1、引言
隨著經濟高速發(fā)展，我國公路總里程持續(xù)增長。截至2006年底，全國公路總里程達345.70萬公里，路網結構進一步改善。全國公路總里程中，國道13.34萬公里，省道23.96萬公里，縣道50.65萬公里，鄉(xiāng)道98.76萬公里，專用公路5.80萬公里，村道153.20萬公里，分別占公路總里程的3.9%、6.9%、14.7%、28.6%、1.7%和44.3%。全國共有公路橋梁53.36萬座，2039.91萬延米（含縣鄉(xiāng)公路橋梁，不含港、澳、臺數據），其中特大橋1036座，171.85萬米；大橋30982座，638.58萬米；中橋12.11萬座，607.30萬米；小橋38.05萬座，622.57萬米[1]。我國已切實成為世界橋梁大國。
但是，我國公路橋梁的總體現狀不容樂觀，危橋數量多年居高不下，在公路橋梁總數中約有11.8%（橋梁座數比）的橋梁技術狀況等級為五類（見表1.1），三、四類橋梁的數量則更多；近年來，橋梁垮塌事故頻發(fā)（見表1.2）。
表1.1 1999～2003年/2006年內全國橋梁基本情況
表1.2 2005年以來全國公路橋梁垮塌事故統(tǒng)計
我國公路橋梁近十幾年的現狀是：一方面，交通量急速增長，超限車輛的荷載效應超過公路橋梁的設計等級；另一方面，原有橋梁原有設計標準偏低，不斷加劇的結構老化、破損狀況難以適應公路運輸需要。如何評價在役橋梁的承載能力，準確的評估構造物的損傷程度，進而指導科學合理的橋梁加固維修，提高橋梁的可靠度，已經引起了全行業(yè)的高度重視。
2、我國公路橋梁檢測評估技術體系的現狀
橋梁檢測評估，是指通過技術檢測，對橋梁承載能力進行評定，并對運營使用情況做出評價的技術方法與體系。
廣泛應用于工程實踐的橋梁檢測評估方法，主要有規(guī)范評價法、結構計算法、荷載試驗法。在科研探索階段的還有層次分析法、模糊分析法、基于結構可靠度的分析法、灰色理論評價法等。這些方法雖然基礎各異，但都是將現場檢測的結論和數據，量化的帶入評估體系，得到評定結論。在多年的工程實踐中，規(guī)范評價法、結構計算法、荷載試驗法以其相對理論簡單實際，操作方便易行，結果直觀可靠在橋梁檢測評估領域廣泛應用。以上三種方法，因其適應的需求不同，有其各自的使用范圍，見圖2。
圖2 常用的橋梁檢測評估體系及其應用
規(guī)范評價法，適用服務于大規(guī)模整條路或整個區(qū)域的橋梁管養(yǎng)工作，在國內被廣泛應用，其依據是《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》（JTG H11-2004）。首先對橋梁外觀進行現場檢測，主要指定期檢測和特殊檢測，對橋梁各構件分級評判，通過權重指標體系，進行橋梁整體評級。
結構計算分析法應用于按規(guī)范進行檢測評級后，針對存在一定安全隱患，有承載力評價需要的橋梁。計算時，參照《公路舊橋承載能力鑒定方法》（1988）和《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（報批稿），通過將實測橋梁結構尺寸、線型（如實測拱軸線）、材料參數等帶入計算，得到橋梁的承載力計算結論。同時，引入的活載影響系數
