預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測(cè)與加固技術(shù)研究

付向斌

（中鋼集團(tuán)鄭州金屬制品研究院有限公司，河南 鄭州 450001）

橋梁是社會(huì)交通運(yùn)輸中不可缺少的一部分，并發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。在當(dāng)前橋梁技術(shù)等級(jí)進(jìn)一步提升的情況下，橋梁結(jié)構(gòu)型式也愈加豐富，出現(xiàn)了懸索橋和斜拉橋等，其施工技術(shù)愈加復(fù)雜、施工難度大。我國雖然在橋梁建設(shè)方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，且技術(shù)水平有很大提升，但在橋梁使用過程中，難免會(huì)受到行車荷載和環(huán)境因素等影響，出現(xiàn)性能衰退、結(jié)構(gòu)安全性降低等問題，而導(dǎo)致橋梁使用壽命縮短，存在嚴(yán)重的質(zhì)量安全隱患。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測(cè)加固的意義

1.1 延長橋梁使用壽命

我國橋梁建設(shè)當(dāng)前還在不斷發(fā)展中，橋梁項(xiàng)目數(shù)量也在增加，施工中會(huì)使用到多種施工技術(shù)和方法。當(dāng)前我國橋梁建設(shè)經(jīng)驗(yàn)豐富，技術(shù)水平得到有效提高。在改革創(chuàng)新中，不少新技術(shù)產(chǎn)生和應(yīng)用，特別是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)影響了橋梁主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通過檢測(cè)加固，可以在一定程度上延長橋梁使用壽命，提高其使用安全性、穩(wěn)定性。如果預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)不合理，則容易產(chǎn)生大的外部荷載破壞，威脅到橋梁交通運(yùn)輸安全。因此，技術(shù)人員需深入分析橋梁檢測(cè)技術(shù)，不斷提高檢測(cè)技藝、延長橋梁耐用性。

1.2 橋梁質(zhì)量事故判定依據(jù)

對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁工程進(jìn)行檢測(cè)，可以依據(jù)檢測(cè)結(jié)果分析判斷其存在的質(zhì)量缺陷，并進(jìn)行必要的技術(shù)評(píng)估。依據(jù)檢測(cè)得到的多項(xiàng)數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行橋梁質(zhì)量缺陷檢驗(yàn)、事故特征判定，各部門能履行自身職責(zé)，更好地控制各類事故。

1.3 準(zhǔn)確判斷橋梁損傷

檢查人員通過對(duì)橋梁的檢測(cè)得到數(shù)據(jù)，即可分析獲取橋梁損傷程度，以及引發(fā)損傷的原因，在此基礎(chǔ)上，針對(duì)性地采取措施，加強(qiáng)質(zhì)量控制，避免缺陷和損傷發(fā)展下去威脅到整體質(zhì)量，而引發(fā)安全事故等。

1.4 確保橋梁行車安全

社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，使交通車流量越來越多，很多車輛存在嚴(yán)重的超載問題，使得橋梁在使用中已超出初始荷載和容量，加大結(jié)構(gòu)問題和安全隱患，影響橋梁工程的耐久性。而采用科學(xué)的檢測(cè)方法，可以及時(shí)掌握橋梁存在問題，并實(shí)施有效的維護(hù)保養(yǎng)，保證橋梁質(zhì)量良好，提升其行車安全性。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁常見病害

2.1 跨中長期下?lián)?/h3>

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁工程，跨中長期下?lián)鲜浅Ｒ姮F(xiàn)象，特別是在一些大跨徑梁式橋中，會(huì)同時(shí)出現(xiàn)跨中下?lián)?、梁體跨中段垂直裂縫等問題，其下?lián)蠒?huì)發(fā)展到較大值。當(dāng)前這一問題仍比較復(fù)雜，主要引起原因是混凝土收縮徐變、預(yù)應(yīng)力損失和設(shè)計(jì)理念不足等。

2.2 梁體開裂

在已建成的連續(xù)梁橋梁中，一些橋梁上部結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)裂縫，比如箱梁頂板縱向裂縫、箱梁腹板斜向裂縫等，很多為受力裂縫，其寬度一般比較大。（1）表面龜裂。其主要是在連續(xù)梁施工過程中，缺乏及時(shí)養(yǎng)護(hù)，或者溫度出現(xiàn)較大變化而引起的。由于施工中高空養(yǎng)護(hù)條件差，因此極容易出現(xiàn)養(yǎng)護(hù)澆水不及時(shí)等問題，導(dǎo)致混凝土表面快速干縮，最終開裂。（2）腹板斜裂縫。橋梁上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)最多的是梁體裂縫，一般最先在剪應(yīng)力較大支座附近產(chǎn)生，同時(shí)裂縫數(shù)量也會(huì)持續(xù)增加，向跨中發(fā)展。（3）縱向裂縫。其一般出現(xiàn)在頂?shù)装宀课?，原因是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中施工的縱向預(yù)應(yīng)力過大、未設(shè)橫向預(yù)應(yīng)力、對(duì)溫差應(yīng)力估計(jì)不足等。（4）垂直裂縫。這種裂縫一般出現(xiàn)較少，產(chǎn)生的原因一方面是施工中疏忽了梁式橋正截面強(qiáng)度和應(yīng)力，導(dǎo)致實(shí)際有效應(yīng)力不足；另一方面是在施工中澆筑梁懸臂過程中，沒有經(jīng)過預(yù)壓重和掛籃掛索調(diào)整，掛籃下?lián)隙鴮?dǎo)致與上一段梁連接處出現(xiàn)垂直裂縫。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁無損檢測(cè)技術(shù)

