橋梁檢測及加固技術(shù)的研究與應(yīng)用

穆寶磊

(湖北交投智能檢測股份有限公司，湖北 武漢 430050)

0 前 言

經(jīng)濟建設(shè)保持高速發(fā)展態(tài)勢下，我國交通事業(yè)同樣迎來重大發(fā)展機遇。橋梁工程如雨后春筍般快速興建，使交通壓力得以有效緩解，為人們出行與交通運輸?shù)忍峁┛煽勘Ｕ?。不過，橋梁運行管理期間，由于外部環(huán)境等因素如結(jié)構(gòu)疲勞、荷載變化與溫度情況等所形成的耦合作用影響，使橋梁較易出現(xiàn)相應(yīng)的損壞問題。鑒于此，對橋梁工程開展科學(xué)檢測并采取合理加固處理顯得尤為重要，可充分保證橋梁具有良好的質(zhì)量和性能，為橋梁安全穩(wěn)定運行提供可靠保障，以此促進交通事業(yè)良好發(fā)展。

1 橋梁主要病害

第一，基于結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)為主，由于荷載所產(chǎn)生的作用影響，在橋梁主體結(jié)構(gòu)中受拉區(qū)較易出現(xiàn)開裂情況，鋼筋應(yīng)力表現(xiàn)出明顯變化，結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)因此受到影響，不過，梁結(jié)構(gòu)受拉區(qū)沒有出現(xiàn)破損情況，結(jié)構(gòu)極限強度沒有出現(xiàn)明顯降低；第二，基于結(jié)構(gòu)受力極限狀態(tài)為主，由于荷載所產(chǎn)生的作用影響，梁結(jié)構(gòu)主要受拉區(qū)并未表現(xiàn)出開裂或是全新裂紋，但是梁結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)相應(yīng)的斷筋情況，以致于解耦股極限強度出現(xiàn)明顯減??；第三，以外界自然作用為主，對混凝土橋梁產(chǎn)生相應(yīng)的影響，以致于發(fā)生老化、漏筋與剝落等情況。

2 橋梁檢測與損傷評價方法

針對橋梁檢測有關(guān)內(nèi)容方面，因橋梁位置以及結(jié)構(gòu)形式、材料等表現(xiàn)出的差異也存在相應(yīng)的變化，常規(guī)檢測主要涵蓋以下內(nèi)容：第一，表觀檢查，以結(jié)構(gòu)裂縫與橋梁構(gòu)造集合尺寸以及附屬病害等為主，對此作出科學(xué)檢查和準(zhǔn)確測量，通過定量形式，對橋梁結(jié)構(gòu)狀況作出全面真實反映；第二，材料檢測，是有關(guān)結(jié)構(gòu)無損或是微損檢測，針對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)即對混凝土、鋼筋開展的科學(xué)檢測；第三，基于橋梁結(jié)構(gòu)試驗，以此對橋梁結(jié)構(gòu)物工作狀態(tài)做出科學(xué)測試。

針對橋梁損傷評價方法如下：①以理論計算分析為主，以此完成科學(xué)評估；②基于有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對橋梁缺陷問題以及病害情況，作出系統(tǒng)綜合評價，并對此作出等級劃分；③基于現(xiàn)場荷載試驗，以此科學(xué)精準(zhǔn)評定。

3 橋梁加固原則

針對橋梁加固處理，標(biāo)準(zhǔn)原則如下：①對應(yīng)力相對較低的結(jié)構(gòu)作出替換，采用全新結(jié)構(gòu)形式；②對結(jié)構(gòu)受力體系作出合理改變，確保原結(jié)構(gòu)受力能夠得以有效減少；③對結(jié)構(gòu)截面積做出合理增加，促使結(jié)構(gòu)所具有的強度以及剛度能夠得以有效提高；④加固方案的科學(xué)制定，需充分滿足科學(xué)可行、成本較低、加固效果顯著等嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。

4 橋梁檢測技術(shù)

4.1 無線電檢測技術(shù)

