淺談混凝土橋梁檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用
2011-09-06 來源：網(wǎng)絡(luò)
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來越多的混凝土橋梁豎立在城市和農(nóng)村的道路上。混凝土橋梁在建造的過程中由于材料本身的缺陷、施工的失誤、使用環(huán)境的侵蝕，隨著時(shí)間的延長，很多橋梁發(fā)生了破壞，每年用于維修和重建的費(fèi)用逐年增加。北京大北窯橋、西直門立交橋等橋梁在建造不到二十年時(shí)間就進(jìn)行大修和拆除重建，浪費(fèi)了大量的資金。因此對(duì)橋梁質(zhì)量的檢測(cè)，是避免資金浪費(fèi)和減少工程事故一個(gè)非常重要的工作，該方面檢測(cè)技術(shù)越來越為人們所重視。
目前橋梁結(jié)構(gòu)狀況的檢測(cè)是對(duì)新建和既有橋梁結(jié)構(gòu)承載能力及構(gòu)件的材料質(zhì)量和工作性能方面所存在的損傷缺損等狀況進(jìn)行檢測(cè)、試驗(yàn)、判斷和評(píng)價(jià)的過程。主要內(nèi)容包括兩個(gè)大的方面：一方面是新建橋梁結(jié)構(gòu)整體性能、功能狀況檢測(cè),包括結(jié)構(gòu)承載能力和使用性能鑒定；另一方面是既有橋梁承運(yùn)營期間的抗災(zāi)防災(zāi)能力檢測(cè)，包括在使用過程中受到水災(zāi)、火災(zāi)和地震等情況下的載能力和使用性能鑒定；再一方面就是橋梁結(jié)構(gòu)材料各種性能的檢測(cè),包括材料的物理、化學(xué)和力學(xué)性能測(cè)試及產(chǎn)生缺陷原因的分析判斷等。
1. 橋梁檢測(cè)儀器設(shè)備
橋梁檢測(cè)的儀器設(shè)備、測(cè)試元件和技術(shù)是橋梁檢測(cè)的重要保障，必須具有科學(xué)性和準(zhǔn)確性。在靜載、動(dòng)載實(shí)驗(yàn)檢測(cè)中主要測(cè)試內(nèi)容包括作用力的大小、結(jié)構(gòu)截面各種應(yīng)力的分布和大小、局部結(jié)構(gòu)損壞的情況和動(dòng)載作用下結(jié)構(gòu)的動(dòng)應(yīng)力、自振特性、動(dòng)撓度等參數(shù)。
檢測(cè)儀器包括電測(cè)試儀、光學(xué)儀器、升學(xué)儀器、機(jī)械式測(cè)試儀器、伺服式儀器等，具體的儀器有直讀式的、自動(dòng)紀(jì)錄式、模擬式和數(shù)字式等。在橋梁檢測(cè)中，要求合理選用儀器的量程、準(zhǔn)確度、靈敏度和野外穩(wěn)定性抗干擾能力，儀器盡量結(jié)構(gòu)簡單，輕巧方便適合攜帶，并且堅(jiān)固耐用，含有多種用途。具體選用要根據(jù)橋梁所處的環(huán)境，具體參數(shù)的測(cè)定要求等。經(jīng)常使用的測(cè)試儀器有測(cè)力計(jì)、應(yīng)變計(jì)、位移計(jì)、傾角儀、測(cè)振儀等。
2. 新建和既有橋梁結(jié)構(gòu)承載能力和使用性能的檢測(cè)
新建和既有橋梁結(jié)構(gòu)承載能力和使用性能的檢測(cè)主要是對(duì)新建橋梁進(jìn)行驗(yàn)收和對(duì)既有橋梁在各種災(zāi)害后評(píng)估。
公路橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能檢測(cè),按照受力狀態(tài)可分為靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)。橋梁靜載試驗(yàn)是將靜止的荷載作用在橋梁上指定的位置而測(cè)試結(jié)構(gòu)的靜力位移、靜力應(yīng)變、裂縫等參數(shù)，從而推斷橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作性能及使用性能；動(dòng)載試驗(yàn)是利用某種激振方法激起橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)的固有頻率、阻尼比、振型、動(dòng)力沖擊系數(shù)、行車口向應(yīng)等參量，從而判斷橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度與行車性能。靜載試驗(yàn)與動(dòng)載試驗(yàn)雖然在試驗(yàn)?zāi)康?、測(cè)試內(nèi)容等方面不同，是兩種性質(zhì)的試驗(yàn)，但對(duì)于全面分析掌握橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能是同等重要的。