，考慮橋梁承受實際荷載與標準汽車荷載之間的差異：
；引入承載能力驗算系數Z1和承載能力惡化系數
，用以評估結構實際承載力相對設計承載力的削弱：
，以使計算結論能評價橋梁的實際運營情況[3]。
當結構驗算不足以確定橋梁的承載能力時，還可以采用靜載試驗和動載試驗來鑒定橋梁的承載能力。
目前，這些橋梁檢測、試驗技術手段和評價體系，主要應用目標為在役舊橋、設計施工存在缺陷的舊橋和承載能力不足的橋梁，廣泛服務于全國橋梁檢測、評估、維修、加固工程實踐，取得了良好的社會效益和經濟效益。
但是，針對突發(fā)性事故和災害對橋梁造成的損傷，如何進行快速診斷評估；針對特殊用途特殊結構的橋梁，如何進行檢測評估；針對惡劣自然環(huán)境下橋梁，其耐久性損傷特點如何在檢測評估體系中體現等實際問題的研究還很不完善。因其主要為個別案例，發(fā)生機率較小，故針對研究很少，在現有規(guī)范體系中，也未有涉及，將是未來對橋梁檢測評估體系研究的一個前沿和重點領域。
本文結合我公司多年來從事橋梁檢測評估和加固設計的工程實踐，提出一些實際問題和解決方案，供橋梁管理養(yǎng)護部門參考和從事橋梁檢測評估工作的同行探討。
3、對突發(fā)災害造成的橋梁損傷的檢測評估
突發(fā)性事故和災害對橋梁的損傷，可能表現為：橋梁受船舶撞擊破壞、橋梁被超限車輛撞擊、橋梁火災、地震等。這些災害，往往發(fā)生突然，橋梁損傷嚴重甚至損毀，進而可能造成區(qū)域交通或干線大動脈交通中斷。這就要求檢測評估工作需要在短時間內完成，快捷準確，以指導維修加固搶險。
突發(fā)災害造成橋梁損傷的檢測評估，其要點在于首先應分析災害的性質、特點和橋梁因此可能產生的損傷，才能把握問題的實質，用有限的人力、物力和時間得出檢測結論。本節(jié)以地震和火災對橋梁的損傷檢測評估為例說明。
3.1 地震后橋梁檢測評估實例[4]
5·12汶川大地震后，對災區(qū)橋梁進行的檢測評估之初，首先分析地震對橋梁的破壞形式，進而明確震后橋梁檢測評估的目的，從而確定震后檢測的重點和基本檢測內容。
3.1.1 地震對橋梁破壞
1）、地震對橋梁破壞的原因分析
地震對橋梁結構的破壞主要表現在在地基失效引起的破壞和結構強烈震動引起的破壞。地基失效引起的破壞，屬靜力破壞范疇，系地震發(fā)生時和發(fā)生后，地裂縫、滑坡、沙土液化、軟土震陷等，可使地基開裂、滑移、不均勻沉降等，進而喪失穩(wěn)定性和承載力，使橋梁發(fā)生破壞；結構強烈震動引起的破壞，屬動力破壞范疇，系地震的縱波和橫波引起橋梁結構的震動，使結構的內力和變形大幅度增加，從而引起橋梁的破壞甚至坍塌。
2）、地震對橋梁破壞的表現型式
A 地震對橋梁上部結構的破壞主要表現為：主體承重構件滑移、碰撞損傷、主梁內力重分布引起的損傷；
B 地震對橋梁支座的破壞主要表現為：支座位移、錨固螺栓破壞、活動支座脫落、支座自身破壞等；
C 地震對橋梁下部結構的破壞主要表現為：墩柱彎曲破壞、墩柱剪切破壞、超靜定結構的節(jié)點破壞以及橋臺震害。
3.1.2 震后橋梁檢測評估的目的
