歐偉

（廣西壯族自治區(qū)建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

混凝土橋梁是現(xiàn)代建筑中的一種十分常見的基礎(chǔ)設(shè)施，由于長期經(jīng)受不同的氣候條件，外力作用，其自身不可避免地會產(chǎn)生一定的腐蝕損傷。具體地講，交通量尤其是重型汽車通行量在不斷增加，材料性能隨著時間在不斷衰退，多種物理化學(xué)因素在持續(xù)發(fā)揮作用，橋梁工程混凝土構(gòu)件不同程度的結(jié)構(gòu)病害持續(xù)形成并不斷加重[1]，導(dǎo)致橋梁使用功能和通行能力的降低，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致交通的中斷。本文分析橋梁工程常見結(jié)構(gòu)病害，提出病害檢測方法及處置措施。

1 橋梁工程常見結(jié)構(gòu)病害

1.1 蜂窩

造成蜂窩現(xiàn)象的原因可能是施工過程中的人為因素，也可能是結(jié)構(gòu)布局的不合理。在施工中出現(xiàn)的失誤主要有：在澆筑時的分層灌注，違反了有關(guān)的操作規(guī)定，沒有進(jìn)行正確的振搗，或在運(yùn)輸過程中發(fā)生離析，在支模時，因模板的間隙密封不好，導(dǎo)致水泥砂漿漏失等。橋梁的結(jié)構(gòu)不合理，體現(xiàn)在混凝土構(gòu)件配筋較多，混凝土的坍落度不符合要求，混凝土粗骨料的顆粒較大等方面。

1.2 麻面

橋梁在使用過程中出現(xiàn)麻面通常是由于在進(jìn)行結(jié)構(gòu)物的施工時，使用的模板表面不光滑，或者是因?yàn)槟０宓臐櫇裥圆蛔悖率菇Y(jié)構(gòu)物表面的混凝土失去水分，從而產(chǎn)生孔洞導(dǎo)致出現(xiàn)麻面。

1.3 空洞

混凝土的空洞現(xiàn)象是因?yàn)闃?gòu)件所配置的鋼筋密度太大，導(dǎo)致在施工過程中出現(xiàn)大量的混凝土被粘在一起，由于沒有進(jìn)行足夠的振搗就開始繼續(xù)澆筑上面的混凝土而導(dǎo)致空洞產(chǎn)生。另外，大量的混凝土滲漏也會導(dǎo)致孔隙的形成。

1.4 混凝土裂縫

混凝土的抗拉強(qiáng)度比其他材料低，容易出現(xiàn)裂縫，對于一般的鋼筋混凝土構(gòu)件來說，如果將其縫隙寬度控制在0.2～0.3mm之間，一般不會對其正常的、安全的使用及耐久性產(chǎn)生過大的影響。在工程實(shí)踐中，由于受各種因素的影響，裂縫產(chǎn)生的因素可能不止一種。如果沒有系統(tǒng)性的、透徹的剖析與處理，就很難明確其產(chǎn)生的原因，也就很難達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求。

1.5 鋼筋的腐蝕

鋼筋腐蝕與其自身因素和混凝土質(zhì)量有很大關(guān)系，其中，不同的晶格結(jié)構(gòu)、應(yīng)力水平和鈍化膜都會對鋼筋產(chǎn)生腐蝕。常見的腐蝕有電化學(xué)腐蝕、雜散電流腐蝕、應(yīng)力腐蝕和氫脆腐蝕等。

（1）電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕首先破壞混凝土的表面，導(dǎo)致鋼筋表面的鈍化膜破壞，從而導(dǎo)致鋼筋的腐蝕破壞。氯離子作為一種“腐蝕電池”和負(fù)效應(yīng)，其對混凝土結(jié)構(gòu)的損傷屬于化學(xué)損傷，且具有多個方面的損傷。

