浅谈城旧桥检测江苏建设监理协会.docx

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浅谈城旧桥检测江苏建设监理协会

浅谈城市桥梁检测

南通市泛华建设监理有限责任公司□瞿建忠

[摘要]城市桥梁经过多年运营后，由于各种原因会产生很多病害，为了保证现有城市桥梁的安全运营和尽可能延长其安全使用寿命，应实时了解桥梁的病害情况并及对其工作状态进行评估。

关键词桥梁检测

城市道路作为城市的生命线，日夜不停地为城市提供着服务，为经济的发展和居民生活承担着重要的作用。

作为道路上的桥梁，一方面为城市道路的贯通发挥着作用，另一方面为城市水路的畅通构建了和谐的音符。

桥梁运营多年后，会受到各种各样的伤害，如车辆碰撞引起结构和构件的破坏，超载运营造成结构承载力降低，锈蚀和自然老化等，因此对桥梁进行定期检测和评估，是保证桥梁的正常运营和使用安全。

桥梁检测的工作内容比较多，涉及到很多方面。

一般先进行无损检测，对各个构件和结构部位进行检查，在此基础上进行承载能力评估。

如果一座桥通过无损检测无法准确评估其实际承载能力，就需要对该桥进行荷载试验，通过荷载试验对桥梁的承载能力及工作状况作出综合评价。

桥梁的结构定期检测主要是委托具有相应资质的检测单位进行，本文就检测过程进行简单的阐述。

1准备阶段

准备阶段主要包括收集资料和现场准备。

收集的资料主要有：

桥梁设计文件、施工记录、监理记录、原试验资料、桥梁养护与维修记录、交通量调查和使用荷载调查、水流状态、通航等。

现场准备主要包括对桥梁现状，如桥面系、承重结构构件、支座、基础等部位的表观检查；设计内力计算、加载方案制定、量测方案制定、仪器仪表选用等方面，还包括搭设工作脚手架、设置测量仪表支架、测点放样及表面处理、测试元件布置、测量仪器仪表安装高度等现场准备工作。

2无损检测

2.1桥梁外观线型检测

桥梁外观检测主要以目测为主，桥梁的线型检测主要通过全站仪、水准仪配合直尺等工具。

由于城市旧桥一般建设时间较早，投入使用后基本未建立跟踪监测，从而缺乏高程基准点和坐标控制点，有些老桥的竣工资料都难以查找，因此可以通过对桥梁桥面的线形进行测量以获得桥梁的变形资料，对于结构的受力分析有一定参考。

对混凝土结构存在的缺陷进行检查记录，表层缺陷主要有：

蜂窝、麻面、露筋、孔洞、层隙、表面腐蚀、掉角、模板走样、接缝不平、构件变形、内部空洞、钢筋型号、数量、位置，焊接质量、钢筋锈蚀等。

对桥梁各构件的尺寸进行详细的检查、复核，详细记录桥梁各部轴线、尺寸、标高，并对外观存在的缺陷进行检查，做好记录。

测量时测点布置应尽量选择原结构上较为稳定的部位，不会受到行车影响或后期运营影响处，测得的数据主要反映由于结构后期运营时受到活载及混凝土收缩徐变、结构受到损伤时所引起的变形、下挠或反拱等病害。

桥梁线形测点应布置在桥面两侧，纵向至少在墩顶、L/2等处布置，两侧测点应对应（如图）。

测量精度至少应达到三等水准测量要求，无法采用闭合测量的小桥可以采用对同样的点位置镜两次进行观测，根据两次数据检查是否符合精度要求，符合要求后取平均值作为测量结果，具体要求可以参照《公路桥涵施工技术规范》〔JTJ041-2000〕或其他测量相关规范。

2.2混凝土强度及碳化深度检测

混凝土强度检查主要采用超声回弹综合法进行检测，在桥梁梁体、盖梁、立柱、桥台、拱肋、基础等结构上布设测区，测定声时值和回弹值，并用碳化深度测量仪测量混凝土的碳化深度，评估混凝土的强度。

