橋梁工程中預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的檢測與加固技術(shù)

謝茂宇

中鐵二院重慶勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 重慶 400023

現(xiàn)在橋梁工程運維管理作業(yè)中，工作人員須采取有效的加固方案，提升橋梁結(jié)構(gòu)的綜合使用壽命，并且根據(jù)前期探測到的信息、數(shù)據(jù)資料，對加固作業(yè)的細(xì)節(jié)、流程、內(nèi)容進(jìn)行嚴(yán)格把控，提升整個項目的綜合管控水平。

1 橋梁工程中預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的檢測技術(shù)

1.1 超聲波檢測技術(shù)

超聲波檢測技術(shù)借助非破壞性的檢測方案，通過發(fā)送高頻聲波，測量聲波在材料內(nèi)部的傳遞速度和反饋情況來評估結(jié)構(gòu)內(nèi)部的狀態(tài)。在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測活動中，工程師可利用相關(guān)技術(shù)識別裂縫、裂紋、孔隙、腐蝕等病害問題；同時也能夠?qū)︻A(yù)應(yīng)力鋼束的狀態(tài)進(jìn)行檢測。在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中，工程師可利用超聲波檢測技術(shù)，對比聲波傳播速度的降低或反射信號異常的情況，推斷出主體結(jié)構(gòu)存在的損壞問題[1]。通過深入評測相關(guān)數(shù)值指標(biāo)，可幫助工程師確定問題性質(zhì)以及嚴(yán)重程度，從而制定修復(fù)方案。

1.2 磁粉檢測技術(shù)

磁粉檢測技術(shù)通常借助磁學(xué)原理，檢測鋼筋表面磁場分布，評估鋼筋的健康狀態(tài)，可對橋梁工程中預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性指標(biāo)進(jìn)行管控。在進(jìn)行檢測前，工程師需要在鋼筋表面涂抹磁粉，而相關(guān)磁粉顆粒在受到磁場作用的情況下會在鋼筋表面呈現(xiàn)出規(guī)律排布的情況，形成對應(yīng)的圖案。在檢測過程中，工作人員可利用磁粉檢測儀器來觀察此類異?，F(xiàn)象，通過評估磁粉在鋼筋表面的排列狀況，以及分布圖案，可發(fā)現(xiàn)其中潛在問題。工作人員需要在檢測過程中耐心細(xì)致收集數(shù)據(jù)信息，確定問題的嚴(yán)重性，從而及早發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼束存在的問題，并且采取必要的維護(hù)措施。

1.3 實驗室檢測

實驗室檢測較為常見，通過實驗室測量，可對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力指標(biāo)以及理化參數(shù)進(jìn)行深入分析。工程師可在實驗室環(huán)境中對鋼筋材料的物理特性、化學(xué)特性進(jìn)行評估，通過力學(xué)測試以及化學(xué)檢測，可對相關(guān)材料的耐久度以及綜合性能進(jìn)行評測。在實驗室檢測過程中，工程師對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁進(jìn)行測驗可通過強(qiáng)度測試，對混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行評估分析，在實驗室條件下可對混凝土樣本施加一定的壓力來測量其抗壓強(qiáng)度。而在對應(yīng)的測量環(huán)節(jié)，工程師也可對鋼筋性能進(jìn)行檢測，包含進(jìn)行抗拉強(qiáng)度測試、屈服強(qiáng)度測試等，確保預(yù)應(yīng)力鋼筋的性能滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和要求。

