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桥梁检测与加固技术应用

摘要: 本文经过对中国桥梁质量检测与加固发展趋势表明, 桥梁检测及加固重大意义。以后分别介绍检测和加固方法, 举一个实例来进行分析。
关键词: 桥梁检测 桥梁加固

1、 桥梁检测与加固发展及意义
伴随中国经济快速发展, 对于公路桥梁需求日益增加。在中国20世纪50、 60年代甚至70年代建设桥梁, 已经运行30—40年, 很多都已经超限服役, 病害和缺点累累, 极难适应该今经济发展。所以, 维修和加固旧桥便成为一个有待研究处理问题。
经过检验确定桥梁营运多年后各部位因为出现如裂缝、 错位、 沉降等缺点而引发损坏程度与实际承载能力损失, 为进行桥梁修复加固提供可靠依据; 能够评定部分关键大桥或特大桥梁, 在建成以后其设计与施工质量, 确定工程可靠度; 经过检测评价, 可验证采取新型结构桥梁理论实践性与可靠性, 方便对结构设计理论及结构形式加以改善, 使其更完善; 经过对维修加固桥梁进行完工检验可检验维修加固质量, 并验证加固方法合理性与可靠性;
总而言之, 桥梁检测是桥梁新型结构性能研究、 桥梁施工质量与结构承载能力评定关键手段。普及桥梁检测技术, 做检测工作并给出桥梁结构性能正确评价, 对于推进中国桥梁工程建设, 提升施工质量, 延长现役桥梁承载能力, 都含有十分关键意义。
2、 桥梁检测常见方法
桥梁检测是对桥梁结构直接测试一项科学试验工作。它包含常规检测和荷载试验, 其关键任务是经过有计划地对结构物加载后性能进行观察和对测量参数进行分析, 方便了解桥梁实际工作状态, 对结构物工作性能做出评价以及对桥梁结构承载能力和使用条件做出正确估量, 并为桥梁加固提供可靠数据依据。
桥梁检测方法有: 无破损检测法、 半破损检测法、 半破损与无破损综合使使用方法及荷载试验。其中前三项是对混凝土强度、 内部缺点等检测。通常来说, 混凝土梁无损检测包含完整性和强度检测两部分。荷载试验包含静力荷载试验和动力荷载试验。
桥梁常规检测
检测内容
早期检验
日常检验
具体检验
临时检验
设计资料
○

施工方法
○

施工质量
○

使用材料
○

混凝土强度

○或△
内部缺点
○

△

裂
缝
长度

○
△
○或△
宽度

○
△
○或△
深度

○
△
○或△
发展状态

○
○
○
起皮、 剥落

○
○
○
钢筋外露、 锈迹

○
○
○
钢筋锈蚀度及位置

△
△
保护层厚度

△
△
材料活性

△
△
残余膨胀量

△
△
碳化深度

△
△
氯离子含量

△
△
表面石灰质凝结物

○

○
漏水

○

○
变形

○
△
○或△
支座

○

○
异常响声

○

○

混凝土检测法分类及测定内容
种类
测定内容
说明

混凝土无破损检测方法
表面硬度法

压痕法
对混凝土表面进行撞击, 以测定凹痕深度、 直径、 面积等

已不大使用
回弹法
对混凝土表面进行打击, 测定其反弹硬度
利用得最多, 但正确性对应差些
超声脉冲法
超声脉冲法 冲击波法 表面波法
测定混凝土强度、 内部缺点, 测定混凝土厚度及振动弹性系数。
超声波法采取较多冲击波法和表面波法未被采取
综正当
超声法与回弹法