就試驗(yàn)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的后果來說，橋梁試驗(yàn)可分為破壞性試驗(yàn)和非破壞性試驗(yàn)。一般情況下，原型結(jié)構(gòu)的破壞試驗(yàn)，不論在費(fèi)用上還是在方法上都存在一些具體的問題，特別是在結(jié)構(gòu)進(jìn)入破壞階段后試驗(yàn)是比較困難的，因此，鑒定性試驗(yàn)多為非破壞性試驗(yàn)。但在某些情況下，為了達(dá)到預(yù)定的試驗(yàn)?zāi)康?，往往需要進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，以掌握試驗(yàn)結(jié)構(gòu)由彈性階段進(jìn)入塑性階段甚至破壞階段時(shí)的結(jié)構(gòu)行為、破壞形態(tài)等試驗(yàn)資料，此時(shí)多以模型結(jié)構(gòu)為對(duì)象，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，以便能夠較為方便可行地進(jìn)行加載、控制、量測(cè)、分析，從而總結(jié)出具有普遍意義的規(guī)律，推廣應(yīng)用于原型結(jié)構(gòu)。
按試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間的長短，可分為長期試驗(yàn)和短期試驗(yàn)。鑒定性試驗(yàn)與一般性的研究試驗(yàn)多采用短期試驗(yàn)方法，只有那些必須進(jìn)行長期觀測(cè)的影響因素，如混凝土結(jié)構(gòu)的收縮和徐變性能、橋梁基礎(chǔ)的沉降等，才采用長期試驗(yàn)方法。此外，對(duì)于大型橋梁結(jié)構(gòu)或新型橋梁結(jié)構(gòu)常常采用長期觀測(cè)或組織定期檢測(cè)，以積累這些結(jié)構(gòu)長期使用性能的資料。
3. 橋梁結(jié)構(gòu)材料混凝土各種性能檢測(cè)
混凝土目前是我國橋梁使用的最廣泛的結(jié)構(gòu)材料之一，它是由水泥、砂子、石子、水、外加劑和摻和料等組成的混合材料，經(jīng)過稱料、攪拌、運(yùn)輸、澆筑、成型和養(yǎng)護(hù)等工序形成強(qiáng)度，由于其組成材料的復(fù)雜和工序的繁多，造成了混凝土凝結(jié)硬化后的物理、力學(xué)等性能可能和設(shè)計(jì)相差較大。目前，為孔子混凝土的質(zhì)量，我們主要從幾個(gè)方面對(duì)混凝土的性能進(jìn)行檢測(cè)，一個(gè)是檢測(cè)混凝土的強(qiáng)度，檢測(cè)是否滿足設(shè)計(jì)要求；另一個(gè)是檢測(cè)混凝土構(gòu)件產(chǎn)生的缺陷，檢測(cè)是否影響結(jié)構(gòu)的承載能力；另一為檢測(cè)混凝土構(gòu)件的幾何尺寸和內(nèi)部鋼筋的位置數(shù)量、銹蝕狀態(tài)等，檢測(cè)構(gòu)件的尺寸和配筋是否滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求；還有檢測(cè)混凝土的構(gòu)件的其它性能，包括建筑熱工性能、防水、隔聲等物理特性。
3.1 混凝土強(qiáng)度測(cè)定。
對(duì)于混凝土強(qiáng)度的測(cè)定,目前的測(cè)試方法主要有回彈法、超聲法、超聲-回彈綜合法、貫入法、拔出法、斷裂法、鉆芯樣試驗(yàn)法等?；貜椃?、超聲法以及二者的綜合法是屬于非破損試驗(yàn)法,是利用混凝土的一些物理量和強(qiáng)度的關(guān)系，來推定結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度，使用的儀器簡單操作方便，在工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用比較廣泛；貫入法、拔出法、斷裂法、鉆芯樣試驗(yàn)法等屬于半破損方法，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定損傷，試驗(yàn)數(shù)量和范圍受到限制，一般選擇受力較小不重要的構(gòu)件進(jìn)行少量的試驗(yàn)，對(duì)非破損方法測(cè)得到的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行校正。