震后橋梁檢測評估的目的在于，區(qū)分橋梁損傷程度，快速評估橋梁使用性能，避免橋涵結構破壞造成運營安全事故，掌握地震后的結構技術狀況，為全面恢復（修復、加固或重建）使用提供技術依據。
3.1.3 震后橋梁檢測的重點和基本檢測內容
震后橋梁檢測的重點在于橋梁周邊安全調查和橋梁構件損傷檢測。橋梁周邊安全調查主要包括地震影響橋位處山體滑坡、不穩(wěn)定山體及落石對橋梁的危害調查；堰塞湖、河道變化等可能產生的洪水破壞調查等。橋梁構件損傷檢測，根據不同橋梁結構形式和不同構件，檢測重點不同。震區(qū)橋梁主體橋型梁式橋和拱橋的檢測要點，詳見表3.1。
表3.1 震后橋梁現場檢測要點一覽表
3.2 火災后橋梁檢測評估實例[5] [6] [7]
近年來，橋梁遭受火災事故逐漸增多，火的物理和化學作用使材料的力學性能發(fā)生改變，結構構件受到不同程度的損傷。火災不僅對橋梁結構本身造成破壞，而且危及公路尤其是高速公路的正常運營。通過總結我公司近年來處理的多項過火橋梁檢測、評估、加固工程，筆者認為：火災后，必須及時、科學的對受損構件進行損傷識別，合理的進行損傷評估，才能為橋梁的加固維修提供可靠的數據支持，使加固切實恢復結構的承載能力和使用性能，達到安全運營，路網通暢的目的。
3.2.1 火災后橋梁各構件損傷特點
橋梁火災的危害主要表現在以下方面：
1）、混凝土構件受火后的損傷特點
高溫火焰燒過的混凝土表面會產生爆裂、剝落、裂縫、鋼筋裸露等現象。對橋梁受力及耐久性的影響主要體現在混凝土有效截面積變化、混凝土強度變化、混凝土彈性模量變化、混凝土與鋼筋粘結力變化及混凝土中性化等五方面。
A混凝土開裂后，過大的裂縫可能引起截面削弱，實際阻尼比過大，降低結構承載力；還可能加速碳化，加速鋼筋銹蝕和凍融破壞，降低橋梁結構的耐久性。
B由于混凝土爆裂及剝落，混凝土結構有效凈面積將減小，尤其在受壓區(qū)，將直接影響結構承載力。
C火場溫度的高低是影響混凝土強度降低的主要因素。當混凝土構件遇到800℃以上高溫時，水泥漿體成為不連續(xù)的團塊狀，混凝土強度基本喪失；當溫度在600～800℃時，混凝土中的水泥石脫水并收縮成疏松體，水泥石中的游離氫氧化鈣脫水分解，生成氧化鈣，水泥石內部結構破壞，混凝土強度損失嚴重；當溫度在300～600℃時，水泥石中的硅酸鈣開始脫水，晶體輕微破壞，水泥石開始出現疏松，混凝土強度開始下降；當溫度等于和低于300℃時，水泥石晶體不發(fā)生變化，混凝土強度不受影響。
D混凝土的彈性模量對溫度相當敏感，在200℃以下變化較小，當溫度達到200 ～700℃時，混凝土的彈性模量線性降低。
E混凝土在高溫作用下，水化物脫水分解，其內部微空隙增加，結構疏松；水泥石與粗骨料、混凝土與鋼筋在高溫下熱變形不協(xié)調，形成大量界面裂縫導致混凝土與鋼筋之間粘結力降低。
F另外，當火場溫度超過500℃時，混凝土的游離氧氧化鈣產生熱分解，混凝土呈中性，使其保護鋼筋的作用大為降低，從而影響混凝土構件的耐久性。
2）、鋼筋和預應力鋼鉸線受火后的損傷特點
由于混凝土的熱惰性，隨保護層厚度增加，混凝土內部溫度降低，鋼筋和預應力鋼鉸線受火后的力學性能損傷程度低于混凝土。工程實例分析表明，高溫時，鋼筋強度降低影響結構受力，而預應力鋼筋熱應力損失可能對結構造成嚴重破壞。
