跨海桥梁海中混凝土桥墩检测技术.pdf

总第 7期 跨海桥梁海中混凝土桥墩检测技术 跨海桥 梁海 中混凝土桥墩检 测技术 孙连峰 ( 中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司， 湖北 武汉 4 3 0 0 3 4 ) 摘要：目前我国大部分跨海桥梁的桥墩均出现了严 重病害， 为了解海中桥墩病害的情况及产生原因， 结合厦门 大桥检测项目， 介绍海洋环境下桥墩的检测方法 ， 通过外观 检查确定缺陷情况， 并结合无损检测来排除和确定病害产生 的原因， 最后根据规范对下部结构进行技术状况评定。结果 表明： 对于建成时间较早的跨海桥梁， 鉴于当时条件， 采用的 均为普通钢筋， 在海水不利环境下， 混凝土桥墩因氯离子侵 入造成钢筋锈蚀、 混凝土剥落、 钢筋外露 ， 严重影响桥墩安全 性及耐久性， 因此跨海桥梁海中桥墩后期维修的重点是防止 氯离子侵蚀 ， 同时也需注意潮汐涨落对基础的冲刷作用。 关键词： 跨海桥梁； 混凝土结构； 桥墩； 检测； 分析； 评估 1 引 言 近 2 0年以来 ， 随着我 国交通事业 的迅速发展 ， 越来越多的跨海桥梁 已建成通车或在建 ， 例如东海 大桥 、 广西铁 山港大桥、 杭州湾跨海大桥等 。混凝土 是 目前跨海桥梁工程建设 的主导材料 ， 由于跨海桥 梁处于海洋环境 中， 受 到氯离子侵蚀、 干湿作用、 海 浪冲击等复杂作用 的影响 ， 混凝土结 构耐久性失效 更加明显 。在许多国家大量海中混凝土结构都出现 了病害， 情况严重的发展到危及桥梁的安全运营和 正常使用寿命 。 根据英国运输部门 1 9 8 9年的报告 ： 英格兰和威 尔士有 7 5 的钢筋混凝土桥梁受到氯离子侵蚀 ， 维 护费用是原造价的 2 倍 ， 为解决海洋环境下钢筋混凝 土结构锈蚀与防护问题 ， 每年花费近 2 O 亿英镑 。 日本大约有 2 1 4 的钢筋混凝 土结构损伤是 由钢筋锈蚀 引起 的_ 2 ， 著 名 的新 干线 使用 不到 1 O 年 ， 就出现大面积混凝 土开裂 、 剥落等现象r 3 。 我 国台湾重修澎湖大桥 ， 也是氯盐腐蚀钢筋造 成的 。在我国大陆 ， 也 日益暴露出因耐久性不足引 起的混凝土结构破坏， 交通部等有关单位分别于 1 9 6 3年、 1 9 6 5 年 、 1 9 8 0年 、 1 9 9 6年针对我 国沿海港 口工程混凝土结构破坏状况组织过 4次调查 ， 调查 结果指 出： 8 0 以上都发生 了严重或较严重 的钢筋 锈蚀破坏 ， 出现锈 蚀破 坏 的 时间有 的仅 为 5 1 0 年 。 由此可见 ， 对跨海桥梁海 中桥墩检测评估 问题 的研究 ， 对我国既有跨海桥梁结构的安全性和经济 性具有非常重要 的意义。近年来 ， 道路建设 和维护 部门在桥梁的维修 、 加 固以及承载能力提升等方面 做的工作在逐年增加。正确检测既有跨海桥梁的现 状 ， 给出桥梁现在以及以后一段时间内的工作性能 ， 有利于交通建设决策部 门对桥梁的维护工作做出经 济合理、 切实有效的决策。 本文结合厦 门大桥全面检测项 目， 针对海 中桥 墩所处的恶劣环境 ， 对海 中桥墩的检测技术做 了简 要的总结 ， 并对病害原因进行分析， 为海中桥墩的预 防性养护提供依据 。 2 工程概况 厦门大桥全 长 6 6 9 5 O l m， 其 中跨 海主桥 长 2 0 7 0 7 0 m， 分左、 右两幅， 双向 4车道 ， 单幅行车道 宽 9 5 0 m， 每幅外侧有人行道 ， 宽 1 5 0 m。主桥共 4 6 跨 ， 上部结构采 用 4 5 m等跨等截面预应力混凝 土连续箱梁 ， 共分 5联 ， 跨径 布置为 ( 高崎 向集美方 向) ( 8 4 5 +8 4 5 +1 2 4 5 +1 0 4 5 +8 4 5 )m。 下部结构采用钢筋混凝土空心矩形墩、 钻孔灌注桩 、 明挖扩大基础 、 盆式橡胶支座 、 毛勒伸缩缝。设计标 准为 I级公路 。大桥实景见图 1 。 收稿 日期 ： 2 0 1 1 一i i -0 1 作者 简介 ： 孙连峰 ( 1 9 8 1 一) ， 男 ， 工程师 ， 2 0 0 4年毕 业于西南交通大学 土木工程专业 ， 工学学 。 