秦立朝

湖南高速鐵路職業(yè)技術學院

鋼筋混凝土病害橋梁檢測技術分析

秦立朝

湖南高速鐵路職業(yè)技術學院

鋼筋混凝土橋梁作為橋梁工程中的重要組成部分，隨著運營條件及年久的變化，病害橋梁日益增多，必須加強對鋼筋混凝土橋梁的安全控制，本文就一工程案例，分析了鋼筋混凝土橋梁檢測技術，并提出整改意見，以保證其安全性。

鋼筋混凝土；橋梁；檢測

1　前言

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和交通運輸行業(yè)的不斷進步，鋼筋混凝土橋梁以其剛度大、強度高、造價低、噪音環(huán)保、結構樣式多、維修費用低，具有較好的穩(wěn)定性和耐久性等優(yōu)點作為了橋梁建設的主要類型；隨著橋梁的老化、運營條件的提高和病害的不斷發(fā)展，鋼筋混凝土橋梁的剛度和強度大大降低，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國病害橋梁占我國橋梁總數(shù)的45%左右，主要表現(xiàn)在橋梁的裂紋、混凝土鋼筋的銹蝕、混凝土的炭化露筋、支撐塊的破損、橋面的積水等；鋼筋混凝土橋梁的病害會直接危機橋梁自身的安全性，影響到交通運輸系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，由于發(fā)生原因復雜，病害將無法完全避免，只能通過各種檢測技術，控制各個病害環(huán)節(jié)，降低病害危險程度。

2　工程概況

上海市寶山區(qū)楊盛河橋是一座東西走向的三跨混凝土簡支梁橋，建于1987年，無設計和竣工資料可查。實測橋全長48.6m，三跨簡支梁跨度均為16.0m。全橋寬為20.5m，橋寬雙向3m人行道+ 17.0m機動車道，橋面兩端設橡膠條伸縮裝置，跨間橋面連續(xù)；橋面設0.08m～0.165m鋼筋混凝土鋪裝層；三跨簡支梁每跨均由20片混凝土空心板梁組成；梁底均采用板式橡膠支座。兩橋墩均為樁柱式橋墩，下設6根Φ0.80m的圓形立柱，蓋梁高0.90m，長20.6m、上部寬1.20m、底寬0.60m。該橋長期無車輛通行，根據(jù)規(guī)劃，決定重新啟用該橋，確定該橋的載重等級。

3　橋梁檢測目的

通過對楊盛河橋的檢測，分析構件缺陷及損傷的原因，評價其對橋梁承載力和耐久性的影響；通過靜載試驗，測試橋梁結構在試驗荷載作用下控制截面的應變（應力）和撓度，評價橋的工作狀態(tài)和承載能力，確定其載重等級；通過動載試驗，測試空心板梁的在汽車動荷載下的沖擊系數(shù)和自振頻率等自振特性，評價空心板梁在動荷載作用下的工作狀況。

4　橋梁表觀結構檢測

4.1全橋外觀缺陷檢查

橋梁外觀缺陷檢查先可采用目測法，對混凝土梁、墩臺、支座和橋面附屬設施等進行全面檢查，對于裂縫用儀器測定其寬度和深度，儀器測定可采用超聲測試儀、雷達檢測技術、紅外線—熱檢測技術等，超聲波在混凝土傳播過程中遇到裂縫，將產(chǎn)生反射、折射、繞射等物理現(xiàn)象，使超聲波聲時延長，根據(jù)聲時測算裂縫的深度。經(jīng)過對楊盛河橋全面檢查，發(fā)現(xiàn)鋪裝混凝土水灰比較大，強度較低，水泥易流失；橋梁板底、橋臺混凝土收縮及預應力的橫向效應，產(chǎn)生了較多小于0.2mm的縱向裂縫、網(wǎng)狀裂縫；兩橋臺處均有滲水現(xiàn)象，橡膠支座有不同程度的老化，全橋支座鋼墊板均已銹蝕。

4.2混凝土無損檢測

采用瑞士PROFOMETER5鋼筋保護層檢測儀，利用電磁感應原理對鋼筋混凝土結構中鋼筋直徑、位置、間距和混凝土保護層厚度進行無損檢測；混凝土強度無損檢測常用回彈儀法、超聲波法、超聲回彈綜合法，超聲回彈綜合法由于誤差小而被廣泛采用，但考慮本橋主梁為空心板梁，無法采用超聲回彈綜合檢測，故采用回彈法檢測混凝土強度。通過檢測，板梁主筋混凝土保護層厚度、板梁箍筋混凝土保護層厚度均不符合規(guī)范要求，板梁混凝土強度達到C40混凝土強度要求，其他構件混凝土推定強度為21.3MPa～ 56.0MPa，大于C20混凝土強度等級，滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG D62-2004）中的要求。

4.3混凝土碳化深度檢測

由于混凝土中水泥水化物呈弱堿性，其在鋼筋表面形成具有保護作用的“鈍化膜”，隨著時間的流逝，空氣中的CO2和水分子與混凝土的堿性成份緩慢發(fā)生化學反應，作為保護層的混凝土由外到內(nèi)逐漸碳化，失去保護作用?；炷撂蓟疃葯z測是通過混凝土表面鉆孔，露出孔內(nèi)新鮮混凝土內(nèi)壁表面，并除凈表面粉塵，然后用1%酚酞酒精噴涂，檢測其變色與不變色的臨界面深度，得出混凝土碳化深度，變紅表示未被碳化，不變色則表示已碳化。經(jīng)檢測，該橋抽檢構件表層混凝土均已發(fā)生不同程度的碳化，碳化深度平均值為0.1mm～5.3mm。