A鋼筋和預應力鋼材的力學性能變化
對普通鋼筋，當火災溫度為200℃以下時，強度幾乎無變化；當火災溫度大于200℃時鋼筋強度開始下降，預應力鋼筋在火災作用后強度下降比非預應力鋼筋的快，同時粘結力也有較大的下降。
B預應力混凝土橋梁火災后預應力體系的損失
由于混凝土保護層較大，以及混凝土的熱傳導性差，所以一般火災很難對預應力筋產生直接影響，但是由于混凝土局部剝落及彈性模量的降低，使火災嚴重的截面產生應力重分布現象，從而對預應力鋼筋產生間接影響。預應力筋雖然可能未直接受損，但其正常的工作狀態(tài)由于應力重分布影響而無法恢復。混凝土彈性模量降低，將使結構變形加大，預應力由于彈性壓縮而發(fā)生損失，使有效預應力變小。
如熱損傷已經影響到預應力鋼材，由于預應力材料所用的冷加工鋼筋和高強鋼絲在火災高溫下強度下降明顯大于普通低碳鋼和低合金鋼，因此，危害可能更大。
3）、鋼結構和鋼構件火災后的力學損傷
普通低碳鋼和普通低合金鋼在高溫下的力學性能基本相同，鋼材在高溫下強度降低很快，在200～300℃的范圍內極限強度增加，當溫度超過300℃后，強度逐漸降低。而且，鋼材的應力－應變曲線形狀變化很大，溫度升高，屈服平臺降低，力學性能下降。
可以認為，火災對鋼橋的損傷最大，可能是毀滅性的。
4）、橋梁支座受火后的損傷特點
公路橋梁常用的盆式橡膠支座和板式橡膠支座往往是火災中最先受損的構件。伴隨溫度升高，支座變形失效直至焦化報廢。支撐體系損傷帶來的主梁內力重分布，在檢測評估工作中不容忽視。
5）、橋面系及其他附屬構造受火后的損傷特點
A橋面瀝青鋪裝層，受火后表面松散，內部變脆硬。
B橋梁護欄、欄桿鋼構件扭曲、變形。
C伸縮縫橡膠條焦化、失效；鋼構件局部變形。
D 泄水管損壞或脫落。
6）、橋梁承載能力損傷
火災對橋梁承載能力的損傷，主要表現在構件強度降低、剛度下降、整體性受損、結構動力性能和抗震性能衰減等。
橋梁火災后，熱能損傷造成橋梁混凝土構件材料和整體的膨脹和收縮，當構件熱自由變形時，不會產生應力，但是，橋梁不可能整體升溫，當構件的熱變形率不同，以及其他約束和限位就可能造成主要受火構件的溫度應力，這種影響對剛構等超靜定結構影響尤其明顯。另外，由于混凝土和鋼材高溫后力學性能的衰減以及構件截面損傷和聯(lián)接性能的破壞，會直接造成橋梁主要受力構件的尺寸變化，導致構件正截面抗彎能力、斜截面抗剪能力降低，截面剛度下降，變形增大，并引起應力重分布。影響橋梁的正常運營。
3.2.2、火災后橋梁損傷檢測的內容
1）、現場踏勘
本階段工作的關鍵在于安全和快速。全面檢查橋梁各構件的受損情況，判斷橋梁是否可能發(fā)生斷裂、坍塌以及局部失穩(wěn)，并采取必要的臨時支護措施，確保橋梁安全。
初勘階段，還應調查火源、起火原因、燃燒物性質、火災持續(xù)時間、主燃區(qū)域位置、滅火方式等，并收集橋梁竣工圖、養(yǎng)護記錄，為后續(xù)工作采集資料。
2）、現場檢測及取樣試驗
火災后橋梁的現場檢查應包含以下項目，見表3.2。檢測中，還應注意火源、火勢調查對結構損傷的影響，主梁截面形式對結構損傷的影響和滅火方式對結構損傷的影響。
表3.2、火災后混凝土橋梁檢測試驗一覽表
4、特殊構造橋梁的檢測評估
