李超群

（上海同濟(jì)檢測(cè)技術(shù)有限公司，上海市 200092）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷提升，我國(guó)交通流量也快速增大。橋梁作為交通工程的重要組成部分，其安全問(wèn)題受到了極大的重視。據(jù)交通運(yùn)輸部統(tǒng)計(jì)，截至2016年年底，我國(guó)共有公路橋梁80.53萬(wàn)座，中國(guó)的橋梁事業(yè)也已融入了世界橋梁事業(yè)的整體發(fā)展格局。與此同時(shí)，一些橋梁也逐步進(jìn)入養(yǎng)護(hù)階段，目前，我國(guó)接近40%的橋梁已進(jìn)入老化期[1]。近年來(lái)，我國(guó)橋梁事故頻發(fā)，造成傷亡慘重，這些事故并不僅僅由于橋梁老化或者外界因素影響而發(fā)生，也有部分是由于安全檢測(cè)手段的不足而產(chǎn)生的。因此，橋梁的安全管理受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。為確保城市橋梁在運(yùn)營(yíng)階段的安全，需要對(duì)橋梁進(jìn)行技術(shù)狀況檢測(cè)。

本文以一個(gè)城市跨線(xiàn)橋?yàn)槔?，從橋梁缺損狀況、梁端斜裂縫狀態(tài)、橋面相對(duì)標(biāo)高、墩柱豎直度、橋下凈空、橋梁材質(zhì)、橋梁結(jié)構(gòu)自振特性、鉸縫損傷，以及荷載各個(gè)方面進(jìn)行檢測(cè)分析[2]，使用內(nèi)窺鏡法和超聲層析成像法著重對(duì)此跨線(xiàn)橋存在的斜截面裂縫狀況檢測(cè)，并對(duì)其進(jìn)行鉸縫損傷專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)，提升了檢測(cè)的可靠性，為存在類(lèi)似狀況的城市橋梁提供處理經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

該工程跨線(xiàn)橋修建于1998年。設(shè)計(jì)車(chē)輛荷載等級(jí)為汽車(chē)-20級(jí)，掛車(chē)-100。橋梁為18跨預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板梁橋，跨徑組成為5×22 m+（17.5+30+30+17.5）m+4×22 m+（2×22+25+2×22）m。各跨度空心板梁信息見(jiàn)表1所列。

表1 各跨度空心板梁信息統(tǒng)計(jì)表

橋面總寬為18.0 m，橋?qū)挷贾脼椋?.25 m欄桿+1.75 m人行道+14.0 m車(chē)行道+1.75 m人行道+0.25 m欄桿。橋面鋪裝采用8 cm厚鋼筋混凝土墊層+5.5 cm厚瀝青混凝土面層。

全橋空心板梁梁端底面均采用板式橡膠支座，下部結(jié)構(gòu)采用雙排樁輕型橋臺(tái)，樁柱式橋墩。橋臺(tái)基礎(chǔ)為8根直徑0.6 m的PHC樁。墩身除部分橋墩為2根直徑1.5 m圓形立柱外，其余橋墩墩身為2根1.2 m×1.0 m的矩形立柱，采用8根直徑0.6 m的PHC樁。其30 m跨板梁設(shè)計(jì)混凝土標(biāo)號(hào)為50號(hào)，剩余各跨板梁混凝土標(biāo)號(hào)均為40號(hào)。橋墩蓋梁和橋臺(tái)臺(tái)帽混凝土標(biāo)號(hào)為40號(hào)和25號(hào)。

圖1為該橋側(cè)面之實(shí)景。

圖1 橋梁側(cè)面之實(shí)景

通過(guò)橋梁定期檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該橋存在諸多嚴(yán)重結(jié)構(gòu)性病害，其中4片預(yù)應(yīng)力梁底板存在橫向受力裂縫，部分空心板梁端部側(cè)面存在斜向裂縫。這些病害已嚴(yán)重影響橋梁的承載能力和運(yùn)營(yíng)安全。為進(jìn)一步確定橋梁的病害分布情況，以及橋梁病害對(duì)橋梁承載能力的影響，并為維修加固提供依據(jù)，故對(duì)該橋梁進(jìn)行技術(shù)狀況檢測(cè)與荷載試驗(yàn)。

2 檢測(cè)方案設(shè)計(jì)

