鋼筋混凝土病害橋梁檢測(cè)技術(shù)分析

秦立朝

湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院

鋼筋混凝土病害橋梁檢測(cè)技術(shù)分析

秦立朝

湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院

鋼筋混凝土橋梁作為橋梁工程中的重要組成部分，隨著運(yùn)營(yíng)條件及年久的變化，病害橋梁日益增多，必須加強(qiáng)對(duì)鋼筋混凝土橋梁的安全控制，本文就一工程案例，分析了鋼筋混凝土橋梁檢測(cè)技術(shù)，并提出整改意見(jiàn)，以保證其安全性。

鋼筋混凝土；橋梁；檢測(cè)

1　前言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和交通運(yùn)輸行業(yè)的不斷進(jìn)步，鋼筋混凝土橋梁以其剛度大、強(qiáng)度高、造價(jià)低、噪音環(huán)保、結(jié)構(gòu)樣式多、維修費(fèi)用低，具有較好的穩(wěn)定性和耐久性等優(yōu)點(diǎn)作為了橋梁建設(shè)的主要類(lèi)型；隨著橋梁的老化、運(yùn)營(yíng)條件的提高和病害的不斷發(fā)展，鋼筋混凝土橋梁的剛度和強(qiáng)度大大降低，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)病害橋梁占我國(guó)橋梁總數(shù)的45%左右，主要表現(xiàn)在橋梁的裂紋、混凝土鋼筋的銹蝕、混凝土的炭化露筋、支撐塊的破損、橋面的積水等；鋼筋混凝土橋梁的病害會(huì)直接危機(jī)橋梁自身的安全性，影響到交通運(yùn)輸系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，由于發(fā)生原因復(fù)雜，病害將無(wú)法完全避免，只能通過(guò)各種檢測(cè)技術(shù)，控制各個(gè)病害環(huán)節(jié)，降低病害危險(xiǎn)程度。

2　工程概況

上海市寶山區(qū)楊盛河橋是一座東西走向的三跨混凝土簡(jiǎn)支梁橋，建于1987年，無(wú)設(shè)計(jì)和竣工資料可查。實(shí)測(cè)橋全長(zhǎng)48.6m，三跨簡(jiǎn)支梁跨度均為16.0m。全橋?qū)挒?0.5m，橋?qū)掚p向3m人行道+ 17.0m機(jī)動(dòng)車(chē)道，橋面兩端設(shè)橡膠條伸縮裝置，跨間橋面連續(xù)；橋面設(shè)0.08m～0.165m鋼筋混凝土鋪裝層；三跨簡(jiǎn)支梁每跨均由20片混凝土空心板梁組成；梁底均采用板式橡膠支座。兩橋墩均為樁柱式橋墩，下設(shè)6根Φ0.80m的圓形立柱，蓋梁高0.90m，長(zhǎng)20.6m、上部寬1.20m、底寬0.60m。該橋長(zhǎng)期無(wú)車(chē)輛通行，根據(jù)規(guī)劃，決定重新啟用該橋，確定該橋的載重等級(jí)。

3　橋梁檢測(cè)目的

通過(guò)對(duì)楊盛河橋的檢測(cè)，分析構(gòu)件缺陷及損傷的原因，評(píng)價(jià)其對(duì)橋梁承載力和耐久性的影響；通過(guò)靜載試驗(yàn)，測(cè)試橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下控制截面的應(yīng)變（應(yīng)力）和撓度，評(píng)價(jià)橋的工作狀態(tài)和承載能力，確定其載重等級(jí)；通過(guò)動(dòng)載試驗(yàn)，測(cè)試空心板梁的在汽車(chē)動(dòng)荷載下的沖擊系數(shù)和自振頻率等自振特性，評(píng)價(jià)空心板梁在動(dòng)荷載作用下的工作狀況。

4　橋梁表觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)

4.1全橋外觀缺陷檢查

橋梁外觀缺陷檢查先可采用目測(cè)法，對(duì)混凝土梁、墩臺(tái)、支座和橋面附屬設(shè)施等進(jìn)行全面檢查，對(duì)于裂縫用儀器測(cè)定其寬度和深度，儀器測(cè)定可采用超聲測(cè)試儀、雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)、紅外線—熱檢測(cè)技術(shù)等，超聲波在混凝土傳播過(guò)程中遇到裂縫，將產(chǎn)生反射、折射、繞射等物理現(xiàn)象，使超聲波聲時(shí)延長(zhǎng)，根據(jù)聲時(shí)測(cè)算裂縫的深度。經(jīng)過(guò)對(duì)楊盛河橋全面檢查，發(fā)現(xiàn)鋪裝混凝土水灰比較大，強(qiáng)度較低，水泥易流失；橋梁板底、橋臺(tái)混凝土收縮及預(yù)應(yīng)力的橫向效應(yīng)，產(chǎn)生了較多小于0.2mm的縱向裂縫、網(wǎng)狀裂縫；兩橋臺(tái)處均有滲水現(xiàn)象，橡膠支座有不同程度的老化，全橋支座鋼墊板均已銹蝕。

