賈飛宇

(中國鐵道科學研究院 基礎設施檢測研究所，北京 100081)

1 工程概述

某地方鐵路一特大橋，全長539．05 m，為16孔32 m預應力混凝土簡支梁，T形橋臺，圓端形實心墩，墩臺的混凝土等級為C30，0#臺至12#墩為擴大基礎，13#墩至16#臺為樁基礎，全橋位于半徑800 m的曲線上。

該橋在施工過程中，部分橋墩建成時，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)有些橋墩墩身裂縫比較嚴重。為了保證新建橋梁使用的安全性，受業(yè)主的委托，對裂縫較嚴重的橋墩進行了檢定評估，通過檢定試驗和理論計算分析，判定了橋墩的承載能力。

2 現(xiàn)場檢定試驗

2．1 檢定試驗項目

通過與建設、監(jiān)理以及施工單位共同研究，決定對該橋的 2#，7#，8#，9#，10#，12#墩進行現(xiàn)場試驗。其中2#墩屬較完好的橋墩，選擇的目的是進行對比試驗。

試驗項目:①對墩身裂縫進行外觀狀態(tài)檢查;②對墩身裂縫寬度和深度進行無損檢測;③對各墩的橫向(垂直橋軸線方向)和縱向剛度進行測試。

2．2 檢定試驗方法

1)裂縫寬度檢測方法:采用電子成像放大技術，將裂縫原貌成像于儀器主屏幕，通過屏幕上的激光刻度尺，讀出可靠數(shù)據(jù)。

2)裂縫深度檢測方法:采用超聲波振動能量在混凝土內(nèi)傳播，以穿過裂縫底部時的衍射角與裂縫深度的幾何關系來測試裂縫深度。

3)采用沖擊振動法，測試橋墩橫向和縱向自振頻率。其基本方法是用30 kg鑄鐵錘擊打墩頂(見圖1)，使橋墩產(chǎn)生沖擊振動，在墩頂安放速度或加速度傳感器。采集傳感器的振動響應信號，對響應信號進行頻譜分析，得到幅值譜和相位譜，利用幅值譜和相位譜雙重標準來確定橋墩結(jié)構(gòu)的自振頻率。

圖1 現(xiàn)場錘擊

4)在沖擊振動試驗法的基礎上，還采用大地脈動(環(huán)境微振動)法，對橋墩橫向和縱向的微振動響應信號進行較長時間的采集并進行頻譜分析，直接分析橋墩的自振頻率。

2．3 試驗結(jié)果分析

測試橋墩及基礎情況見表1。

2．3．1 墩身裂縫檢查結(jié)果分析

共檢查了 5個橋墩的墩身裂縫，包括 7#，8#，9#，10#，12#墩。7#橋墩裂縫形態(tài)示意圖見圖2，裂縫寬度和深度檢測結(jié)果見表2。

從各橋墩的裂縫檢測結(jié)果可知:①各橋墩裂縫以豎向裂縫為主，裂縫連續(xù)長度最長為10 m以上。其寬度呈上窄下寬、上淺下深的態(tài)勢，最寬的裂縫為1．4 mm，最深的為181 mm，7#墩最為嚴重;②各墩的水平裂縫不多，且未見環(huán)形通裂，裂縫最寬的為0．4 mm，最深為104 mm;③網(wǎng)狀裂縫均較細微。

由表6可知，冬小麥籽粒酚類各組分中質(zhì)量分數(shù)最高的為 NP（ 202.19~446.16 μg·kg-1），均值為333.66 μg·kg-1；OP 和 BPA 質(zhì)量分數(shù)分別為3.40~25.33 μg·kg-1和 1.36~ 33.27 μg·kg-1，均值分別為 8.47 μg·kg-1和 7.62 μg·kg-1。冬小麥籽粒 NP各組分中NP2、NP4、NP9質(zhì)量分數(shù)相對較高，均值分別為 64.55、62.97 和 54.55 μg·kg-1。

表1 測試橋墩基本情況

圖2 7#墩裂縫形態(tài)示意

表2 7#墩裂縫檢測結(jié)果 mm

2．3．2 墩身裂縫的成因分析

從所測得的5個橋墩數(shù)據(jù)和裂縫的形態(tài)分析，判定裂縫屬于溫度裂縫。雖然5個橋墩均在春夏季施工，但該地區(qū)位于內(nèi)蒙古高原南沿，燕山山脈山區(qū)，海拔1 100～1 300 m，年平均氣溫 0．8 ℃ ～1．6 ℃，晝夜溫差大，風沙大。據(jù)施工日志記載，8月份晝間最高氣溫達30℃以上，而夜間可降至15℃以下，且處于風口上，幾乎每天都刮風，一般風力都達5～6級，陣風達9～10級。正是由于氣候因素，施工時對混凝土內(nèi)部溫度掌握和估計不足，拆模時間控制不當，未及時采取保溫保濕措施，使內(nèi)外溫差超過20℃以上，致使墩身產(chǎn)生深淺不一的表層裂縫。

2．3．3 橋墩橫向和縱向剛度測試結(jié)果分析

1)橋墩橫向自振頻率測試結(jié)果分析

各橋墩橫向自振頻率采用沖擊振動法的振動波形和頻譜圖見圖3。實測自振頻率與《鐵路橋梁檢定規(guī)范》(以下簡稱《橋檢規(guī)》)通常值比較結(jié)果分析見表3。