無損檢測(cè)是采用專業(yè)設(shè)備對(duì)被測(cè)構(gòu)件檢測(cè)，在使用過程中不但不會(huì)損傷構(gòu)件，還可以探測(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部特征，以此來推斷其整體性能。

（1）聲發(fā)射技術(shù)。這種技術(shù)在美國應(yīng)用比較廣泛，可以應(yīng)用該技術(shù)檢測(cè)橋梁預(yù)應(yīng)力損失時(shí)效性、錨固端滑移影響，有學(xué)者使用該技術(shù)檢測(cè)了預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)應(yīng)力錨索在錨固區(qū)滑移，要想聲發(fā)射技術(shù)在實(shí)踐中得到進(jìn)一步的高效使用，還需加大研究開發(fā)力度。

（2）電磁效應(yīng)檢測(cè)法。電磁效應(yīng)檢測(cè)方法主要有三種：渦流、測(cè)漏磁和磁粉檢測(cè)。利用磁通量泄露原理，對(duì)預(yù)應(yīng)力筋預(yù)應(yīng)力損失加以檢測(cè)，在應(yīng)力變化的情況下，受物體伸縮影響，磁通會(huì)發(fā)生變化，并引發(fā)感應(yīng)器線圈感應(yīng)電流變化，進(jìn)一步檢測(cè)應(yīng)力變化。其優(yōu)勢(shì)在于實(shí)際測(cè)量速度較快，且屬于非接觸測(cè)量，在發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)可以遠(yuǎn)距離測(cè)量。但在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過程中也會(huì)受到不少因素影響，進(jìn)而影響其可靠性、精確度，加大量值標(biāo)定難度。由于材質(zhì)相對(duì)敏感，因此一般在鐵磁材料中應(yīng)用。磁性法工作中需要依靠外部激勵(lì)磁場(chǎng)，所以容易引發(fā)磁化不均的問題，且實(shí)際檢測(cè)中存在設(shè)備笨重、能源消耗大、磁污染等問題。

（3）超聲波檢測(cè)法。在非破損檢測(cè)中，超聲波檢測(cè)法的應(yīng)用較多，其原理是在混凝土中傳播時(shí)，超聲波的傳播參數(shù)會(huì)改變，可根據(jù)其變化獲取結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息，再通過信息分析評(píng)價(jià)混凝土構(gòu)件性能。由于混凝土材料的組成顆粒小、密度大，實(shí)際分布相對(duì)比較均勻，因而其內(nèi)部超聲波的傳播也是均勻的。實(shí)際檢測(cè)中，混凝土波速與抗壓強(qiáng)度之間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，因此評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)性能時(shí)可以參考聲波速度，準(zhǔn)確、有效檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷程度和缺陷位置。同時(shí)還可采用超聲波檢測(cè)技術(shù)，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁裂縫深度、結(jié)構(gòu)耐久性加以分析判斷，以此為依據(jù)制定修補(bǔ)、加固處理措施。

（4）動(dòng)力檢測(cè)法。這種方法檢測(cè)是基于梁振動(dòng)方程中頻率與剛度間的相關(guān)性，通過檢測(cè)振動(dòng)頻率，對(duì)梁振動(dòng)剛度進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而推算得到梁有效預(yù)應(yīng)力，最終應(yīng)用在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中。這種檢測(cè)技術(shù)簡便、快捷、無損傷，可根據(jù)結(jié)構(gòu)自振頻率判斷整體特性。

3.2 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁局部破損檢測(cè)方法

局部破損檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)中使用儀器進(jìn)行損傷試驗(yàn)，對(duì)象為構(gòu)件局部，獲取得到數(shù)據(jù)后推斷構(gòu)件的整體性能。主要技術(shù)方法如下。

（1）預(yù)應(yīng)力筋直接檢測(cè)技術(shù)。這種檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用需要在預(yù)應(yīng)力筋上設(shè)置傳感器來測(cè)試其應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)前常用方法就是粘貼光纖光柵傳感器，但受孔道中摩擦、擠壓影響，會(huì)出現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)失真的問題，還需進(jìn)一步完善傳感器復(fù)合工藝。