某些橋梁不僅構造特殊，往往還伴隨特殊的建造條件或專門用途。而常規(guī)檢測評估技術體系，一般不適用于這些的橋梁檢測評估。為科學合理的評價這些特殊橋梁的使用性能，往往需要進行專門研究，修正或革新既有的檢測評估手段，以適應這些橋梁的特殊性。本節(jié)以某特大跨徑柔性懸索橋為例[8]，闡述檢測試驗的一些特殊方法。
4.1 橋梁概況
該橋位于某化工廠，是為工廠運輸生產原料的鹽鹵管道跨長江懸索橋。橋梁單跨已達516米，但橋寬僅1.2米，為特殊結構特大跨徑柔性懸索橋，見圖4.1。
圖4.1、橋梁概貌
4.2 橋梁檢測
該橋構件種類多，主體承重體系由主纜、斜拉索、背索、風纜索、吊桿、鋼主梁組成；鋼筋混凝土主塔、萬能桿件拼裝風纜塔組成空間塔架體系；錨固體系由巖錨、重力式抗滑樁錨構成。分析該橋構件組成，具體檢測內容，見表4.1。
表4.1、某懸索橋檢測項目一覽表
4.3 橋梁靜載試驗方案：
該懸索橋功能特殊——運輸化工原料；荷載特殊——鹽鹵（ρ＝1.20t/m3）、NaOH（ρ＝1.36t/m3），橋梁寬度僅1.2m，故靜載試驗無法采用車輛荷載、堆載等常規(guī)加載方式模擬設計荷載。也無法采用一般靜載試驗：空載（歸零）→滿載（實測應變、撓度）→空載（實測應變、撓度恢復情況確定殘余量）的加載順序進行。針對這種特殊情況，特殊設計采用：滿載→空載→滿載的加載順序，進行測試：
工況一：管道內滿載化工原料，正常運輸。以長江北岸橋塔基點為水準0點，測量控制測點的撓度；測量各吊桿及主纜的實際索力；并設此時橫梁應變?yōu)?；
工況二：中斷鹽鹵運輸并清空管道，測試此工況以上項目的撓度、索力及應變；
工況三：繼續(xù)輸送鹽鹵，待管道充滿后，再次測試以上相同項目。
工況一與工況二的測值比較即為試驗所測撓度、索力及應力變化；工況一與工況三的測值比較即為撓度、索力及應力的殘余量。
這樣的非常規(guī)試驗方式為管道內鹽鹵液體一次加載，荷載效率100％，滿足有關試驗方法規(guī)定，能較好的反映橋梁的實際工作狀態(tài)。
5、惡劣自然環(huán)境下，橋梁的耐久性損傷檢測評估
針對惡劣自然環(huán)境下的橋梁，在進行常規(guī)病害檢測的同時，還應進行耐久性檢測評估。值得注意的是，不同自然環(huán)境，對橋梁結構耐久性影響各不相同，如凍融環(huán)境與海水浪濺區(qū)環(huán)境不同；CL－環(huán)境與SO42-環(huán)境不同；化工廠環(huán)境與酸雨環(huán)境不同等。因此，耐久性檢測，必須首先分析主要影響因素對橋梁結構損傷的物理化學機理，才能使檢測方案有的放矢。本節(jié)以某海灣特大橋，水中墩臺的耐久性檢測為例，闡述損傷機理研究與檢測方案制定。
5.1 橋梁概況
同三國道主干線，某海灣特大橋，橋梁全長為1589.1m，橋下平均凈空為5.4m；橋梁下部結構形式為柱式墩，肋板式臺，鉆孔灌注樁基礎。該橋運營5年后檢查，下部結構未發(fā)現明顯病害；05年檢測發(fā)現，橋墩箍筋出現環(huán)向銹脹開裂；07年實施加固施工時，墩柱、蓋梁鋼筋銹脹嚴重，混凝土表面大量存在沿鋼筋方向橫向或環(huán)向的銹脹裂縫，鋼筋銹脹，混凝土鼓包，脫落。橋墩耐久性損傷對比，見圖5.1。
