不變?yōu)榍疤幔行岣邩蛄旱目箯澬?。通常在城市橋梁加固工作中不?huì)利用這種方式，因?yàn)檫@種方式會(huì)影響到公路橋梁的外觀。

5.3 修補(bǔ)裂縫

裂縫是公路橋梁經(jīng)常出現(xiàn)的問題，如果出現(xiàn)的裂縫比較小，對(duì)于公路橋梁結(jié)構(gòu)的影響比較小，工作人員通過多層噴灑修補(bǔ)即可修復(fù)裂縫。如果產(chǎn)生的裂縫比較大，需要填補(bǔ)瀝青膠結(jié)料，在填補(bǔ)過程中需要做到低壓慢速。在修補(bǔ)裂縫管道過程中可以利用鋼板法，利用鋼釘和樹脂連接固定各塊鋼板，再利用膨脹型螺栓固定橋梁主體和鋼板結(jié)構(gòu)，通過整體加壓方式修補(bǔ)裂縫，避免進(jìn)一步擴(kuò)散裂縫。

5.4 混凝土再澆筑

公路橋梁施工中因?yàn)橥饨缢牡刭|(zhì)的影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)橋梁彎曲問題，為了解決這一問題施工單位需要利用混凝土再澆筑方式，因此提高公路橋梁的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。在混凝土再澆筑之前，施工單位需要全面清理橋面鋪裝層，完成清潔工作之后落實(shí)二次混凝土澆筑工作，可以增強(qiáng)橋梁彎曲部位的厚度，通過發(fā)揮混凝土再澆筑施工技術(shù)，可以進(jìn)一步提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗剪切強(qiáng)度。

5.5 錨噴加固

在公路橋梁加固過程中利用錨噴加固技術(shù)，通過利用噴射手段可以加固鋼筋網(wǎng)和錨桿為整體，將速凝劑摻入施工材料中，通過充分混合支護(hù)可以促進(jìn)施工材料凝結(jié)，有利于提高整體路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。同時(shí)可以保障公路橋梁的質(zhì)量。在錨噴施工過程中，施工單位需要結(jié)合實(shí)際情況運(yùn)輸和澆筑混凝土材料，可以節(jié)省橋梁加固環(huán)節(jié)，因此簡(jiǎn)化了加固作業(yè)，有利于提高整體施工效率。

結(jié)語：

在公路橋梁運(yùn)行過程中，公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定技術(shù)發(fā)揮著重要的作用，但是當(dāng)前利用的評(píng)定方法存在不足之處，相關(guān)工作人員需要利用新技術(shù)，不斷修正和完善公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定工作，保障公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定結(jié)果的精準(zhǔn)性。