（2）應(yīng)力釋放法。這種檢測(cè)方法是使用機(jī)械切割，進(jìn)而產(chǎn)生應(yīng)力釋放，對(duì)切割前后構(gòu)件應(yīng)變進(jìn)行檢測(cè)，可以根據(jù)材料本構(gòu)關(guān)系，對(duì)構(gòu)件應(yīng)力狀態(tài)加以分析。當(dāng)前在使用該技術(shù)時(shí)主要是釋放單點(diǎn)應(yīng)力，其測(cè)試精度比較高。在實(shí)際檢測(cè)中，需要結(jié)合實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)模型以及現(xiàn)實(shí)中影響因素進(jìn)行合理應(yīng)用。

4 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁加固處理措施

4.1 遵循加固施工原則

在對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁進(jìn)行加固處理時(shí)，需要堅(jiān)持以下原則：首先是全面檢測(cè)橋梁惡劣程度、受損情況，并詳細(xì)記錄好檢測(cè)結(jié)果，出具橋梁缺陷檢測(cè)報(bào)告；其次是依據(jù)檢測(cè)報(bào)告，評(píng)估橋梁的安全性能和實(shí)際運(yùn)輸能力，以此確定損傷對(duì)橋梁的影響，包括橋梁耐久性、承載力；最后是在加固處理時(shí)需要考慮原材料耗費(fèi)、施工進(jìn)度、對(duì)交通運(yùn)輸?shù)膽?yīng)用等。此外是在不改動(dòng)橋梁結(jié)構(gòu)的情況下，加大處理橋梁構(gòu)件，以此來提高橋梁承載性能。加固施工中還要考慮經(jīng)濟(jì)因素，完善加固施工方案進(jìn)行施工。

4.2 合理應(yīng)用加固處理技術(shù)

（1）粘鋼加固法。這種方法也被稱為直接加固法，可以在混凝土構(gòu)件表面直接利用建筑結(jié)構(gòu)膠粘貼混凝土鋼板，使其與混凝土實(shí)現(xiàn)緊密結(jié)合，進(jìn)一步提高混凝土承載力。對(duì)于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，在其受壓區(qū)使用該方法，可以增強(qiáng)受壓區(qū)高度、擴(kuò)大截面面積，也會(huì)增加混凝土現(xiàn)澆層，提升構(gòu)件正截面承載力、斜截面抗剪性能，有效改善受彎承載力和截面剛度。

（2）表面封閉法。①表面涂抹法。一般適合處理混凝土表面寬度較小裂縫，通過涂抹樹脂保護(hù)膜，起到有效加固作用。在裂縫寬度變化下還可選擇使用焦油環(huán)氧樹脂材料，這種材料追蹤性較強(qiáng)，能夠很好地適應(yīng)裂縫變化，在混凝土結(jié)構(gòu)有較多密集裂縫的情況下，如果存在老化、砂漿離析等缺陷，保護(hù)膜可以大面積涂抹。②表面噴砂法。其需要先對(duì)裂縫表面做鑿毛處理，在上面噴射一層水泥砂漿保護(hù)層，這種保護(hù)層具有良好密實(shí)度和強(qiáng)度，因此可以取得良好的修補(bǔ)成效。

（3）間接加固法。間接加固法在加固預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，需要利用預(yù)應(yīng)力鋼絞線拉桿等結(jié)構(gòu)，利用預(yù)應(yīng)力鋼筋可以改善原結(jié)構(gòu)內(nèi)部預(yù)應(yīng)力分布，解決其中應(yīng)力應(yīng)變滯后問題。后加入部分應(yīng)力與原結(jié)構(gòu)可以共同作用，從而提高結(jié)構(gòu)承載能力，并對(duì)裂縫寬度加以控制。利用該方法時(shí)，預(yù)應(yīng)力與新增外部荷載的作用共同發(fā)生，在受拉下，預(yù)應(yīng)力水平拉桿會(huì)產(chǎn)生軸向力，該力會(huì)通過桿端錨固節(jié)點(diǎn)傳遞到構(gòu)件，混凝土構(gòu)件在偏心受壓作用下克服外荷載彎矩，以降低其影響，混凝土構(gòu)件抗彎性能也可得到改善。

4.3 控制好加固技術(shù)要點(diǎn)

以橋面系橫隔梁鋼板粘貼工藝為例，先處理被粘貼的混凝土、橫隔板連接鋼板表面，用砂輪磨光機(jī)磨平混凝土表面，使其達(dá)到粗骨料程度，用丙酮清洗干凈鋼板表面。然后制作粘貼加固鋼板，處理好其表面，依據(jù)需要的尺寸切割鋼板，將其切割成菱形等形狀刻痕，使其黏結(jié)性能增強(qiáng)。用稠度較高的粘鋼膠填塞鋼板與混凝土表面存在縫隙，在清理好黏結(jié)面、粘貼好鋼板之后，需要對(duì)鋼板表面除銹，并涂抹兩層防銹漆。

5 結(jié)束語

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁在運(yùn)營中，相關(guān)人員要始終關(guān)注其損傷和質(zhì)量問題，采取科學(xué)的檢測(cè)技術(shù)探測(cè)存在損傷、損傷程度和位置等。并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行必要的加固處理，以保證橋梁承載性能、耐久性等提升，延長其使用壽命，實(shí)現(xiàn)安全通車。