2.1 檢測(cè)目的

（1）通過(guò)對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)及橋面系等部件的缺損狀況檢查，查明缺損和病害的部位、性質(zhì)、嚴(yán)重程度，分析缺損和病害產(chǎn)生的主要原因。

（2）通過(guò)對(duì)橋梁橋面相對(duì)標(biāo)高的測(cè)量，確定橋梁橋面線(xiàn)形是否平順；檢測(cè)墩柱豎直度，確定墩柱是否傾斜。

（3）為了解空心板梁的損壞程度，對(duì)空心板梁間鉸縫進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)。

（4）對(duì)橋梁進(jìn)行靜荷載試驗(yàn)，并對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)的主要控制截面進(jìn)行承載能力檢算，確定橋梁的承載能力。

2.2 檢測(cè)內(nèi)容

檢測(cè)、試驗(yàn)和檢算內(nèi)容如下：橋梁缺損狀況檢查（包括上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、橋面系及附屬設(shè)施等）；梁端斜截面裂縫專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)；橋面相對(duì)標(biāo)高測(cè)量；墩柱直度檢測(cè)；橋梁凈空測(cè)量；橋梁材質(zhì)狀況檢測(cè)；橋梁自振特性測(cè)試；橋梁鉸縫專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)；橋梁技術(shù)狀況評(píng)定；橋梁檢算；橋梁靜載試驗(yàn)；橋梁承載能力評(píng)定。

3 橋梁檢測(cè)結(jié)果

3.1 橋梁缺損狀況檢查與材質(zhì)狀況檢測(cè)

3.1.1 橋梁缺損狀況檢查

以目檢為主，對(duì)橋梁進(jìn)行全方位觀(guān)測(cè)。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，此跨線(xiàn)橋存在鋼筋銹脹、滲水、裂縫、橋面破損嚴(yán)重等問(wèn)題。

3.1.2 橋梁材質(zhì)狀況檢測(cè)

對(duì)橋梁材質(zhì)狀況檢測(cè)包含了混凝土強(qiáng)度抽檢、鋼筋銹蝕狀況抽檢、鋼筋保護(hù)層厚度抽檢、鋼筋銹蝕點(diǎn)位檢測(cè)。

經(jīng)檢測(cè)獲得如下結(jié)論，見(jiàn)表2所列。

表2 橋梁材質(zhì)狀況情況統(tǒng)計(jì)表

3.2 梁端斜截面裂縫專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)

斜裂縫檢測(cè)作為該項(xiàng)目重要環(huán)節(jié)，采用內(nèi)窺鏡法與超聲層析成像法相結(jié)合的檢測(cè)方法。

3.2.1 檢測(cè)原理

3.2.1.1 內(nèi)窺鏡法檢測(cè)原理

內(nèi)窺鏡可用于人眼無(wú)法直接觀(guān)察等場(chǎng)所的觀(guān)測(cè)，可在不拆卸或破壞組裝及設(shè)備停止運(yùn)行的情況下實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)。

3.2.1.2 超聲層析成像法檢測(cè)原理

超聲層析成像是指在不損傷檢測(cè)“對(duì)象”內(nèi)部結(jié)構(gòu)的條件下，利用超聲源，從其外部用檢測(cè)設(shè)備獲得的投影數(shù)據(jù)，選用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型和重建成像技術(shù)，反演出其內(nèi)部位置的某物理量，并生成二維或三維圖像以重現(xiàn)其內(nèi)部特征。

3.2.2 檢測(cè)方案

3.2.2.1 檢測(cè)方法

首先采用內(nèi)窺鏡法進(jìn)行普查，發(fā)現(xiàn)裂縫等病害后以照片形式存儲(chǔ)，同時(shí)附加鋼尺輔助定位，以便于對(duì)裂縫的走向、規(guī)模及空間狀態(tài)進(jìn)行描述。對(duì)于有疑問(wèn)的病害位置，采用超聲掃描成像法進(jìn)行復(fù)測(cè)及定位。

3.2.2.2 測(cè)區(qū)布置

依據(jù)板梁應(yīng)力應(yīng)變特征，梁體裂縫等病害一般最早呈現(xiàn)在梁端，因此其箱梁病害檢測(cè)以梁端2.0～2.7 m為主要檢測(cè)區(qū)域。梁端每0.1 m布置一條測(cè)線(xiàn)，沿垂直方向依次觀(guān)測(cè)板梁兩側(cè)面裂縫分布情況。