在完成力學(xué)性能測試之后，工程師在實驗室中也可通過化學(xué)分析，對混凝土樣本的化學(xué)成分進(jìn)行評測，以此來檢測混凝土中的各類摻合劑、骨料的投放比例是否合理，評估其成分配比是否滿足前期的質(zhì)量管控需求。在該環(huán)節(jié)，工程師也可進(jìn)行溫度測試，對橋梁工程預(yù)應(yīng)力混凝土的鋼筋性能以及在極端溫度下的表現(xiàn)進(jìn)行評測。因此，在實驗室檢測過程中，工程師可采取多元化的測量方式，通過物理測試、化學(xué)測試以及力學(xué)測試，從耐久性、水滲透性測試、抗壓強(qiáng)度測試、密實度測試以及鋼筋耐腐蝕性能測試等多個層面，完成對各項參數(shù)指標(biāo)的管控，并且出具相應(yīng)的檢測評價報告。通過實驗室的專業(yè)化檢測，可更加直接、全面地反映出橋梁工程中預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)存在的病害問題，從而幫助工程師從更加細(xì)微、深入的層面來改善結(jié)構(gòu)加固策略。

1.4 紅外熱成像技術(shù)

紅外熱成像技術(shù)作為一類非破壞性的檢測手段，可識別出橋梁存在的結(jié)構(gòu)異常。由于不同物體存在不同的溫度圖譜，在分子熱運動的情況下會產(chǎn)生紅外輻射，工程師可借助紅外熱成像設(shè)備檢測到相關(guān)輻射并且生成溫度圖像。在檢測分析過程中，工作人員可通過紅外熱成像設(shè)備來掃描橋梁表面結(jié)構(gòu)，評估圖像中的溫度分布，可檢測到相關(guān)區(qū)域存在的質(zhì)量問題（如在潮濕、裂縫、腐蝕），相關(guān)病害問題會出現(xiàn)溫度分布異常的情況，從而可以幫助工作人員識別出其中潛在的故障點位。

1.5 鋼筋探測雷達(dá)技術(shù)

鋼筋探測雷達(dá)技術(shù)在檢測預(yù)應(yīng)力混凝土鋼筋位置過程中的應(yīng)用較為常見，可根據(jù)反射信號來定位鋼筋位置，對其分布以及可能存在的腐蝕情況進(jìn)行評估分析。首先，工作人員需要利用雷達(dá)掃描，對鋼筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，通過雷達(dá)波束與鋼筋互動產(chǎn)生反射信號，在不損壞主體結(jié)構(gòu)的情況下，可探明鋼筋的位置以及各項參數(shù)。工作人員需要將采集得到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，生成鋼筋位置圖像，相關(guān)圖像可反映出各種參數(shù)指標(biāo)評估鋼筋狀態(tài)[2]。但是，在數(shù)據(jù)處理以及圖像生成過程中，通常會以二維或三維的形式，將整體結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出來，工程師須具備較強(qiáng)建模分析能力，從而才能夠獲取更加完整、全面的狀態(tài)信息。

2 橋梁工程中預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的加固技術(shù)

2.1 粘貼預(yù)應(yīng)力鋼束

在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁加固作業(yè)中，工作人員結(jié)合檢測得到的結(jié)果，可選擇粘貼預(yù)應(yīng)力鋼束的策略來提升整個結(jié)構(gòu)的完整性。相關(guān)技術(shù)主要是在混凝土結(jié)構(gòu)表面粘貼或埋設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼束，增加原有的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，使鋼結(jié)構(gòu)的承載性能、剛度得到提升。預(yù)應(yīng)力鋼束通常是以螺旋形或螺桿形式布置在混凝土表面，工作人員須利用高強(qiáng)度的粘合劑或粘膠，將混凝土進(jìn)行粘貼固化，并且施加對應(yīng)的預(yù)應(yīng)力力量，將混凝土結(jié)構(gòu)拉升，從而使其結(jié)構(gòu)承載性能大幅度提升。