根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T23-2001），所检测的各测区混凝土强度换算值

是根据各测区的平均回弹值（Rm）及平均碳化深度值（dm）按规程附录A查表得出。

当结构或构件的测区数不少于10个或按批量检测时，混凝土强度推定值（

）应按下列公式计算：

－1.645

其平均值

及标准差

按下列公式计算；

式中

-----第I个测区混凝土强度换算值（MP），精确至0.1MP；

-----结构与构件测区混凝土强度换算值的平均值（MP），精确至0.1MP；

-----结构与构件测区混凝土强度换算值的标准差（MP），精确至0.1MP；

n-----测区数。

混凝土碳化使钢筋表面去钝化是导致钢筋锈蚀的原因之一，因此碳化深度是大气环境下对混凝土结构锈裂损伤评估的重要参数，也是回弹法检测混凝土强度时必不可少的参数。

混凝土中的氢氧化钙遇水后，会解离为钙离子及氢氧离子，所以混凝土的pH值一般为12—14，在此酸碱度下表面会形成一层具有保护性钝化膜。

然而空气中的酸性物质（如二氧化碳，二氧化硫等）会降低混凝土的碱度，其原先pH值会降低到7—9左右，这就是混凝土的碳化。

在混凝土喷洒指示剂，通过观察指示剂颜色的变化来测试混凝土的pH值，进而判断混凝土的碳化深度。

碳化深度采用2%酚酞酒精溶液喷洒在混凝土的新鲜断口处，PH≥10时显示紫红色，说明未碳化；PH＜10时保持无色，说明已碳化；利用碳化测深仪测试碳化深度。

每一测试面上选择2-3点测其碳化深度，求其平均碳化深度。

2.3钢筋直径、间距及保护层检测

钢筋直径、间距及保护层检测采用电磁感应探测原理。

采用Hilti钢筋探测仪，PS200直接探测梁体内钢筋的布置及钢筋保护层的厚度，能够准确给测出钢筋保护层的厚度，可以估算钢筋的直径。

检测时选取结构受力最为不利的部位进行检测，选取至少3个测区。

相同结构检测所取得的数据应基本一致（主要是钢筋根数、间距和直径），如果相差较大应增加测区数量，同时结构检算时可以按照最不利检测结构进行计算。

同时检测时可以安排两个以上检测人员对同一测区进行平行检测，以比照数据的准确性。

对于有设计图纸的桥梁可以将检测结果与设计资料进行对比、验证，没有设计图纸的桥梁可以采用将钢筋凿出与检测结果进行验证。

2.4钢筋锈蚀检测

钢筋锈蚀检测的原则主要根据钢筋探测时保护层偏小处有可能存在锈蚀的迹象，或者混凝土表面能够明显看出钢筋的锈迹时，主要在结构受力最为不利处，以便于计算时对受力钢筋进行折减。

钢筋锈蚀状况采用电化学测定法,采用瑞士生产的CANIN型钢筋锈蚀检测仪来确定钢筋锈蚀范围和程度，检测时首先要将腐蚀检测仪的参考电极与钢筋相连以形成通路后，再输入高阻抗，移动探头并记录电位差以绘出等位图，再依等位图判定腐蚀发生的区域。

进行测点的布置及频率对于同一结构（处于同一自然状态）至少应检测3个测区以上，同时还应该符合《建筑结构检测技术标准》〔GB/T50344－2004〕或者其他规范的相关规定。

2.5裂缝检测

检测前进行目测，对重点受力部位进行重点检查，并将查到的裂缝作好标示，对大于0.15mm的裂缝进行深度测量，宽度使用裂缝测宽仪和读数显微镜，深度用非金属声波检测仪测量。