4.4鋼筋銹蝕狀況檢測

當混凝土處于一個高堿性環(huán)境，會在鋼筋表面形成一層保護膜，由于氯化物或碳化作用，這種保護膜會被破壞，發(fā)生銹蝕。銹蝕過程中，在鋼筋表面形成陽極區(qū)和陰極區(qū)，導致鋼筋離解，在陽極區(qū)生成膨脹的銹蝕產(chǎn)物。半電池電位鋼筋銹蝕度測量法是目前在現(xiàn)場無損鋼筋銹蝕度檢測中較先進的一種方法，通過測量鋼筋和混凝土表面之間的電位和電阻率，來評價腐蝕程度和保護層狀況，腐蝕程度由電勢的高低來判斷。電勢越高，腐蝕的可能性就越大；同時考慮電阻率的影響，電阻率低，表現(xiàn)為電勢高；電阻率高，表現(xiàn)為電勢低。

5　橋梁性能結構檢測

5.1橋梁靜載試驗

由于橋的設計荷載不明，根據(jù)使用要求，期望承載能力達到汽車-20級、掛車-100，并能通行經(jīng)常使用的特種車輛荷載。為此首先要計算經(jīng)常使用的特種車輛荷載、汽-20級和掛-100車輛產(chǎn)生的荷載效應，其中最大的荷載效應確定為該橋的控制荷載，將該控制荷載作為“期望承載能力”。橋能否達到“期望承載能力”，則需要通過與“期望承載能力”相近的試驗荷載作用在各跨中截面進行檢驗。

為了達到理想的試驗效果和檢測數(shù)據(jù)的可信度，一般要求加載試驗所用試驗荷載根據(jù)設計標準荷載的最不利效應值進行等效換算，等效換算的原則為使所用的靜力試驗荷載的效率ηq滿足：

式中：ηq—靜力試驗荷載效率；一般要求在0.85～1.05范圍內(nèi)。

Sstate—試驗荷載作用下控制截面內(nèi)力計算值；

S—控制荷載作用下控制截面最不利內(nèi)力計算值（不計沖擊）；

（1+μ）—按規(guī)范取用的沖擊系數(shù)。

各級試驗荷載下空心板梁跨中彎矩及相應荷載等級表

各級荷載下應變測試結果表

圖1　某立柱在試驗荷載下時間—沉降曲線

圖2　應變（應力）時程曲線（單位：με）

圖3　撓度時程曲線（單位：mm）

對于橋墩基礎承載能力測試則首先計算汽-20荷載在某一號墩蓋梁某一號立柱上產(chǎn)生的最大反力（含沖擊，包含人群荷載），將此荷載用加載車輛進行等效，逐級加載，用精密水準儀依次讀數(shù)，并及時繪制時間-沉降曲線。（如圖1）

由以上檢測結果發(fā)現(xiàn)各應變片隨著荷載增加應變增加趨勢基本一致，表明隨著荷載的逐級增大，承受荷載較大的梁并沒有發(fā)生開裂，而且達到汽車-20級承載能力。在荷載作用下，立柱最大沉降1.02mm，卸載后剩余沉降為0.12mm，其相對殘余變形小于《公路舊橋承載能力鑒定方法（試行）》所規(guī)定的20%容許值，表明基礎承載能力達到汽-20級載重等級。

5.2橋梁動載試驗

由于橋梁結構在移動車輛、地震等動力荷載作用下會產(chǎn)生復雜的振動問題，僅靠理論分析還不能滿足工程應用的需要，故橋梁動載試驗就成為解決該問題必不可少的手段。橋梁動載試驗通常檢測結構的動力響應，主要包括振動和沖擊。動載試驗時，重車分別以5、10、15、20km/h勻速駛過橋面，記錄所有動載測點的動應變和動撓度時程信號，由此計算沖擊系數(shù)；自振頻率及阻尼比檢測采用脈動試驗連續(xù)記錄0.5小時的脈動時程信號，由此分析其自振頻率和阻尼比。如圖2、圖3梁板跨中在5km/h速度下的應變（應力）時程曲線和撓度時程曲線。

6　結論

通過對本橋技術狀況檢測，按照《城市橋梁養(yǎng)護技術規(guī)范》（CJJ 99-2003）中技術狀況評定，該橋技術狀況為B類橋；根據(jù)動靜載試驗結果，判定本橋的承載能力滿足汽車-20級、掛車-100荷載要求，亦能滿足需要通行的特殊車輛的要求，但需對存在的病害進行維修。建議對露筋位置進行除銹，清理干凈后用修補砂漿修補，梁板表面涂刷滲透結晶型漿料，提高構件的抗碳化能力；對于橋多數(shù)梁板在端部1～2m內(nèi)產(chǎn)生的裂縫，建議表面刷滲透結晶型漿料，封閉裂縫，提高耐久性；由于橋面鋪裝凹凸不平，建議用鋼筋鋼纖維混凝土重建橋面鋪裝，修復梁間橫向聯(lián)系，對橋頭接坡進行平順處理。

［1］商峻.鋼筋混凝土橋梁檢測與損傷評價［J］.科技與企業(yè)，2012，7

［2］牛世久.鋼筋混凝土橋梁耐久性病害特殊檢測技術分析.山西建筑.2007年15期

［3］《城市橋梁技術狀況鑒定準則（試行）》（SZ-19-2002）

秦立朝（1978-），男，河北省石家莊人，民族：漢，學位：本科，單位：湖南高速鐵路職業(yè)技術學院鐵道工程系，職稱：副教授，研究方向：土木工程。