测定混凝土强度
能提升测试精度
超声法与声波衰减率法
正处于研究阶段
振动弹性系数与对数衰减率法
还未采取
射线法
X射线法
r射线法
r线辐射法

内部缺点探伤、 钢筋探测
因x射线和中子使用有限, 故还未实际使用
中子法
测定混凝土含水率
混凝土破损检测方法
钻（取）芯法

测定混凝土强度

有使用
拔出法
拔脱法
射击法
静力荷载试验是将静止荷载作用于桥梁上指定位置, 方便能够测试出结构静应变、 静位移以及裂缝等, 从而推断桥梁结构在荷载作用下工作状态和使用能力试验。
桥梁静载试验目是:
1）检验桥梁结构设计与施工质量;
2）验证桥梁结构设计理论和计算方法;
3）直接了解桥梁结构承载情况, 借以判定桥梁结构实际承载能力;
4）积累科学技术资料, 充实与发展桥梁计算理论和施工技术。
静载试验大致上分为三个阶段, 即: 桥梁结构考察和试验方案设计阶段; 加载试验与观察阶段; 测试结果分析与总结阶段等。
桥梁动力荷载试验是指采取动力荷载, 如行驶汽车荷载或其她动力荷载作用于桥梁结构上, 以测出结构动力特征, 如振动变形, 从而判定出桥梁结构动力荷载下受冲击和振动影响试验。
桥梁动力荷载试验目是:
1）测定动荷载动力特征, 即引结构产生振动作用力数值、 方向、 频率和作用规律等;
2）测定结构动力特征, 如结构自振频率, 阻尼特征及固有振型等;
3）测定结构在动荷载作用下强迫振动响应, 如振幅、 动应力、 冲击系数及疲惫性能等。
3、 桥梁加固目、 要求及方法
3.1桥梁加固目
伴随公路交通运输事业快速发展, 道路交通运输量和大吨位车辆在逐年增加, 由此造成现有桥梁“健康情况”逐年降低, 损坏速度加紧, 此时, 对现有桥梁进行合理而有效加固, 提升桥梁运行能力和承载标准含相关键意义, 则对应桥梁加固应做到:
(1)确保桥梁工程安全、 完整、 适用与耐久。
(2)提升现有桥梁运行能力与承载能力。
3.2桥梁加固具体要求为:
(1)桥梁结构因为结构失效或损伤经评定不满足结构安全或正常使用要求时, 必需进行加固。加固内容与范围应依据评定结论和委托方提出要求确定, 能够包含整座桥梁, 亦能够是指定区段或特定构件。
(2)加固后桥梁结构整体寿命应达成原设计桥梁寿命。
(3)加固设计与施工方法应紧密结合, 并采取有效方法确保新老结构连接可靠与协同工作。
(4)对于大桥、 特大桥, 关键承重构件需要加固补强时, 加固设计方案应不少于2个, 并对方案进行比选和经济评价。
(5)加固设计与施工应尽可能不损伤原结构, 并保留含有利用价值构件, 避免无须要拆除或更换。
(6)加固设计应进行承载力验算。
(7)加固施工中应尽可能降低对桥上下通行车辆与行人干扰, 同时减小对周围环境污染。
(8)加固施工过程中若发觉原结构或相关工程隐蔽部位结构存在严重缺点, 应立刻停止施工, 并与工程参与各方进行协商、 研究, 对其采取有效方法处理后方能继续施工。
(9)加固施工过程中应采取安全监测方法, 确保人员!结构安全。
3.3桥梁加固方法
关键分为桥梁结构表层加固方法、 桥梁上部结构加固方法、 桥梁下部结构加固方法
3.3.1桥梁结构表层加固方法
1、 结构表层常见加固方法:
（1）混凝土修补法
（2）水泥砂浆修补法: a水泥砂浆人工涂抹法 b喷浆修补法
（3）粘结剂修补法
2、 结构钢筋锈蚀加固方法:
桥梁结构钢筋锈蚀修补应首先凿除松脱、 剥离等已经损坏部分混凝土, 其次, 对钢筋作除锈处理, 并清除老混凝土上灰尘,然后, 对钢筋进行防锈处理, 涂环氧胶液等粘结剂, 最终, 立模、 配料浇筑或喷浆、 涂抹施工, 并对新喷涂或浇筑混凝土面进行表面处理。
3、 桥梁结构裂缝加固方法:
（1）表面封闭加固法
（2）压力灌浆加固法
（3）表面粘贴修补法
（4）打箍加固封闭法
3.3.2桥梁上部结构加固方法
1、 桥面板加固方法
2、 主梁加固方法
（1）增大梁截面和配筋加固法（2）粘贴碳纤维加固法（3）.体外预应力加固法（4）.改变结构受力体系法（5）增加辅助构件加固法
3.3.3桥梁下部结构加固方法
1.扩大基础加固法 2.增补桩基加固法 3.高压旋喷注浆加固法 4.顶推法调整拱桥拱脚水平位移加固法
4、 工程实例
4.1 工程概况