（2）雜散電流腐蝕。雜散電流腐蝕實(shí)質(zhì)上是一種通過直流電解產(chǎn)生的漏電流對鋼筋的腐蝕破壞，對鋼筋腐蝕的影響較小。

（3）應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕是指金屬材料在腐蝕性介質(zhì)和應(yīng)力共同作用下發(fā)生的脆性斷裂現(xiàn)象，其破壞程度與混凝土中的應(yīng)力、混凝土材質(zhì)、腐蝕介質(zhì)等因素有關(guān)。

（4）氫脆腐蝕。由于氫離子在水泥中與水泥石產(chǎn)生化學(xué)作用，在水泥石中產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，因而產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象。如：鋼筋承受太大的拉應(yīng)力，導(dǎo)致裂縫的快速擴(kuò)大，最后導(dǎo)致脆性破壞。

2 橋梁工程病害檢測

2.1 靜載試驗(yàn)

在靜載荷測試中，能夠獲得應(yīng)變應(yīng)力的實(shí)際值，通過與理論分析的結(jié)果對比，從而評價橋梁的工作狀態(tài)和安全性能。此外，憑借對各測試點(diǎn)得到的測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)允許的測試結(jié)果進(jìn)行比較，從而判斷該橋型是否滿足服役條件[2]。

（1）當(dāng)進(jìn)行靜載測試時，應(yīng)能真實(shí)反映出橋的承載量，但實(shí)際工作中，由于測試成本及測試條件的限制，測試時通常只能選擇具有典型意義的一個橋墩作為測試對象。所以測試時，應(yīng)該做到以下三點(diǎn)：一是根據(jù)測試結(jié)果，找到橋墩上最不利的受力部分；二是選取在工程建設(shè)過程中存在的一些質(zhì)量不高、缺陷多的橋梁來進(jìn)行測試；三是試驗(yàn)橋的跨度要滿足安裝腳手架等設(shè)備所需的要求，并且要滿足試驗(yàn)所需的荷載要求，以便設(shè)定試驗(yàn)點(diǎn)并進(jìn)行試驗(yàn)。

（2）根據(jù)墩身應(yīng)力的變化情況，確定具體的橋梁應(yīng)力截面，并根據(jù)其變化情況，選擇適當(dāng)?shù)膽?yīng)力截面。因此，對其進(jìn)行檢測是保證其正常運(yùn)行的重要手段。由《公路荷載試驗(yàn)規(guī)程》中所規(guī)定的一般橋型的計算方法，得出了表1所示的一般橋型截面位置計算方法。

表1 靜載試驗(yàn)計算截面位置

（3）試驗(yàn)荷載的計算根據(jù)橋梁的設(shè)計荷載而確定，試驗(yàn)荷載的起始點(diǎn)應(yīng)根據(jù)橋梁的受力情況而確定。從理論上講，測試負(fù)載的大小應(yīng)該等于加載試驗(yàn)的控制負(fù)載的大小，但由于受到多種原因的限制，在實(shí)踐中，測試負(fù)載的大小往往難以與所測的控制荷載達(dá)到完美的匹配，所以，在真實(shí)荷載的作用下，通常通過靜載荷測試中的有效系數(shù)來判斷，其計算公式如下：

式中：

ηq——靜力荷載試驗(yàn)有效系數(shù)；

sstat——試驗(yàn)加載下控制截面的變形或荷載的計算值；

s——控制截面的變形或者荷載的計算值；

s—ss沖擊系數(shù)。

（4）通過試驗(yàn)點(diǎn)實(shí)測資料和理論成果進(jìn)行比較，評價試驗(yàn)成果；將其在檢測斷面上的測試結(jié)果與設(shè)計規(guī)定的容許數(shù)值進(jìn)行對比，判斷其工作狀態(tài)，從而得出其能否達(dá)到當(dāng)前的受力需求[3]。從檢驗(yàn)系數(shù)和撓度的評估方面，評價試驗(yàn)成果。

1）校驗(yàn)系數(shù)是指在測試過程中所測量到的應(yīng)力或變形與理論計算得到的數(shù)值之比，常用的橋梁校驗(yàn)系數(shù)如表2所示。