3.2.3 檢測(cè)結(jié)果

該項(xiàng)檢測(cè)對(duì)該橋梁18孔共計(jì)300片預(yù)制板梁梁端斜裂縫進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)梁端截面裂縫檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3所列。

表3 板梁斜裂縫存在情況統(tǒng)計(jì)表

3.3 橋面相對(duì)標(biāo)高及墩柱直度檢測(cè)

3.3.1 橋面相對(duì)標(biāo)高檢測(cè)

圖3為橋面線(xiàn)形曲線(xiàn)圖。

圖3 橋面線(xiàn)形曲線(xiàn)圖

在標(biāo)高測(cè)點(diǎn)處做好標(biāo)記，采用閉合水準(zhǔn)路線(xiàn)進(jìn)行測(cè)量。據(jù)圖3可知，橋面曲線(xiàn)整體平順。經(jīng)計(jì)算橋梁正交段橋面平均橫坡1.7%。

3.3.2 墩柱直度檢測(cè)

采用垂球測(cè)量墩柱在全高范圍內(nèi)的豎直度。根據(jù)橋梁墩柱豎直度的測(cè)量結(jié)果，和相關(guān)規(guī)定可知，共有四個(gè)墩柱超限。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)檢查看，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)墩柱在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中發(fā)生傾斜的其他跡象。

3.4 鉸縫損傷專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)

該跨線(xiàn)橋目前上部結(jié)構(gòu)板梁間鉸縫在長(zhǎng)期荷載作用下，出現(xiàn)了嚴(yán)重的病害，表現(xiàn)在橋下滲水嚴(yán)重、橋面鋪裝層縱向裂縫及破損。為了解空心板梁的損壞程度，該項(xiàng)檢測(cè)對(duì)空心板梁間鉸縫進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)。

3.4.1 測(cè)量方法與儀器

該項(xiàng)檢測(cè)通過(guò)測(cè)量鉸縫跨中兩側(cè)板梁的位移，得到鉸縫跨中兩側(cè)的板梁的相對(duì)位移。相對(duì)位移大時(shí)，鉸縫損壞程度較大；鉸縫相對(duì)位移小時(shí)，鉸縫損壞程度小。引入無(wú)量綱參數(shù)α[3]，可得公式（1）：

式中：Δ為實(shí)測(cè)相對(duì)位移，m；L為跨徑，m；10 000為系數(shù)。

當(dāng)α＜0.14時(shí)，認(rèn)為鉸縫完好，當(dāng)0.14≤α≤0.57時(shí)，認(rèn)為鉸縫損壞。當(dāng)α＞0.57時(shí)認(rèn)為鉸縫已破壞。

鉸縫的兩側(cè)梁體的豎向位移采用多點(diǎn)動(dòng)態(tài)位移檢測(cè)系統(tǒng)BJQN-V進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量鉸縫在20～30 min內(nèi)在社會(huì)車(chē)輛通行狀態(tài)下的動(dòng)撓度。

3.4.2 檢測(cè)結(jié)果

該項(xiàng)檢測(cè)測(cè)量了4孔共24條鉸縫動(dòng)撓度差。由檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)鉸縫處無(wú)滲水、橋面無(wú)縱向裂縫時(shí)，鉸縫狀態(tài)完好。當(dāng)鉸縫處滲水，或橋面有縱向裂縫，或橋面有破碎帶時(shí)，鉸縫受到損傷，狀態(tài)處于損壞或破壞狀態(tài)（見(jiàn)表4）。

表4 鉸縫損失程度情況統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)鉸縫專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果分析和外觀(guān)檢查結(jié)果進(jìn)行分類(lèi)，橋梁鉸縫受到損傷的總數(shù)為129條，占總數(shù)282條的46%。

3.5 橋梁結(jié)構(gòu)自振測(cè)試及荷載試驗(yàn)

3.5.1 橋梁結(jié)構(gòu)自振特性測(cè)試

橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性是指橋梁結(jié)構(gòu)各階振動(dòng)頻率和振型。對(duì)該橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行自振特性測(cè)試目的是用測(cè)試結(jié)果來(lái)校驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，確定自振特性評(píng)定標(biāo)度。