该桥梁全长251.5m, 桥梁中心桩号为0K+424.75, 桥面组合为净—7.0m+1m×2 人行道。桥梁上部结构为4 孔净跨径为52.5m、 净矢跨比f0/L0=1/8、 拱轴系数m0= 3.50 变截面悬链线双曲拱桥。主拱圈全宽9m, 由6 肋5 波外加2个悬半波组成。拱肋采取变高度矩形截面, 分为3 段预制, 采取湿接法进行连接, 横向由13道横系梁连接成整体。拱波为混凝土预制圆弧形构件, 矢跨比为1/3。主拱上共设6个腹拱, 腹拱墩和拱波均为素混凝土构件。桥梁设计荷载等级为汽车- 15级、 挂- 80, 于1973年9月建成通车。
4.2质量检测内容及结果分析
1)全桥关键部位裂缝检测, 着重于桥墩台、 主拱圈、 腹拱、 横墙等, 裂缝宽度用裂缝观察仪测量, 深度采取超声波检测。经过检验发觉, 拱肋跨中以横系梁为轴线两侧各6m区段存在径向裂缝。
2)钢筋锈蚀电位检测, 在关键承重构件或承重构件关键受力部位, 或钢筋可能存在锈蚀部位布设测区。应用铜—硫酸铜为参考电极半电池电位法进行检测, 测定测区电势差, 以评定构件内钢筋可能出现锈蚀概率。
3) 混凝土强度检测, 在关键承重构件或关键受力部位布设测区, 应用超声波测试仪和回弹仪, 采取混凝土超声- 回弹综正当进行检测。
4)分别对主拱圈上下缘用全站仪进行测量, 拟合拱背和拱腹曲线后, 找出拱轴线型。
5) 根据偏心受压构件对拱圈截面强度进行复核, 拱肋控制截面在荷载作用下能够满足规范要求。
6)挠度计算得到拱肋最大竖向挠度为59.0mm, 比要求拱在正常使用极限状态下汽车荷载产生竖向最大挠度许可值66mm(L/800)小, 满足规范要求。
7) 依据现在该桥交通情况, 取活载进行修正ξq= 1.0。计算结构抗力, 基于检测结果承载能力评定表明: 拱脚截面抗力在组合2 不利荷载组合下不满足规范要求, 其它截面均能满足规范要求。
经过全方面质量检验、 结构计算及评价分析, 该桥现在存在关键问题有:
第一, 行车道质量较差, 在检验过程中发觉桥面约有45%铺装有开裂现象存在。
第二, 台背填土存在下沉现象, 桥头跳车现象显著, 加大了车辆荷载对桥跨冲击作用。
第三, 因为雨水侵蚀和风化作用影响, 栏杆表层砂浆存在脱落现象。栏杆多处存在钢筋锈蚀, 混凝土胀裂、 脱落现象, 部分栏杆构件缺失, 部分栏杆扶手开裂。人行道道板存在开裂现象。
第四, 拱肋在拱顶10m 区段范围内存在径向裂缝, 多数裂缝在拱肋上游侧、 底面以及下游侧都有具体表现。
第五, 统计表明, 全桥约24.73%拱波存在开裂现象, 其中部分裂缝表口伴随有白色晶体状物质析出, 部分裂缝存在渗水现象, 侵蚀拱肋。另外, 约有5.1%拱波与拱肋结合处存在开裂。
第六, 拱上腹孔拱波混凝土多处开裂, 且裂缝多数横向贯通。
4.3加固设计
1、 主拱圈加固
在拱肋上缘局部增大主拱圈截面, 跨中实腹段部分采取外包碳纤维法加固, 拱波挂钢丝网喷射混凝土。
对拱肋和拱波现有病害、 缺点进行修补。清除拱肋拱背上面浮渣和风化层, 将拱背混凝土凿毛并冲洗洁净。在拱背拱脚至1/4 区段上浇注10cm厚钢纤维混凝土, 以提升拱脚截面截面抗力。对跨中实腹段采取粘贴两道宽26cm 双层（厚0.167mm）碳纤维布。对碳纤维外涂防护材料。对拱波挂钢丝网, 喷射3cm 厚水泥砂浆。
2、 桥面铺装
因为该桥桥面铺装多处开裂, 且渗水侵蚀桥跨结构, 所以考虑在更换桥面铺装时候可更换为聚丙烯纤维混凝土, 同时为了使更换后桥面铺装含有良好防水性, 可加铺一层4cm 厚沥青混凝土。
3、 桥头与路堤连接处
因为该桥桥头跳车现象显著, 所以考虑在大桥两侧铺设12m 格栅, 以缓解过往车辆对大桥所产生冲击作用, 同时改善行车舒适性。
4、 其她
对于腹孔拱波及立墙上裂缝, 仅选择裂缝宽度大于0.25mm 裂缝进行压水泥浆修补, 通常小裂缝用环氧树脂砂浆作抹面处理。
5、 结语
桥梁检测工作技术复杂、 操作难度大、 科技含量高, 而且是高空和危险作业, 担负任务工程技术人员责任重大。旧桥加固是一项繁杂系统工作, 工程量往往不大, 但包含面广, 并关系到很多隐蔽工程, 其病害原因、 加固方法常常因桥、 因地而异, 且施工工艺多具特殊性和复杂性。桥梁检测和加固不仅要求工程技术人员有丰富实际经验, 还要有坚实理论基础。只有把实践和理论充足结合起来, 工程技术人员才能对桥梁作出正确检测和评定,设计出切实可行加固方法, 从而增强桥梁使用能力, 延长桥梁使用寿命。

参考文件
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