表2 一般橋梁類型的校驗(yàn)系數(shù)

式中：

sc——荷載作用下檢測的變形或應(yīng)變值；

ss——在實(shí)際荷載作用下，橋梁校驗(yàn)系數(shù)取值。

2）撓度的評估：在進(jìn)行橋面靜載荷測試時，以該評估指數(shù)為基礎(chǔ)，用以評估橋面工作特性和承載力，該評估指數(shù)為：

f′——除去支座沉降等因素影響的橋梁跨中截面的最大撓度值；

l——梁的跨長。

2.2 動力荷載試驗(yàn)

通過對橋梁進(jìn)行動力荷載試驗(yàn)，能夠從整體上精確判斷橋梁整體剛度和運(yùn)營狀況，進(jìn)而判斷橋梁的使用年限，是橋梁設(shè)計中不可或缺的工作。橋梁動荷載試驗(yàn)是用某種激發(fā)的方法，引起結(jié)構(gòu)的振動，并測定其振型、沖擊系數(shù)、固有頻率、阻尼比和動力響應(yīng)等。但是，為了避免出現(xiàn)共振現(xiàn)象，在進(jìn)行動載試驗(yàn)時，必須將其初振頻率設(shè)定為不同于其本身構(gòu)造的自振頻率[4]。并對其動力性能、自振性能和受迫振動性能進(jìn)行研究。樁基的動態(tài)荷載測試應(yīng)包含下列四項(xiàng)內(nèi)容：

（1）跳車試驗(yàn)。通過對外加車輛荷載作用下的阻尼試驗(yàn)，得到橋面碰撞因子，并對其進(jìn)行振動特征分析。

（2）脈動試驗(yàn)。在不受外部影響的條件下，由風(fēng)力、地表微振等環(huán)境因子誘發(fā)，并對其進(jìn)行自振試驗(yàn)，從而獲得其自振頻率。

（3）跑車試驗(yàn)。在車輛運(yùn)行時，對車輛受到的強(qiáng)迫震動響應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)研究。

（4）剎車試驗(yàn)。當(dāng)汽車在橋梁上行駛時，由于汽車在橋梁上發(fā)生了一次應(yīng)急剎車，由此引發(fā)一次激振源，并對其進(jìn)行測試。該方法對橋梁在橫向活荷載作用下的表現(xiàn)進(jìn)行評估。

采用動態(tài)荷載實(shí)驗(yàn)方法，得到樁身應(yīng)力、位移和加速度等動態(tài)荷載實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在測試結(jié)束之后，一般需要對測試得到的振動數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析和研究其動力學(xué)特性。橋梁結(jié)構(gòu)的阻尼特性根據(jù)有關(guān)力學(xué)知識確定，通常采用對數(shù)衰減率和阻尼比來確定，見圖1所示。

圖1 自由衰減曲線

根據(jù)振動理論可得，結(jié)構(gòu)的對數(shù)衰減率如下式：

δ=ln(Ai/Ai+1)

式中：

Ai，Ai+1——兩個相鄰的振幅，其大小可以通過它們的衰變曲線來衡量。

在實(shí)際的分析中，通常只選擇一個波，求出其平均衰減率如下：

式中：

Ai，Ai+n——第i和i+n個波的振幅值。

沖擊系數(shù)是指在車輛穿越大橋時，對大橋所造成的垂直動態(tài)影響的增加因子。由動、靜荷載作用下的動態(tài)變形與靜態(tài)變形之比，可求出碰撞因子。圖2為沖擊系數(shù)的計算模型。

圖2 沖擊系數(shù)的計算模型

通過分析結(jié)構(gòu)的模態(tài)、碰撞系數(shù)、固有頻率、阻尼比和動態(tài)反應(yīng)等，可以從宏觀角度對結(jié)構(gòu)的剛度和安全運(yùn)營能力等進(jìn)行綜合分析，得到的有關(guān)數(shù)據(jù)可以作為對結(jié)構(gòu)進(jìn)行評定的基礎(chǔ)。