4.2混凝土無(wú)損檢測(cè)

采用瑞士PROFOMETER5鋼筋保護(hù)層檢測(cè)儀，利用電磁感應(yīng)原理對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋直徑、位置、間距和混凝土保護(hù)層厚度進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)；混凝土強(qiáng)度無(wú)損檢測(cè)常用回彈儀法、超聲波法、超聲回彈綜合法，超聲回彈綜合法由于誤差小而被廣泛采用，但考慮本橋主梁為空心板梁，無(wú)法采用超聲回彈綜合檢測(cè)，故采用回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度。通過(guò)檢測(cè)，板梁主筋混凝土保護(hù)層厚度、板梁箍筋混凝土保護(hù)層厚度均不符合規(guī)范要求，板梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到C40混凝土強(qiáng)度要求，其他構(gòu)件混凝土推定強(qiáng)度為21.3MPa～ 56.0MPa，大于C20混凝土強(qiáng)度等級(jí)，滿(mǎn)足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）中的要求。

4.3混凝土碳化深度檢測(cè)

由于混凝土中水泥水化物呈弱堿性，其在鋼筋表面形成具有保護(hù)作用的“鈍化膜”，隨著時(shí)間的流逝，空氣中的CO2和水分子與混凝土的堿性成份緩慢發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，作為保護(hù)層的混凝土由外到內(nèi)逐漸碳化，失去保護(hù)作用。混凝土碳化深度檢測(cè)是通過(guò)混凝土表面鉆孔，露出孔內(nèi)新鮮混凝土內(nèi)壁表面，并除凈表面粉塵，然后用1%酚酞酒精噴涂，檢測(cè)其變色與不變色的臨界面深度，得出混凝土碳化深度，變紅表示未被碳化，不變色則表示已碳化。經(jīng)檢測(cè)，該橋抽檢構(gòu)件表層混凝土均已發(fā)生不同程度的碳化，碳化深度平均值為0.1mm～5.3mm。

4.4鋼筋銹蝕狀況檢測(cè)

當(dāng)混凝土處于一個(gè)高堿性環(huán)境，會(huì)在鋼筋表面形成一層保護(hù)膜，由于氯化物或碳化作用，這種保護(hù)膜會(huì)被破壞，發(fā)生銹蝕。銹蝕過(guò)程中，在鋼筋表面形成陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)，導(dǎo)致鋼筋離解，在陽(yáng)極區(qū)生成膨脹的銹蝕產(chǎn)物。半電池電位鋼筋銹蝕度測(cè)量法是目前在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)損鋼筋銹蝕度檢測(cè)中較先進(jìn)的一種方法，通過(guò)測(cè)量鋼筋和混凝土表面之間的電位和電阻率，來(lái)評(píng)價(jià)腐蝕程度和保護(hù)層狀況，腐蝕程度由電勢(shì)的高低來(lái)判斷。電勢(shì)越高，腐蝕的可能性就越大；同時(shí)考慮電阻率的影響，電阻率低，表現(xiàn)為電勢(shì)高；電阻率高，表現(xiàn)為電勢(shì)低。

5　橋梁性能結(jié)構(gòu)檢測(cè)

5.1橋梁靜載試驗(yàn)

由于橋的設(shè)計(jì)荷載不明，根據(jù)使用要求，期望承載能力達(dá)到汽車(chē)-20級(jí)、掛車(chē)-100，并能通行經(jīng)常使用的特種車(chē)輛荷載。為此首先要計(jì)算經(jīng)常使用的特種車(chē)輛荷載、汽-20級(jí)和掛-100車(chē)輛產(chǎn)生的荷載效應(yīng)，其中最大的荷載效應(yīng)確定為該橋的控制荷載，將該控制荷載作為“期望承載能力”。橋能否達(dá)到“期望承載能力”，則需要通過(guò)與“期望承載能力”相近的試驗(yàn)荷載作用在各跨中截面進(jìn)行檢驗(yàn)。

為了達(dá)到理想的試驗(yàn)效果和檢測(cè)數(shù)據(jù)的可信度，一般要求加載試驗(yàn)所用試驗(yàn)荷載根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載的最不利效應(yīng)值進(jìn)行等效換算，等效換算的原則為使所用的靜力試驗(yàn)荷載的效率ηq滿(mǎn)足：