橋梁工程運行期間，外部荷載作用存在持續(xù)性特點，且沖擊存在非周期性特點。車輛荷載明顯過高的情況下，可能引起結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷，因此出現(xiàn)裂縫等問題。同時，若荷載持續(xù)作用與不斷增加，裂縫問題則會愈發(fā)嚴(yán)重，并對整體結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重影響。針對無線電監(jiān)測技術(shù)，通過對裂縫形成的應(yīng)力波進行有效收集與科學(xué)分析，對裂縫病害具體位置做出精準(zhǔn)明確，并基于應(yīng)力波強弱程度，對裂縫大小做出準(zhǔn)確判斷，以此通過合理可行的加固措施做出妥善處理。技術(shù)工作原理是借助傳感器設(shè)備在橋梁結(jié)構(gòu)合理位置完成布設(shè)安裝，由檢測人員通過設(shè)備儀器，完成信號收集與傳輸，并基于無線波作出科學(xué)分析判斷。

4.2 沖擊波檢測技術(shù)

針對橋梁工程，采取科學(xué)檢測顯得尤為關(guān)鍵。檢測期間，應(yīng)充分保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量、性能等不會受到嚴(yán)重。所以，可對沖擊波檢測技術(shù)加以合理運用。針對此項技術(shù)，應(yīng)用流程如下：如果結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成裂縫，則會發(fā)生相應(yīng)的脈沖波，通過信號接收設(shè)備，及時獲取信號并作出科學(xué)分析判斷。若橋梁存在中空現(xiàn)象，則代表存在相應(yīng)的問題。技術(shù)應(yīng)用期間，主要以單點測量形式為主，涉及到全面測量，所耗費時間相對較久，檢測效率無法得到充分保證。

4.3 回彈檢測法

回彈檢測法是基于彈性物質(zhì)回彈性以及表面硬度相關(guān)原理對橋梁完成科學(xué)檢測。應(yīng)用此方法需對如下方面予以重點關(guān)注：第一，對測區(qū)做出合理選擇，應(yīng)用此方法對混凝土結(jié)構(gòu)開展檢測期間，檢測面應(yīng)當(dāng)保證平整且干凈。一般構(gòu)件的測區(qū)數(shù)需保證超過10個；相鄰測區(qū)，間距控制<2 m，同構(gòu)件端部或是施工縫邊緣的實際間距控制為0.2～0.5 m；測區(qū)位置選擇應(yīng)以水平面為主，且范圍控制為<0.04 m2。第二，回彈儀檢測期間，測區(qū)范圍內(nèi)各測點應(yīng)當(dāng)保證分布合理且均勻，相鄰測點凈距控制>20 mm；測點同預(yù)埋件與外部鋼筋，實際間距控制>30 mm。各測點彈擊1次，各回彈值數(shù)量共計16個，數(shù)值精確到1。第三，測量碳化深度期間，需保證所測位置干凈，可使用酚酞酒精溶液對孔洞內(nèi)部邊緣采取有效處理，保證碳化界線清晰，以此完成準(zhǔn)確測量。

5 橋梁加固技術(shù)

5.1 外部粘鋼加固法

此方法通過化學(xué)粘結(jié)劑，以鋼板為材料，在混凝土構(gòu)件表面完成有效粘貼，確?？梢孕纬烧w并共同受力，使結(jié)構(gòu)所具有的承載力與剛度、延性等能夠得到顯著提高，達到正常使用的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 預(yù)應(yīng)力加固法

此方法通過鋼拉桿施加預(yù)應(yīng)力完成有效加固處理，可確保承載力、抗裂性以及剛度等得到顯著提高，且所占空間相對較小。預(yù)應(yīng)力拉桿與撐桿的加固形式，有關(guān)預(yù)應(yīng)力拉桿加固以受彎構(gòu)件應(yīng)用為主，梁身屬于錨固體，以預(yù)應(yīng)力扎拉形式對梁受拉區(qū)域施加外力，避免裂縫問題頻發(fā)，使裂縫寬度有效減小。有關(guān)預(yù)應(yīng)力撐桿加固，以軸心受壓墩柱應(yīng)用為主，具體加固應(yīng)用期間，應(yīng)用并不多。

5.3 加大截面加固法

此方法被稱為外包混凝加固法，通過對混凝土結(jié)構(gòu)物原有界面面積以及配筋的合理增加完成有效加固。此加固方法對橋梁下部結(jié)構(gòu)有著相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，需暴增以承受自重并提供較高承載力。一般而言，通過增加主梁梁肋寬度或是增加橋面厚度完成加固處理。