首先，工作人員需要考慮橋梁承載性能指標(biāo)，評估橋梁設(shè)計的最大荷載，通過前期在進(jìn)行磁粉檢測過程中獲取到的數(shù)據(jù)信息，通過鋼筋傳導(dǎo)的磁場，結(jié)合磁粉的狀態(tài)，評估此時鋼筋結(jié)構(gòu)存在的破損異常以及預(yù)應(yīng)力損失，明確結(jié)構(gòu)設(shè)計與當(dāng)前檢測結(jié)果之間存在的差異；再采取精細(xì)化的粘貼措施，增加鋼束的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，從而提升其綜合承載性能。此類方法可根據(jù)前期的檢測結(jié)果，針對已經(jīng)出現(xiàn)的損傷，如裂紋、腐蝕，采取有效管控，可減少維護(hù)成本。在進(jìn)行粘貼之前，工作人員需要確定加固需求和參數(shù)，選取合適的預(yù)應(yīng)力鋼束和粘接材料，使其穩(wěn)固度和牢固度得到提升。

其次，在施工過程中，工作人員須保證預(yù)應(yīng)力鋼束得到正確粘貼，并且預(yù)應(yīng)力力量的施加均勻，從而使整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量得到提升。在實踐操作過程中，工作人員首先需要對混凝土結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行處理，確保表面清潔、光滑、無油污以及松散顆粒，而為了達(dá)到清潔管控目標(biāo)，工作人員可采取噴砂或借助高壓水切割的方式，對表面進(jìn)行整平處理，從而保證粘接劑能夠充分附著在材料表面。

之后，工作人員需要采用雙組分環(huán)氧樹脂膠，按照一定的溫度、濕度要求，完成對粘貼劑的使用，提升固化效果。緊接著，工作人員便需要施加對應(yīng)的預(yù)應(yīng)力力量。此時，可利用液壓拉伸機(jī)等設(shè)備，控制預(yù)應(yīng)力鋼絲的拉伸力量，從而使力量能夠均勻分布，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)形變或破壞。在加固之后，工作人員需要實時檢測加固效果，可通過采用應(yīng)變劑、位移傳感器設(shè)備，對加固結(jié)構(gòu)在荷載加持下的形變狀況進(jìn)行評測分析，根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行科學(xué)高效的質(zhì)量控制?？傮w來說，粘貼預(yù)應(yīng)力鋼束作為一種高級的交互手段，工作人員須進(jìn)行前期的結(jié)構(gòu)破損檢測，分析評估當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)置與原有的施工設(shè)計存在的差異和出入，制定出更加嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的加固計劃和方案；通過精密設(shè)計，嚴(yán)格管控施工過程，可進(jìn)一步增強(qiáng)加固效果。

2.2 外包裝技術(shù)

外包裝技術(shù)在結(jié)構(gòu)修復(fù)管控過程中使用較為常見，主要是在混凝土結(jié)構(gòu)外部粘貼新的支撐材料來提升其承載能力。在外包裝技術(shù)的加持下，可提升整個結(jié)構(gòu)的完整性[3]。在對外包裝加固策略進(jìn)行使用的過程中，工作人員須評估混凝土強(qiáng)度、裂紋情況、結(jié)構(gòu)、幾何狀態(tài)，根據(jù)評估結(jié)果，對外包裝加固策略進(jìn)行設(shè)置。確定預(yù)應(yīng)力力量以及新的材料分布方式具體加固方案。具體來說，工程師可結(jié)合前期的實驗室檢測分析，對鋼筋材料、混凝土結(jié)構(gòu)的理化指標(biāo)進(jìn)行評測，對當(dāng)前混凝土結(jié)構(gòu)存在的性能缺失進(jìn)行評估，從而對整個橋梁工程預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行模擬評價。之后，再結(jié)合超聲波檢測，探明整個橋梁工程結(jié)構(gòu)中的各項參數(shù)信息，如裂縫、幾何形狀等，根據(jù)評測結(jié)果，來制定更加細(xì)致深入的施工方案。在完成前期的評測分析之后，工作人員便需要選取合適的鋼筋以及粘合劑材料，提升加固性能。而對外包裝材料的使用要求相對較高，工程師可結(jié)合碳纖維、鋼筋纖維來改善原有的結(jié)構(gòu)性能，并且輔助新的預(yù)應(yīng)力鋼束達(dá)到更加良好的加固狀態(tài)。但是，工作人員在表面處理過程中需要針對不同裂縫狀況，根據(jù)裂縫的深度、寬度以及其表面結(jié)構(gòu)的破損，采取不同的外包裝修復(fù)措施，并在完成外包裝修復(fù)之后進(jìn)行質(zhì)量控制，評測加固效果。