图 I 厦 门大桥 实景 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 桥梁检测与加固 2 0 1 1年第 2期 为方便说明位置， 以靠近厦门市高崎村方向的 桥墩开始 ， 依次编号为 1 4 7号墩 ， 横隔板依次编号 为 1 4 7号 ； 桥跨组合从厦门侧开始 ， 依次编号为第 1 第 5 联 ； 进厦 门岛方 向为左幅 ( B幅) ， 出厦 门岛 方 向为右幅( A幅) ； 两幅桥人行道侧为外侧 ， 中间分 隔带为内侧 。 3 海中混凝土桥墩检测技术及评判 厦门大桥 1 9 9 1年正式通车 ， 下部结构为钢筋混 凝土空心矩形墩 ， 桥墩检测主要 内容为 ： 桥墩表观损 伤检查( 混凝土有无剥落、 破损、 开裂、 钢筋外露及锈 蚀等病害情况) ， 混凝土强度， 碳化深度， 混凝土保护 层厚度 ， 钢筋锈蚀 电位 ， 氯离子含量检测 ， 墩 台及基 础水下探摸。篇幅有 限， 仅列 出部分检测 内容及结 果 引。 ( 1 )表观损伤检查。表观损伤检查 以 目测结合 仪器测量 ， 辅助 以小型工具如卷尺、 油漆 、 钢板尺 、 游 标卡尺、 记号笔、 放大镜 、 军用望远镜 、 裂缝测宽仪、 裂缝测深仪等进行。厦门大桥主桥墩身病害类似， 以 A幅下部结构 3号墩为例 ， 病害如图 2所示。墩 身存在较多裂缝 ， 且部分裂缝宽度超过 公路养护技 术规范 ( J TG Hl l 一2 0 0 4 ) 中规定 的允许最大缝宽 0 3 0 mm， 裂缝主要集 中在墩身浪溅区， 且在边角处 最 多 。 破 内侧 高崎侧 外侧 集美侧 图 2跨海主桥 A幅 3号墩墩身缺陷分布 ( 2 )混凝 土强度。因桥梁建成时 问较早 ， 混凝 土龄期较长， 故采用超声一回弹综合法测试墩身的 抗压强度 ， 根据 超声 回弹综合法检测混凝土强度技 术规程 ( C E C S 0 2 ： 2 0 0 5 ) 规定计算混凝土强度换算 值 。厦门大桥主桥 墩身抗 压强度推定值为 3 O 1 3 5 5 MP a ， 达到墩身设计强度等级 3 0 0 号要求。 ( 3 )碳化深度 。碳化深度用游标 卡尺和 1 酚 酞酒精溶液测量 。在 回弹值测 定的测 区内， 先凿掉 一 小块混凝土 ， 清除干净后 ， 利用浓度为 1 的酚酞 酒精溶液滴在凿 除部位 的边缘 。稍停 片刻后 ， 利用 游标卡尺测量未变色深度 。碳化后使混凝土的碱度 降低， 当碳化深度超过混凝土的保护层厚度时， 在水 与空气存在 的条件下 ， 就会使混凝土失去对钢筋的 保护作用 ， 钢筋开始生锈。厦 门大桥主桥墩身碳化 深度为 3 8 8 7 mm， 未超过保 护层 厚度。另外 ， 该桥碳化深度较 同样龄期 的一般桥梁小 ， 主要原 因 是环境相对湿度较大 ， 混凝土的碳化速度降低 。 ( 4 )保护层厚度。混凝土保护层厚度采用钢筋 探测仪测量。厦门大桥主桥墩身实测混凝土保护层 厚度平均值主筋为 6 3 1 6 7 4 mm， 箍筋为 5 5 4 6 3 9 m m， 跨海主桥属于级环境条件， 公路钢筋 混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 ( J T G D 6 2 2 0 0 4 ) 中规定 ， 在级环境条件下 ， 主梁主筋 的保护 层厚度不小 于 4 5 mm， 箍筋保 护层厚 度不小 于 3 0 mm， 墩身钢筋保护层厚度满足规范要求 。 ( 5 )钢筋锈蚀 电位 。钢筋锈蚀 电位采用钢筋锈 蚀检测仪测量 ， 其原理为电化学反应半 电池 电势原 理( h a l f - c e l 1 ) ， 钢筋锈蚀 电位与钢筋锈蚀状况判别见 表 1 。厦门大桥主桥锈蚀 电位低于 一4 0 0 mV 的测 点有 2 0 个 ， 约 占总测 点数 的 2 3 8 ( 肯定锈 蚀 ， 锈 蚀严重) ； 处于 4 0 0 3 0 0 mV 的测 点有 3 4个 ， 约占总 测 点 数 的 4 0 5 ( 发 生 锈 蚀 的概 率 大 于 9 O ， 全面锈蚀) ； 处于 一3 0 0 2 0 0 mV 的测 点有 2 7个 ， 约 占总测点数 的 3 2 1 ( 锈蚀状态不 明确 ， 可 能有坑蚀) 。根据上述检测结果 ， 可判定桥墩墩身混 凝土结构 中的主要 钢筋处 于锈蚀状态 ， 且部分 区域 锈蚀严重 ， 由测试数据可以看出 ， 墩身边角处电位的 绝对值最高 ， 基本低于-4 0 0 mV， 肯定发生锈蚀 ， 且 锈蚀严重 。 