5.4 粘貼FRP加固法

此方法通過纖維復(fù)合材料的合理使用，需具備較高強度或是彈性模量，通過粘貼或是浸漬樹脂膠，在混凝土構(gòu)件表面位置，對材料完成有效粘貼，確?？梢孕纬烧w并共同受力。當(dāng)前，在橋梁加固期間，所使用的材料多以碳纖維為主。

6 工程實例

某橋梁長度達到1 800 m，正橋長度達到1 200 m，南、北岸引橋長度分別達到250、350 m?；鶎拥綐蛎嫖恢?，高度達85 m，下層為雙線橋，寬度20 m，上層為公路橋，寬度24 m，設(shè)計雙排四車道，寬度達到18 m，兩側(cè)人行道寬度設(shè)計為3 m。橋身主體為三聯(lián)連續(xù)橋梁，設(shè)計有8墩9孔，孔寬度設(shè)計為128 m。橋梁運行使用時間相對較長，橋面位置存在明顯的破損情況，需采取必要的科學(xué)檢測及加固，保證橋梁質(zhì)量與性能，為橋梁安全運行提供可靠保障。

6.1 橋梁檢測

首先，開展實地勘探，對橋梁具體情況做到充分了解掌握，并對有關(guān)圖紙等資料進行仔細(xì)收集整理，同有關(guān)部門保持緊密聯(lián)系，對橋梁建設(shè)期間所存在的問題以及質(zhì)量隱患等進行詳細(xì)咨詢了解，基于理論層面對橋梁使用性能與質(zhì)量情況等做到全面準(zhǔn)確掌握。其次，通過回彈儀設(shè)備，以混凝土強度為基礎(chǔ)，對此采取科學(xué)的無損檢驗，基于有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，結(jié)合推定公式，獲取各構(gòu)件所對應(yīng)的具體混凝土強度。同時，通過鋼筋混凝土檢測儀設(shè)備，以混凝土保護層厚度為基礎(chǔ)，對此采取科學(xué)準(zhǔn)確檢測。對混凝土碳化深度開展科學(xué)檢測，需位于混凝土表面位置，使用酚酞酒精溶液完成均勻涂抹，對所表現(xiàn)出的顏色變化進行仔細(xì)觀察，顏色表現(xiàn)出以紅色為主，則代表混凝土并未被碳化，而顏色表現(xiàn)出無色則代表混凝土被碳化。碳化抽查情況見表1。

最后，對部分橋梁開展科學(xué)的靜載試驗，以標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計荷載或是等效荷載，在橋梁結(jié)構(gòu)指定位置對荷載進行有效施加，對有關(guān)橋梁結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出的變形與應(yīng)變采取科學(xué)準(zhǔn)確的檢測，以此對結(jié)構(gòu)所具有的承載能力是否達到設(shè)計嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)做出科學(xué)準(zhǔn)確判斷。

表1 混凝土梁抽查碳化情況統(tǒng)計表

6.2 橋梁加固措施

通過碳纖維布混合材料為主，對橋梁采取合理加固處理，粘結(jié)方向具體涵蓋U型與側(cè)面，如圖1所示。

圖1 粘結(jié)方式

6.2.1 碳纖維布加固承載力計算

對梁主體結(jié)構(gòu)采取加固處理期間，有關(guān)斜截面部分需采取受剪承載力計算，公式為：

Vb≤Vbrc+Vbcf

(1)

(2)

(3)

式中，Vb代表梁剪力設(shè)計值；Vbrc代表沒有經(jīng)過加固處理的梁受剪承載；Vbcf代表碳纖維片材所承受的剪力；εcfv代表碳纖維片材所具有的極限拉應(yīng)變；φ代表碳纖維片受剪加固形式系數(shù)；λb代表梁截面剪跨比；ncf代表碳纖維片材粘貼層數(shù)；hcf代表側(cè)面粘貼碳纖維片材高度；Scf代表碳纖維片材條帶凈間距；tcf代表單層碳纖維片材厚度；ωcf代表碳纖維片材條帶寬度。