2.3 增加梁段

增加梁段是一種常見的加固舉措，主要是通過改善橋梁結(jié)構(gòu)，新增額外的梁段來分?jǐn)偢嗟耐獠亢奢d。但是相關(guān)技術(shù)在加固作業(yè)中的使用往往具備較大的成本，工程師須進(jìn)行前期深入細(xì)致的檢測分析，根據(jù)測驗得到的參數(shù)資料，設(shè)定更加科學(xué)合理的加固方案。在該環(huán)節(jié)，工作人員也需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)評估，可利用紅外熱成像技術(shù)，對整個橋梁結(jié)構(gòu)的溫度圖譜進(jìn)行分析，評測現(xiàn)結(jié)構(gòu)存在的性能缺失問題以及預(yù)應(yīng)力損失；緊接著便需要參照前期所開展的實驗室分析，對混凝土強(qiáng)度損失以及其中存在的裂縫狀況、幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行管控，根據(jù)評價結(jié)構(gòu)來對新梁段進(jìn)行設(shè)計。通過增加梁段數(shù)量，把控增設(shè)的位置、尺寸以及預(yù)應(yīng)力鋼束的布置方式，改良原有的結(jié)構(gòu)性能。而為了提升梁段的質(zhì)量，通常需要采取預(yù)制生產(chǎn)的方式，在制造過程中，工作人員可通過預(yù)制工廠的專業(yè)化生產(chǎn)，對梁段的質(zhì)量、尺寸、預(yù)應(yīng)力鋼束的安裝方式進(jìn)行設(shè)計，從而提升梁段的綜合承載性能。

在完成對于梁段的預(yù)制生產(chǎn)之后，工作人員便需要將新的梁段與現(xiàn)有橋梁連接在一起，可借助高強(qiáng)度的連接材料以及預(yù)應(yīng)力鋼束來提升整個連接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在完成連接之后，工作人員可施加對應(yīng)的預(yù)應(yīng)力力量，通過液壓拉伸設(shè)備來增加力量，從而使新的梁段處于良好的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。在完成加固之后，工作人員便需要進(jìn)行實時監(jiān)測，保障加固效果。在監(jiān)測過程中可使用各種傳感器，評估在不同荷載下橋梁的形變狀況?？傮w來說，工作人員在施工過程中需要對橋梁結(jié)構(gòu)的可靠度以及使用壽命進(jìn)行評估分析，根據(jù)前期檢測得到的數(shù)據(jù)來合理設(shè)置對應(yīng)的施工方案和計劃，從而降低成本。

2.4 底部加固技術(shù)

底部加固作為一類支撐技術(shù)，主要是在橋梁底部增加額外的結(jié)構(gòu)，提升橋梁的綜合承載性能。在對底部加固技術(shù)實踐應(yīng)用過程中，工作人員可在橋梁底部引入額外的預(yù)應(yīng)力，提升橋梁的荷載能力。相關(guān)技術(shù)的核心在于對施工預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)進(jìn)行管控，同時對新結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)置，提升整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，延長橋梁系統(tǒng)的使用壽命。