对受力构件或重要的结构部位如果发现有大于0.3mm的受力裂缝进行裂缝发展检测。

对以上检测发现的每条裂缝进行详细检测，并书面记录裂缝起点、终点、走向以及不同位置处的深度。

2.6支座伸缩缝检测

支座一方面承受了桥梁的全部荷载，另一方面又安全高效地将受力全部传递至下部墩台，在运营过程中不停地承受着车辆等荷载的冲击，保证上部结构的受力形式。

伸缩缝对于梁体的自由伸缩及行车的平顺起着重要作用，因此二者对桥梁的正常运营起着至关重要作用。

检查主要运用目测法和放大镜法，对支座功能是否完好，组件是否完整、清洁，有无断裂、错位、脱空进行检查。

对油毛毡支座检查是否老化、破裂或失效，对橡胶支座检查有无裂缝、外鼓、变硬、老化、钢板锈蚀等现象。

对伸缩缝的检查除了表面的检查，还要深入缝内检查是否有异物落入，是否影响梁体的自由行程，是否有错台、部件松动损坏。

3荷载试验

桥梁荷载试验的主要目的是为桥梁状况评定提供直接、客观的依据，而桥梁状态评定最主要工作是评定桥梁承载能力。

由于荷载试验费用大，对交通影响大，一般而言，需对桥梁详细检测后判断是否需要进行荷载试验。

3.1静载试验

桥梁静力荷载试验，主要是通过测量桥梁结构在静力试验荷载作用下的变形和内力，用以确定桥梁结构的实际工作状态与设计期望值是否相符。

它是检验桥梁结构实际工作性能，如结构的强度、刚度等的最直接和最有效的手段和方法。

在静载试验前根据设计图纸及竣工资料，运用结构专用计算软件对桥梁结构模型，计算出建筑物各控制截面的内力影响线，进行静力加载计算，并确定荷载试验时的加载轮位。

将静力计算结果与荷载试验结果进行比较，以判定结构现有的受力性能和运营安全度。

试验内容：

主要截面的应力；主要截面的竖向挠度；桥墩台及支座的变形；裂缝观测。

加载位置与加载工况的确定：

试验工况下所需加载车辆的数量和轮位布置，根据设计标准活荷载产生的相应工况下的最不利效应值，满足下式所定原则的要求，进行等效换算确定：

式中:

η----静力试验荷载效率；

Sstat----试验荷载作用下,某工况最大计算效应值；

S----设计标准活荷载不计冲击作用时产生的某工况的最不利计算效应值；

（1+η）----设计计算取用的动力增大系数。

经计算确定，试验采用满载斯太而自卸汽车进行试验模拟加载，单车总重为30吨，轴重分配为12吨，12吨，6吨。

通过调整车辆总重，使在主要截面产生的效应达到设计荷载在同一截面产生控制效应的0.8～1.05倍。

试验加载工况：

跨中截面最不利弯距、四分之一截面最不利弯距、支点附近截面最不利剪力。

跨中和四分之一截面应力测试点布置在截面上、下缘和截面突变处，支点附近截面应力测试在中心轴位置布置应变化，竖向挠度测点选择在截面的下缘。

（如图）

试验加载位置与加载工况的确定主要依据能用最少的加载车辆达到最大的试验效率；在满足试验荷载效率以及能够达到的试验目的前提下，加载工况进行简化、合并，以尽量减少加载位置；每一加载工况依据某一加载试验项目为主，兼顾其他加载试验项目。

应力测试选用电阻式应变片，采用静态应变仪进行数据采集，竖向挠度采用瑞士产精密水准仪器测量，桥墩台及支座的变形采用全站仪进行观测，裂缝采用裂缝观测仪进行观测。

主要试验步骤：

3.1.1准备工作

对所检测桥梁进行交通封闭，设置好各种交通管制标志标牌，并选择在气温变化不大于2℃和结构温度趋于稳定的时间间隔内进行。

试验安排的时间段为22:

00-4:

00，主要考虑城市交通量和气温的影响。

交通管制后，对加载跨的桥面划分试验加载点，并用红油漆做好标记，并于跨中处设置测设挠度用测设点，并于桥外不受影响处设置基准点，以参考对照。

在梁底的各测点粘贴应变片，并搭接好测量线路，各种仪器调试完毕，进入准测试阶段。

3.1.2加载试验

（1）、为了使结构进入正常的工作状态，在进行正式加载试验前，用两辆加载车在试验孔跨中部位进行2-3次横桥向对称的反复预加载，预加载试验每一加载载位的持荷时间为30分钟。

预加载卸至零荷载，并在结构得到充分的零荷载恢复后，可进入正式加载试验。

（2）、桥梁空载，根据统一指令，各测量组读取桥梁在空载下的初始读数，加载车辆在停车场待命。

（3）、各测量组读取完初始数据后，加载车辆逐批进场，相续进入指定位置。

采用逐级加载的方法，要求加载车辆准确就位，卸载时车辆退出结构试验影响区，车速不大于5公里/小时。

（4）、加载车辆到位后，待结构变形稳定后，各测量小组开始测量。

每次加载（或卸载）的持续时间取决于结构变形达到稳定标准时所需要的时间，也就是同一级荷载内，结构在最后5分钟内的变位增量小于前一个5分钟内变位增量的15%，或小于所测仪器的最小分辨值，则认为结构变位达到相对稳定。

（5）、根据各个小组的测量结果，判断试验是否正常。

如果测量结果有异样，命令相应的小组查找原因，发现问题及时解决；如果一切正常，则命令加载车辆撤离。

各测量组读取完车辆卸载后的数据后，本工况结束。

只有对结构变位较大的测点，每隔5分钟观测一次，以观测结构变位是否达到相对稳定，加载或卸载后立即进行裂缝的观测。

3.1.3静载试验结果判定

结构控制截面的变位、应力或应变和裂缝的扩展，如果在未加到预计的最大试验荷载前，提前达到或超过设计标准的容许值，应立即停止加载。

（1）、控制测点应力值超过计算值并且达到或超过按规范安全条件反算的控制应力值；

（2）、控制测点变位超过规范允许值时；

（3）、由于加载试验使结构出现非正常的受力损伤或局部发生损坏，影响桥梁承载能力和今后正常使用时。

试验荷载作用下裂缝宽度不应超过设计标准的许可值，并且卸载后应闭合到小于容许值的1/3，原有的其它裂缝，受载后也不应超过标准容许宽度，结构出现第一条裂缝的试验荷载值应大于理论计算初裂荷载的90%。

3.2动载试验

动力荷载试验的目的在于研究桥梁结构的动力性能,该性能是判断桥梁营运状况和承载能力的重要指标之一。

动载试验主要为脉动试验和强迫试验。

在跨中截面下缘粘贴电阻式应变片，采用日本产KYOWA型动态应变仪进行数据采集。

脉动试验通过在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下，通过高灵敏度动力测系统测定桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起桥跨结构的微小振动响应，测得结构的自振频率和阻尼比等动力特性。