式中：ηq—靜力試驗(yàn)荷載效率；一般要求在0.85～1.05范圍內(nèi)。

Sstate—試驗(yàn)荷載作用下控制截面內(nèi)力計(jì)算值；

S—控制荷載作用下控制截面最不利內(nèi)力計(jì)算值（不計(jì)沖擊）；

（1+μ）—按規(guī)范取用的沖擊系數(shù)。

各級(jí)試驗(yàn)荷載下空心板梁跨中彎矩及相應(yīng)荷載等級(jí)表

各級(jí)荷載下應(yīng)變測(cè)試結(jié)果表

圖1　某立柱在試驗(yàn)荷載下時(shí)間—沉降曲線

圖2　應(yīng)變（應(yīng)力）時(shí)程曲線（單位：με）

圖3　撓度時(shí)程曲線（單位：mm）

對(duì)于橋墩基礎(chǔ)承載能力測(cè)試則首先計(jì)算汽-20荷載在某一號(hào)墩蓋梁某一號(hào)立柱上產(chǎn)生的最大反力（含沖擊，包含人群荷載），將此荷載用加載車(chē)輛進(jìn)行等效，逐級(jí)加載，用精密水準(zhǔn)儀依次讀數(shù)，并及時(shí)繪制時(shí)間-沉降曲線。（如圖1）

由以上檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)各應(yīng)變片隨著荷載增加應(yīng)變?cè)黾于厔?shì)基本一致，表明隨著荷載的逐級(jí)增大，承受荷載較大的梁并沒(méi)有發(fā)生開(kāi)裂，而且達(dá)到汽車(chē)-20級(jí)承載能力。在荷載作用下，立柱最大沉降1.02mm，卸載后剩余沉降為0.12mm，其相對(duì)殘余變形小于《公路舊橋承載能力鑒定方法（試行）》所規(guī)定的20%容許值，表明基礎(chǔ)承載能力達(dá)到汽-20級(jí)載重等級(jí)。

5.2橋梁動(dòng)載試驗(yàn)

由于橋梁結(jié)構(gòu)在移動(dòng)車(chē)輛、地震等動(dòng)力荷載作用下會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的振動(dòng)問(wèn)題，僅靠理論分析還不能滿(mǎn)足工程應(yīng)用的需要，故橋梁動(dòng)載試驗(yàn)就成為解決該問(wèn)題必不可少的手段。橋梁動(dòng)載試驗(yàn)通常檢測(cè)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，主要包括振動(dòng)和沖擊。動(dòng)載試驗(yàn)時(shí)，重車(chē)分別以5、10、15、20km/h勻速駛過(guò)橋面，記錄所有動(dòng)載測(cè)點(diǎn)的動(dòng)應(yīng)變和動(dòng)撓度時(shí)程信號(hào)，由此計(jì)算沖擊系數(shù)；自振頻率及阻尼比檢測(cè)采用脈動(dòng)試驗(yàn)連續(xù)記錄0.5小時(shí)的脈動(dòng)時(shí)程信號(hào)，由此分析其自振頻率和阻尼比。如圖2、圖3梁板跨中在5km/h速度下的應(yīng)變（應(yīng)力）時(shí)程曲線和撓度時(shí)程曲線。

6　結(jié)論

通過(guò)對(duì)本橋技術(shù)狀況檢測(cè)，按照《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ 99-2003）中技術(shù)狀況評(píng)定，該橋技術(shù)狀況為B類(lèi)橋；根據(jù)動(dòng)靜載試驗(yàn)結(jié)果，判定本橋的承載能力滿(mǎn)足汽車(chē)-20級(jí)、掛車(chē)-100荷載要求，亦能滿(mǎn)足需要通行的特殊車(chē)輛的要求，但需對(duì)存在的病害進(jìn)行維修。建議對(duì)露筋位置進(jìn)行除銹，清理干凈后用修補(bǔ)砂漿修補(bǔ)，梁板表面涂刷滲透結(jié)晶型漿料，提高構(gòu)件的抗碳化能力；對(duì)于橋多數(shù)梁板在端部1～2m內(nèi)產(chǎn)生的裂縫，建議表面刷滲透結(jié)晶型漿料，封閉裂縫，提高耐久性；由于橋面鋪裝凹凸不平，建議用鋼筋鋼纖維混凝土重建橋面鋪裝，修復(fù)梁間橫向聯(lián)系，對(duì)橋頭接坡進(jìn)行平順處理。

［1］商峻.鋼筋混凝土橋梁檢測(cè)與損傷評(píng)價(jià)［J］.科技與企業(yè)，2012，7

［2］牛世久.鋼筋混凝土橋梁耐久性病害特殊檢測(cè)技術(shù)分析.山西建筑.2007年15期

［3］《城市橋梁技術(shù)狀況鑒定準(zhǔn)則（試行）》（SZ-19-2002）

秦立朝（1978-），男，河北省石家莊人，民族：漢，學(xué)位：本科，單位：湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院鐵道工程系，職稱(chēng)：副教授，研究方向：土木工程。