表 1 钢筋锈蚀 电位与钢筋锈蚀状况判别 序号钢筋锈蚀 电位 mV 钢筋锈蚀状况判别 ( 6 )氯离子含量。采用现场按混凝土不 同深度 取样 ， 通过对样品进行化学分析的方法测定 ， 根据测 定结果分析氯离子在混凝土 中随深度 的分 布， 评判 其对钢筋 锈蚀 的影 响程度。厦 门大 桥主桥 B幅 3 号墩潮汐区墩身 o 4 c m深度下氯离子含量平均值 为 0 3 1 ， 4 7 c m 深度下 氯离 子含 量平 均值 为 0 2 7 。该桥处于潮汐区和炎热地区， 根据 混凝土 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 桥梁检测与加固 2 0 1 1 年第 2 期 行过程受力分析。安装顶推及测试设备 ， 关闭交通 ， 选择适 当温度 ， 在控制下进行。螺帽松动时 ， 清洗鞍 座局部及松动的连接 副构件 ， 按计算扭矩将螺栓复 拧到位 ， 并恢复局部涂装 。对 断裂螺栓用 同样工艺 更换新螺栓。鞍座如图 5 所示 。 ( 上接 第 3页) 图 5 鞍座 另外 ， 根据 公 路桥梁养护规 范 ( J T G Hl l 一 2 0 0 4 ) 中评定方法对厦门大桥 主桥下部结构进行评 定 。根据外观缺陷、 对墩柱耐久性检测、 河床冲刷状 况 ， 以及根据缺损程度( 大小 、 多少、 轻重) 、 缺损对结 构使用功能的影 响程度 ( 无 、 小 、 大) 和缺损发展变化 状况( 趋向稳定 、 发展缓慢 、 发展较； 陕) 等 ， 以累加评 分方法对各部件状况做 出等级评定。评定结果为 ： 该桥下部结构缺损程度为轻度 ， 标度为 1 ； 缺损对结 构使用功能的影 响程度为大、 重要 ， 标 度为 2 ； 缺损 发展状况的修正为发展较快 ， 标度为 1 ； 以上 3项 的 累加 评 分 为 4 ， 桥 墩 的技 术 状 况 为 四类 ， 状 况 为 “ = r o 5结语 我国建设 的跨海桥梁越来越多 ， 大量海 中混凝 土结构均 出现了病害 ， 应尽快制定相关检测技术规 范。对于海洋等恶劣环境 中的混凝土结构 ， 结构设 5结语 由于越南岘港顺福大桥设计 、 施工 、 运营以及结 构耐久性是在海洋性腐蚀环境下， 该桥的维修养护 ， 除按照一般桥梁结构 的普遍 内容和规律进行 外 ， 尚 需深入考虑钢箱梁 、 主缆与 吊索 、 鞍座 的养护维修 。 参考文献 ： 1 中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司越南 顺福桥施工监控报告 R 武汉 ： 2 0 1 0 E 2 J T G D 6 0 -2 0 0 4 ， 公路桥梁设计通用规范 s 1 3 周孟波悬索桥手册 M 北京： 人民交通 出版社 ， 2 00 3 计中对耐久性的考虑仍显不足， 应加强该方面的研 究与资料收集， 制定、 修订更合理的设计规范。在旧 桥检测方面 ， 应加强新技术的应 用 ， 如声发射、 磁分 子和磁漏等。 参考文献 ： 1 R K D h i r ， M R J o n e s R a p i d E s t i ma t i o n o f C h l o r i d e Di f f u s i o n C o n c r e t e J Ma g a z i n e o f C o n c r e t e R e s e a r c h， 1 9 9 0 ， 4 2 ( 1 5 2 ) ： 1 7 7 1 8 5 2 龚洛书， 柳春圃混凝土的耐久性及其防护修补 M 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 1 9 9 0 3 卢 木混凝土和钢筋混凝土的腐蚀及 防护方法 M 北京： 化学工业出版社， 1 9 8 4 4 四航局科研所华南沿海部分码头调查情况介绍 Z 北京 ： 工程科技论坛土建结构工程的安全性与耐 久性 ， 2 0 0 1 5 孙连峰， 江淦， 张若刚厦门大桥跨海主桥和集美立 交桥梁检测及加固设计报告 R 武汉 ： 中铁大桥局集 团武汉桥梁科学研究院有限公司， 2 0 0 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m