（1）將計算出的橋體頻率數(shù)與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷橋體的剛性；

（2）將實(shí)測數(shù)據(jù)和理論模型數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，如果實(shí)測數(shù)據(jù)較理論數(shù)據(jù)太大，則說明橋面平整程度極低，反之，則說明橋面平整程度極高；

（3）阻尼系數(shù)愈大，所需能量也愈多。而當(dāng)阻尼性能相差太大時，就會出現(xiàn)裂紋、支座損壞等情況。

3 橋梁工程結(jié)構(gòu)病害防治措施

3.1 完善養(yǎng)護(hù)管理模式

做好公路橋梁養(yǎng)護(hù)工作，收集完善的養(yǎng)護(hù)資料，將智能化養(yǎng)護(hù)管理的理念付諸實(shí)施，建立智能的高速公路養(yǎng)護(hù)管理體系，并對養(yǎng)護(hù)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析。根據(jù)橋梁項(xiàng)目的具體狀況，制定出一套嚴(yán)謹(jǐn)、有力的管理方法，以保證公路橋梁建設(shè)的品質(zhì)，促進(jìn)公路橋梁建設(shè)的順利進(jìn)行。通過建立健全公路橋梁建設(shè)的管理體制，建立健全公路橋梁建設(shè)和維護(hù)的質(zhì)量獎勵和懲罰制度，充分發(fā)揮公路橋梁建設(shè)和維護(hù)的作用。

3.2 提高道路橋梁監(jiān)測能力

要想更好地預(yù)防與治理橋梁施工中出現(xiàn)的各種問題，需要在施工過程中不斷地進(jìn)行監(jiān)控，提升監(jiān)控的能力，以便能夠在最短的時間內(nèi)找到問題并加以解決。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算、衛(wèi)星遙感技術(shù)等，利用位移動態(tài)監(jiān)測等多種監(jiān)測設(shè)備，將各種方法進(jìn)行整合，以全面感知、深度融合等方式，對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析、整理，為質(zhì)量管理、病害監(jiān)測等工作提供支撐和保障，從而可以全面提升橋梁的管理水平，創(chuàng)造出更大的效益和價值。

3.3 優(yōu)化養(yǎng)護(hù)施工技術(shù)

針對公路橋梁中出現(xiàn)的各種問題，進(jìn)行深入的調(diào)查和分析，并根據(jù)實(shí)測資料，制定完整的維修計劃。在橋墩部位進(jìn)行病害治理時，應(yīng)遵循適宜的原則，做好基本的養(yǎng)護(hù)工作。在深度小于5cm的情況下，應(yīng)該在維修箱的基礎(chǔ)上加強(qiáng)。對出現(xiàn)裂紋的橋梁，及時進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并通過修理、補(bǔ)強(qiáng)等方法來排除安全隱患[5]。對現(xiàn)行的維修方法，與其使用效果相結(jié)合，進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，從而使公路橋梁的維修水平得到全方位的提高，并將其排除在外。應(yīng)加強(qiáng)對公路和橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)的探索，開發(fā)出更多具有較高層次的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，以提升養(yǎng)護(hù)和管理水平。

4 結(jié)束語

混凝土橋梁由于長期經(jīng)受著風(fēng)雨、日曬和凍融等作用，不可避免地會產(chǎn)生一定的腐蝕損傷，其整體性能難以得到保障。通常，對于橋梁工程建設(shè)中常見的質(zhì)量問題，可采取動、靜荷載兩種試驗(yàn)方法進(jìn)行檢測。實(shí)踐證明，對于當(dāng)前的混凝土橋梁工程病害的防治，不僅要結(jié)合先進(jìn)技術(shù)，不斷完善養(yǎng)護(hù)管理模式，提高道路橋梁監(jiān)測能力，還要優(yōu)化養(yǎng)護(hù)施工技術(shù)。