以其中一個(gè)孔為例（見(jiàn)表5）。據(jù)表5所列，可以看出，此孔第1階豎向振型為對(duì)稱(chēng)彎曲，自振頻率為4.7 4 Hz，評(píng)定標(biāo)度為1。

表5 橋梁豎向振動(dòng)參數(shù)及評(píng)定統(tǒng)計(jì)表

3.5.2 荷載試驗(yàn)

通過(guò)靜載試驗(yàn)對(duì)橋梁施加靜力荷載作用，測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，據(jù)此進(jìn)行承載能力評(píng)定[4]。試驗(yàn)分別進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試、位移測(cè)試和裂縫寬監(jiān)測(cè)[5]。

據(jù)檢測(cè)結(jié)果顯示，抽檢孔橋在試驗(yàn)荷載作用下具有較好的彈性回復(fù)能力[6]，但部分斜裂縫為受力裂縫，斜截面強(qiáng)度已經(jīng)不能滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)荷載要求。

4 檢測(cè)結(jié)論與建議

根據(jù)橋梁技術(shù)狀況檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合相關(guān)規(guī)范[7]，可認(rèn)為該橋技術(shù)狀況為D級(jí)（不合格狀態(tài)）。

通過(guò)該項(xiàng)檢測(cè)，對(duì)該跨線(xiàn)橋可提出以下處理建議：

（1）橋梁原設(shè)計(jì)荷載已經(jīng)不能滿(mǎn)足目前實(shí)際通行的車(chē)輛數(shù)量、載重的要求，建議橋梁大修時(shí)，更換橋梁上部結(jié)構(gòu)板梁，提高橋梁荷載等級(jí)，以滿(mǎn)足目前車(chē)輛通行的要求。

（2）對(duì)橋梁墩臺(tái)鋼筋銹脹處進(jìn)行除銹，并修復(fù)保護(hù)層。

（3）對(duì)混凝土剝落的墩柱和蓋梁，建議鑿除表層混凝土，然后植筋，外包混凝土進(jìn)行加固。

（4）維修加固完成后對(duì)橋梁進(jìn)行限載，并加強(qiáng)橋梁的日常巡查與養(yǎng)護(hù)。

5 結(jié)語(yǔ)

從近年來(lái)發(fā)生的各種橋梁事故中，人們應(yīng)當(dāng)吸取教訓(xùn)，意識(shí)到城市橋梁的安全問(wèn)題需要被極度重視。保證橋梁的安全，既需要施工人員的建設(shè)，也需要運(yùn)營(yíng)管理階段的精心維護(hù)，通過(guò)技術(shù)狀況檢測(cè)，可以及時(shí)對(duì)橋梁進(jìn)行合理的維護(hù)，也能夠有效地降低事故發(fā)生的概率。

本文通過(guò)對(duì)某跨線(xiàn)橋的安全檢測(cè)和荷載實(shí)驗(yàn)，從橋梁缺損狀況、梁端斜裂縫狀態(tài)、橋面相對(duì)標(biāo)高、墩柱直度、橋下凈空、橋梁材質(zhì)、橋梁結(jié)構(gòu)自振特性、鉸縫損傷，以及荷載各個(gè)方面進(jìn)行檢測(cè)分析，較為系統(tǒng)地闡述了該跨線(xiàn)橋在技術(shù)狀況檢測(cè)階段的工作方案，并著重介紹了對(duì)梁端斜截面裂縫專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)，以及鉸縫損傷專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)得出結(jié)論并給出處理建議，為類(lèi)似工程提供經(jīng)驗(yàn)和參考。

[1]劉印.橋梁安全管理的分析[J].湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，9（4）：7-9.

[2]JGJ/T 152-2008，城市橋梁檢測(cè)與評(píng)定技術(shù)規(guī)范[S].

[3]錢(qián)寅泉.基于相對(duì)位移法的鉸縫破損程度檢測(cè)[J].公路交通科技，2012，29（7）：76-81.

[4]JTG/T J21-2011，公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程[S].

[5]郝寶永.城市橋梁裂縫成因分析及防治研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2015.

[6]JGJ/T 23-2011，回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程 [S].

[7]CJJ99-2003，城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范 [S].