强迫振动主要利用试验载重汽车对桥梁施以动力荷载，测量桥梁关键位置的振幅、动应变，并对测得的桥梁动力响应值进行分析，获得桥梁的动力响应特性。

强迫振动试验分为跑车试验、跳车试验、刹车试验三种工况。

跑车试验采用30吨汽车，分别以10-60公里/小时的车速匀速驶过全桥，测量梁体各测点振幅和动应变，10公里/小时为一级。

跳车试验是模拟汽车越过障碍物试验，在跨中位置放置10cm高的三角木，一辆试验载重汽车后轮越过三角木后停车，测量梁体各测点振幅和动应变。

刹车试验采用一辆试验载重汽车，以30公里/小时车速行驶到跨中位置刹车，测量梁体各测点振幅和动应变。

4评估总结

分析总结阶段是对原始测试资料进行综合分析的过程。

原始资料包括大量的观测数据、文字记载和图片等材料，受各种因素的影响，一般显得缺乏条理性与规律性，未必能深刻揭示试验结构的内在行为规律。

因此，应对它们进行科学地分析处理，运用专门的分析仪器和分析软件进行分析处理，或按照有关规程的方法进行计算或判断。

4.1静载试验结果分析评定

4.1.1校验系数

1、校验系数是指某一测点的实测值与相应理论计算值的比值，实测项目包括挠度、位移、应变或力的大小，校验系数公式为：

λ=1时，说明理论值与实测值相符；

λ<1时，说明结构工作性能较好，承载能力有一定富余，有安全储备；

λ>1时，说明结构的工作性能较差，设计强度不足，不够安全。

通常中小简支桥梁结构的校验系数在0.6～0.9之间。

2、对于残余变形，《大跨径混凝土桥梁的试验方法》规定，卸载后最大残余变形与该点的最大实测值的比值应满足：

式中：

γ----残余变形系数，对于预应力混凝土与组合结构，γ=0.2；对于钢筋混凝土与圬工结构，γ=0.25；

Wp----卸载后最大残余变形的实测值；

Wmax----该点在试验过程中的最大实测值。

4.1.2规范允许限值

在桥梁静载试验中，实测了截面的最大挠度及产生的最大裂缝，与理论计算相比，即得出试验桥梁工作性能与承载能力的评价。

1、挠度评价指标：

式中：

----规范规定的允许挠度限值。

对于梁式桥主梁跨中，允许限值为1/600，对于拱桥、桁架桥1/800，梁式桥主梁悬臂端1/300；

ƒ’----消除支座沉陷等影响的跨中载面最大实测挠度；

l----桥梁计算跨度或悬臂长度。

2、裂缝限值

对于钢筋混凝土桥，在试验中产生的最大裂缝宽度应满足一定限值：

正常大气条件下

有侵蚀气体或海洋大气条件下

对于部分预应力B类构件，裂缝宽度采用名义拉应力进行限制

3、对于桥梁桩基础，为满足上部结构、桩基、桩周土变形条件安全度的要求，规范容许的地面处水平位移限值为6mm，容许的竖向沉降为40mm，超过此限值，试桩已破坏。

4.2动载试验结果分析评定

比较桥梁结构频率的理论计算与实测值，如果实测值大于理论计算值，说明桥梁结构的实际刚度较大，整体性能较好，反之则说明桥梁结构的刚度偏小，可能存在开裂或其他不正常现象。

结构整体刚度较好的桥梁，动载试验实测振动频率应大于理论计算值，且实测振型与理论振型应基本吻合。

实测阻尼比，阻尼比大，说明桥梁结构耗散外部能量输入的能力强，振动衰减得快；阻尼比小，说明桥梁结构耗散外部能量输入的能力差，振动衰减得慢。

4.3承载能力鉴定的过程：

根据对桥梁现况的检查情况，确定出桥梁检算承载能力折减或提高系数，即确定桥梁的检算系数，再按现行的桥梁设计规范，根据检查获得的桥梁基础位移、结构变形、构件开裂及其他破损等情况，对结构抗力效应引入不大于1.2的结构检算系数进行强度和稳定性验算。

评估主要从桥梁结构的强度与稳定性、结构刚度、裂缝、地基与基础四方面进行，综合验算、分析、评估桥梁的承载力及其使用条件。

结束语

对旧桥进行定期检测是桥梁养护的主要依据，是保证桥梁安全运营，更好的服务于社会的大事。

通过检测可以确定桥梁实际承载能力并为桥梁建立健康档案，为主管部门制定养护、改建、限载、加固、维修等措施提供技术资料。

通过加固维修桥梁，可以延长桥梁的使用寿命，用少量的资金投入，使桥梁满足交通量的需求。

参考文献：

《桥梁检测与维修加固》人民交通出版社2006年第1版

《桥梁施工工程师手册》人民交通出版社

《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（试行）

作者简介：

瞿建忠工作单位：

南通市泛华建设监理有限责任公司

1997年毕业工作后，从事高速公路道路与桥梁施工6年，目前在市政工程任总监，有丰富的施工和管理经验。

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