3.2 構(gòu)件材料缺陷的檢驗(yàn)。
構(gòu)件中常見的缺損有裂縫、碎裂、剝落、層離、蜂窩、空洞、環(huán)境侵蝕和鋼筋銹蝕等。其中,構(gòu)件外露的缺損,可以借助于適當(dāng)?shù)墓ぞ呋蛄烤叩容o助設(shè)備進(jìn)行目視檢測(cè)。超聲波脈沖速度法可以用于探查鋼材、焊縫和混凝土中存在的裂縫、空洞、夾渣和火災(zāi)損傷等。聲波檢測(cè)法是指用工具敲擊構(gòu)件,聽其聲音的差異來判斷構(gòu)件是否存在破損,這種方法比較簡便,是一般檢查中常用的手段。使用脈沖雷達(dá)的電磁回波法是檢測(cè)具有瀝青覆蓋層的混凝土橋面板的有效方法。還可以運(yùn)用紅外熱像儀測(cè)混凝土構(gòu)件各部分輻射紅外線能量，根據(jù)構(gòu)件表面的溫度場(chǎng)分布情況所形成的熱像圖，直觀的顯示混凝土、結(jié)構(gòu)物機(jī)器結(jié)合部位上存在的不連續(xù)缺陷。
3.3 混凝土構(gòu)件的幾何尺寸和內(nèi)部鋼筋的位置數(shù)量、銹蝕狀態(tài)等檢測(cè)。
混凝土構(gòu)件的幾何尺寸可以利用簡單的長度測(cè)量工具米尺等工具進(jìn)行測(cè)量；混凝土內(nèi)部的鋼筋的檢測(cè)是通過磁測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)，是根據(jù)鋼筋或者預(yù)埋鐵件會(huì)影響磁場(chǎng)的方法，主要可以檢測(cè)出鋼筋的位置、直徑、數(shù)量、箍筋的間距和混凝土保護(hù)層的厚度等參數(shù)，檢測(cè)是否滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求；混凝土構(gòu)件內(nèi)部鋼筋可以通過電測(cè)法檢測(cè)鋼筋的修飾狀態(tài)，或者間接檢測(cè)混凝土的電阻率、堿度以及侵蝕介質(zhì)再混凝土的含量來檢測(cè)鋼筋的銹蝕狀態(tài)。
3.4 混凝土的構(gòu)件的其它性能檢測(cè)?；炷翗?gòu)件的建筑熱工性能、防水、隔聲等物理特性可以通過各種儀器來檢測(cè)得來。
4. 根據(jù)檢測(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估鑒定或加固
通過各種檢測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果，對(duì)檢測(cè)橋梁進(jìn)行評(píng)估鑒定。首先調(diào)查橋梁所處的環(huán)境和目前所處的狀態(tài)，獲得橋梁的養(yǎng)護(hù)維修和受災(zāi)害的情況；接著了解橋梁設(shè)計(jì)的情況，熟悉建筑和結(jié)構(gòu)施工圖，檢測(cè)結(jié)構(gòu)混凝土材料的性能，如上述的強(qiáng)度、尺寸、配筋和缺陷等性能，檢測(cè)是否滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求；根據(jù)調(diào)查和材料檢測(cè)的結(jié)果，建立計(jì)算模型，計(jì)算是否滿足承載力和變形要求；通過靜動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)橋梁載和載的作用下的工作性能。
當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)無法滿足承載能力、通行能力（交通量增加、受災(zāi)后等）等要求時(shí)，需要對(duì)橋梁進(jìn)行加固或技術(shù)改造。常用的加固技術(shù)方案口減輕恒載、加固臨界桿件、補(bǔ)充新桿件、改善原結(jié)構(gòu)的受力體系或加固主要承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件，來達(dá)到提高橋梁整體承載能力的目的；常用的技術(shù)改造，包括滿足承載力要求的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，滿足通行能力要求的橋面加寬、滿足使用要求的結(jié)構(gòu)受力性能改善。橋梁加固和技術(shù)改造都要結(jié)合檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果來得到經(jīng)濟(jì)、施工可行的方案。