圖3 2#墩橫向沖擊振動波形和頻譜圖

表3 實測橫向自振頻率結(jié)果分析 Hz

由實測結(jié)果可見:

①采用沖擊振動法實測的自振頻率和采用脈動法實測的自振頻率接近，表明實測值可信。

② 7#墩 ～10#墩和12#墩，墩高在30.9～33.9 m 之間，其實測自振頻率在3.51～4.10 Hz之間，符合自振頻率隨墩的高度變化的規(guī)律，即墩的高度低而頻率高，墩的高度高而頻率低。2#墩墩高26.4 m，實測自振頻率為5.0 Hz。

④6個墩采用兩種方法實測的自振頻率均高于《橋檢規(guī)》通常值2倍以上(提高幅度在115%以上)，表明各墩橫向剛度滿足要求，墩身裂縫對橫向剛度影響不大。

2)橋墩縱向自振頻率測試結(jié)果分析

關于橋墩的縱向自振頻率《橋檢規(guī)》中沒有明確規(guī)定?？紤]到所測的橋墩均未架梁，橫向和縱向均為懸臂柱體系，實測方法與橫向相同，因此，參照《橋檢規(guī)》的橫向自振頻率通常值的評定標準進行評定。各橋墩的實測縱向自振頻率與《橋檢規(guī)》通常值比較列于表4。

從實測結(jié)果可見:

①各墩縱向自振頻率實測狀況與橫向自振頻率實測狀況相同，實測值均高于參考值，提高幅度在103%～128%之間，7#墩提高幅度最低(為103%);

②兩種試驗方法所測的各墩的自振頻率均高于參考值的2倍以上，表明墩的縱向剛度滿足要求，考慮到架梁后墩縱向振動和位移受到梁的支撐和約束，其縱向剛度也能滿足安全行車的要求。

3 靜力檢算

因橋墩的受力不受豎向裂縫的控制，故從所做試驗中挑選橫向裂縫比較嚴重的橋墩(9#墩和12#墩)進行靜力檢算，并假設墩身裂縫為環(huán)裂，即按最不利的情況進行檢算。按照《橋檢規(guī)》的規(guī)定，對裂縫截面進行應力、傾覆和滑動穩(wěn)定檢算。經(jīng)檢算，橋墩的應力、偏心和穩(wěn)定性的承載系數(shù)Kmin均＞1，說明橋墩在現(xiàn)有裂縫的情況下，能夠滿足中—活載的要求。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

1)各橋墩裂縫以豎向裂縫為主，裂縫連續(xù)長度最長的為11 m，最寬的裂縫寬為1.4 mm，最深的有1處深181 mm;水平向裂縫不多，未見有環(huán)形通裂，裂縫寬度為0.4 mm，所有裂縫從實測數(shù)據(jù)和裂縫形態(tài)分析，均屬于表層溫度裂縫。產(chǎn)生的原因是施工時對混凝土水化熱產(chǎn)生的內(nèi)部溫度掌握和氣溫日較差估計不足，拆模時間控制不當，未及時采取保溫和保濕措施，使混凝土內(nèi)部溫度和外部溫度相差過大造成的。

2)裂縫較嚴重的7#墩 ～10#和12#墩，實測橫向自振頻率在3.54～4.10 Hz之間，與各墩的《橋檢規(guī)》自振頻率通常值比較，均有較大幅度的提高，提高幅度為115%～140%，亦即實測橫向自振頻率為通常值的2倍以上，表明墩身裂縫對橫向剛度影響不大，各墩的橫向剛度滿足要求。各墩的縱向自振頻率實測值亦均高于《橋檢規(guī)》的參考值，提高幅度在103% ～128%之間，也說明墩的縱向剛度滿足要求。

3)從靜力檢算的結(jié)果可以看出，橋墩的應力、偏心和穩(wěn)定性的承載系數(shù)Kmin均大于1，說明橋墩在現(xiàn)有裂縫的情況下，能夠滿足中—活載的要求。

4.2 建議

1)墩身裂縫＜0.4 mm的可不處理，超過0.4 mm的裂縫可采用混凝土低壓裂縫注入膠進行封閉;

2)各墩在架梁后由于梁和線路上部建筑質(zhì)量的影響，自振頻率會降低，為保證橋梁使用的絕對安全，通車后應對各橋進行動態(tài)檢測。

［1］陳密，高巖，曾凡勤．武廣客運專線某特大橋橋墩裂縫成因分析［J］．鐵道建筑，2009(3):1-3．

［2］魏峰，牛斌，季文正．客運專線鐵路簡支梁橋墩臺縱向線剛度分析研究［J］．鐵道建筑，2010(4):21-25．

［3］中華人民共和國鐵道部．鐵運函［2004］120 鐵路橋梁檢定規(guī)范［S］．北京:中國鐵道出版社，2004．

［4］中華人民共和國鐵道部．TB 10415—2003 鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標準［S］．北京:中國鐵道出版社，2004．

［5］中華人民共和國鐵道部．TB 10424—2003 鐵路混凝土與砌體工程施工質(zhì)量驗收標準［S］．北京:中國鐵道出版社，2004．