圖5.1 橋墩鋼筋銹脹混凝土剝落發(fā)展對比（左圖系2005年拍攝，右圖系2007年拍攝）
5.2 海洋環(huán)境對墩臺混凝土結構劣化的機理
沿海鋼筋混凝土墩臺在使用過程中，受到海水、海風和海霧中有害介質的侵蝕，會產生劣化，宏觀上會出現開裂、溶蝕、剝落、膨脹、松軟及強度倒縮下降等，嚴重者會使結構破壞倒塌，而鋼筋銹蝕，是加速混凝土這種破壞的主要因素。
引起墩臺混凝土內鋼筋腐蝕最為主要的原因是混凝土的碳化和氯化物的滲透。當CO2和CL-腐蝕介質侵入時，混凝土堿性降低或混凝土保護層因銹脹開裂等都將造成鋼筋表面鈍化狀態(tài)的破壞，鋼筋表面就會出現較大的電位差，形成陰極和陽極，在一定條件下（如氧氣和水存在）鋼筋開始銹蝕。
1） 碳化影響
當二氧化碳滲入墩臺混凝土與混凝土中的氫氧化鈣發(fā)生化學反應，變成碳酸鈣的整個反應稱為碳化作用。
CO2+H2O+Ca（OH）2 →CaCO3+2H2O 碳化作用
當大量的碳酸鈣形成時，混凝土內部堿性環(huán)境受到破壞，達到一定程度時，如pH在9 以下時，鈍態(tài)鐵的保護層就失去作用，混凝土內的鋼筋因為沒有受到堿性環(huán)境的保護而產生銹蝕。
2） 氯化影響
混凝土固化后，在大氣環(huán)境中的氯化物污染是難以避免。氯離子是一種穿透力極強的腐蝕介質，當接觸到鋼鐵表面，便迅速破壞鋼鐵表面的鈍化層，即使在強堿性環(huán)境中，氯離子Cl -引起的點銹腐蝕依然會發(fā)生，同時由于不論是氣態(tài)還是液態(tài)的水往往會滲透到混凝土里面，而這種水并非純水，而是含有一些雜質的電解液，電化學作用導致銹蝕加快進行。當氯離子滲透到達鋼筋表面，氯離子濃度較高的局部保護膜破壞。在氧和水充足的條件下，活化的鋼筋表面形成一個小陽極，未活化的鋼筋表面成為陰極，結果陽極金屬鐵溶解，形成腐蝕坑，一般稱這種腐蝕為點腐蝕．這個過程主要有下列反應：
Fe2++2Cl-+2H2O——Fe（OH）2+2HCl
4Fe（OH）2+O2+2H2O——4Fe（OH）3 （鐵銹）
Fe（OH）3 若繼續(xù)失水就形成水化氧化物FeOH（即為紅銹）， 一部分氧化不完全的變成Fe3O4（即為黑銹），在鋼筋表面形成銹層。由于鐵銹層呈多孔狀，即使銹層較厚，其阻擋進一步腐蝕的效果也不大，因而腐蝕將不斷向內部發(fā)展。
鋼筋腐蝕產物——鐵銹的體積約為原鐵體積的2.5-7 倍，所產生的膨脹壓力會造成混凝土的開裂、剝落，裂縫的產生又會招致更多腐蝕介質的進入，引發(fā)更嚴重的腐蝕。
5.3 近?；炷炼张_耐久性檢測要點
為合理評價橋梁墩臺的耐久性，掌握存在病害及病害原因，從而指導耐久性加固，應對墩臺進行結構耐久性檢測評估，詳見下表5.1
表5.1、近海混凝土橋梁墩臺耐久性檢測一覽表
6、結語
橋梁結構紛繁復雜，可能使其產生病害的原因也多種多樣。橋梁檢測評估過程中，經常會遇到各種疑難問題，無法參照應用目前的檢測評估技術體系。只要在檢測之初，分析外因對橋梁結構的損傷機理，掌握可能造成的損傷情況，一般都能有的放矢的制定檢測評估方案，應用現有檢測技術，對橋梁進行科學的檢測評估，從而指導后續(xù)的維修加固設計。