首先，工作人員需要徹底評估橋梁結(jié)構(gòu)，可結(jié)合當(dāng)前的參數(shù)信息以及檢測結(jié)果，根據(jù)過往的橋梁歷史使用狀況、結(jié)構(gòu)材料狀況以及任何存在的結(jié)構(gòu)問題，評估“當(dāng)前橋梁是否需要得到加固，在哪些地方需要進(jìn)行加固”。在該環(huán)節(jié)，工作人員可借助上文所講解到的鋼筋探測雷達(dá)技術(shù)，通過雷達(dá)掃描，對整個橋梁的鋼筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，評估橋梁整體結(jié)構(gòu)的性能損失。通過由鋼筋探測雷達(dá)技術(shù)生成二維、三維圖像，將橋梁整體結(jié)構(gòu)完整展現(xiàn)出來，并且通過建模分析可評判當(dāng)前的結(jié)構(gòu)損失。工作人員可根據(jù)三維圖組以及虛擬模型進(jìn)行荷載分析，考慮橋梁實際的運行條件以及當(dāng)前新增加的交通荷載狀況，確定新的預(yù)應(yīng)力施加位置以及各項指標(biāo)參數(shù)。

緊接著，在預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)設(shè)計過程中，工作人員可借助錨固點和張拉序列，確定預(yù)應(yīng)力鋼筋的數(shù)量和位置，平衡橋梁的受力分布。之后，在施工過程中對底部支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理生產(chǎn)制備。工作人員須合理選用支撐類型，比如可結(jié)合橡膠支座、鋼制支座，保證新增加的支撐結(jié)構(gòu)能夠均勻分擔(dān)荷載，并且提高整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能。在后續(xù)具體施工過程中，工作人員需要對支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝，同時也需要對預(yù)應(yīng)力張拉過程進(jìn)行質(zhì)量管控。但是在支撐作業(yè)中，工作人員也需要對支撐底部進(jìn)行合理設(shè)計，確定支撐結(jié)構(gòu)底部的幾何尺寸、形狀；同時也需要考慮當(dāng)前地基結(jié)構(gòu)的承載性能，考慮支撐的高度以及可能的調(diào)整機(jī)制，對結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行預(yù)測分析，從而提升支撐結(jié)構(gòu)的耐久性和穩(wěn)定性。另外，在施工質(zhì)量管理過程中，工作人員也需要及時安裝對應(yīng)的監(jiān)測設(shè)備，及時跟進(jìn)支撐結(jié)構(gòu)的性能變化，發(fā)現(xiàn)問題并且采取有效糾正措施。在完成支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)置之后，工作人員也需要及時調(diào)整支撐結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，包含對排水系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建和打造，對破損部分進(jìn)行維護(hù)、修繕、改善，從而保證整個結(jié)構(gòu)能夠安全穩(wěn)定運行。

3 橋梁工程加固作業(yè)的注意事項

現(xiàn)階段，在橋梁工程預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)加固過程中，工作人員需要采取綜合、全面的管控措施，從人、機(jī)、料、法、環(huán)的多個角度，降低整個工程項目的施工成本。工程單位需要將混凝土橋梁結(jié)構(gòu)檢測結(jié)果與加固方案整合在一起，通過數(shù)據(jù)分析，確定加固類型以及加固策略，以此來降低加固成本。在施工環(huán)節(jié)，工程師還需要進(jìn)行建模分析以及力學(xué)性能測試，對不同的加固方案進(jìn)行把控，并制定更加嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的加固流程，提升整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

由于橋梁工程預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的損失現(xiàn)象較為常見，工程師需要在后續(xù)加固作業(yè)中做到常態(tài)化的維護(hù)保養(yǎng)，結(jié)合紅外測溫技術(shù)，及時監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)的溫度圖譜以及各項溫度信息，分析結(jié)構(gòu)的變化，采取及時維護(hù)策略，有效降低后續(xù)進(jìn)行大規(guī)模檢修期間所花費的成本。工作人員需要做到全過程、全生命周期的質(zhì)量管控，對加固方案以及各項加固策略進(jìn)行靈活使用，提升整個橋梁結(jié)構(gòu)的綜合穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

總體來說，在橋梁工程預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測與加固作業(yè)中，工作人員需要制定嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的管理方案，優(yōu)化加固流程，補(bǔ)充技術(shù)細(xì)節(jié)，在施工過程中做到精細(xì)化分析管控，提高整個橋梁工程系統(tǒng)的綜合使用壽命。