6.2.2 碳纖維布加固施工工藝

碳纖維布加固措施所涉及的施工工藝如下。

1)施工準(zhǔn)備階段，對現(xiàn)場情況采取全面仔細(xì)勘察，保證材料與設(shè)備等準(zhǔn)備充足。

2)混凝土表面，采取合理處理，通過磨機設(shè)備對表層存在的劣化層采取徹底清除、吹凈之后，保證堅實表面清晰外露；對存在脹裂與鋼筋銹蝕以及松散的松散等位置采取徹底鑿除，對銹蝕鋼筋采取合理處理，通過環(huán)氧樹脂采取有效防腐處理，通過環(huán)氧砂漿完成整平操作，確保構(gòu)件表面能夠保持良好的美觀度與平整度；通過角磨機設(shè)備對存在凸起的轉(zhuǎn)角等位置采取仔細(xì)磨平處理并完成倒角處理，確保打磨光滑。

3)配制涂刷地層樹脂，涂刷期間保證均勻且薄厚適中，鋼筋部分與凹凸等位置采取反復(fù)涂刷，厚度標(biāo)準(zhǔn)需控制<1 mm，待膠體表面快速干燥且達到指觸干燥標(biāo)準(zhǔn)，則可開展后續(xù)施工。

4)樹脂涂刷完成之后，間隔時間控制0.5～1.0 h，待基層氣泡全部消失，對存在高差位置通過相應(yīng)的材料完成補平操作，并對混凝土表面采取仔細(xì)清理，保證干凈且干燥。

5)粘貼碳纖維片材，基于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)尺寸對碳纖維布完成精準(zhǔn)裁剪，盡可能避免出現(xiàn)搭接情況，如果涉及到搭接情況，以纖維方向為主，纖維布實際搭接長度應(yīng)當(dāng)基于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)或保證超過100 mm；對浸漬膠完成合理調(diào)制，在粘貼位置完成均勻涂抹，膠的厚度需保證達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，搭接與拐角等位置需采取重復(fù)涂抹；對碳纖維布進行合理粘貼，通過滾筒工具沿纖維方向采取反復(fù)滾壓操作，保證內(nèi)部氣泡全部有效擠出。同時，通過浸漬樹脂對碳纖維布材料完成有效浸透，滾壓操作期間避免對碳纖維布材料造成破壞損傷。

6)表面防護與養(yǎng)護，位于最外層即碳纖維外表面位置，選用耐候保護涂料完成均勻涂刷，施工結(jié)束之后需自然養(yǎng)護保持24 h，且避免外力沖擊對此產(chǎn)生不利影響，同時，需采取相應(yīng)的保護措施，避免出現(xiàn)污染或是雨水侵蝕等。

6.3 加固效果監(jiān)控

加固施工結(jié)束，需對加固效果采取嚴(yán)格仔細(xì)監(jiān)控，同時，對整體使用性能，采取科學(xué)系統(tǒng)的總結(jié)評價。具體如下。

1)以橋臺沉降和跨中撓度為主，借助相應(yīng)的測量工具對此采取科學(xué)檢測，通過選點布位測量，并對測量結(jié)構(gòu)采取及時整理，以測量值為基礎(chǔ)，對加固處理之后的橋梁發(fā)生的變形情況展開系統(tǒng)綜合分析，以此對加固處理之后的橋梁所具有的承載能力有無顯著提高做出科學(xué)準(zhǔn)確判斷。

2)以路面狀況為主，對此采取仔細(xì)重點觀察，尤其是大型運輸車輛在橋面正常通行的情況下，對橋梁表面位置有無新形成裂紋采取仔細(xì)觀察，對噴射混凝土有無大片剝落仔細(xì)觀察，并重點檢查加固構(gòu)件各部件的穩(wěn)定牢固。

7 結(jié) 語

橋梁屬于交通運輸?shù)年P(guān)鍵樞紐，對經(jīng)濟建設(shè)發(fā)揮著重要影響作用。當(dāng)前，由于多方面因素共同作用影響，使橋梁出現(xiàn)各類損傷，所以，橋梁檢測及加固技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用顯得尤為關(guān)鍵，有關(guān)人員務(wù)必對此保持高度重視，并對橋梁檢測及加固技術(shù)展開深入科學(xué)研究，促使檢測及加固技術(shù)能夠得以切實有效提高，保證橋梁質(zhì)量性能，以此促進交通事業(yè)良好發(fā)展。

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