公路橋梁鋼筋混凝土試驗檢測技術(shù)應(yīng)用

文 / 廣東天虹工程咨詢有限公司 李明英

文章結(jié)合某工程項目實例，分別通過外觀檢驗、動載檢驗以及靜載檢驗等方式展開檢驗工作，同時在對該工程鋼筋混凝土現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，介紹檢測工作開展期間的注意事項，以為我國其他公路橋梁項目鋼筋混凝土檢驗工作提供參考。

引言

因為公路橋梁質(zhì)量主要取決于鋼筋混凝土質(zhì)量，所以公路橋梁鋼筋混凝土檢測工作尤為重要。檢測人員需要選用合適的檢測技術(shù)，全面檢測鋼筋混凝土質(zhì)量，確認(rèn)其各項指標(biāo)能否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以保證公路橋梁工程質(zhì)量。

公路橋梁鋼筋混凝土試驗應(yīng)用的重要性

如今，許多公路橋梁項目雖然應(yīng)用了先進(jìn)的工程材料，但由于其存在設(shè)計方式不科學(xué)、施工技術(shù)不合理等問題，因而往往可能會嚴(yán)重降低公路橋梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及工程質(zhì)量，威脅公路橋梁的正常使用，甚至威脅人民的生命財產(chǎn)安全。

公路橋梁施工期間，普遍運(yùn)用單件施工技術(shù)，導(dǎo)致破壞性原型試驗所得數(shù)據(jù)有一定的誤差，無法客觀地反映整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量情況。故而，鋼筋混凝土公路橋梁檢驗期間，多應(yīng)用不具有破壞性的試驗檢驗技術(shù)。委派人員現(xiàn)場展開檢驗是目前運(yùn)用相對頻繁的檢驗方式，但是因為檢驗人員主觀認(rèn)知存在差異，委派人員檢驗的最終結(jié)果也存在差異，無法對橋梁整體質(zhì)量進(jìn)行有效的分析與管控。

另外，我國公路橋梁質(zhì)量量化檢驗方式并未形成健全的體系，導(dǎo)致許多質(zhì)量問題的檢測方式并不統(tǒng)一。故而，檢驗人員需要結(jié)合工程實例，選用適合的混凝土檢驗技術(shù)，以保證公路橋梁鋼筋混凝土試驗數(shù)據(jù)的真實性，確認(rèn)公路橋梁鋼筋混凝土質(zhì)量是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，避免公路橋梁投入使用后引發(fā)安全事故。

工程實例

某公路橋梁是上世紀(jì)60年代即建成并投入使用的工程，有關(guān)設(shè)計資料已經(jīng)遺失。次公路橋梁結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土，橋梁上部結(jié)構(gòu)為16跨混凝土簡支雙T橋梁，單跨的長度為11m，主橋總長達(dá)176m，橋面寬度達(dá)8.5m；下部橋墩應(yīng)用兩頭帶有圓弧端的矩形墩結(jié)構(gòu)，橋臺應(yīng)用矩形實體樣式的橋臺。該公路橋梁目前廢棄不用，本次檢驗旨在分析次橋梁鋼筋混凝土強(qiáng)度，以判斷其危險性。

公路橋梁鋼筋混凝土試驗檢測技術(shù)的具體應(yīng)用

外觀檢驗

首先，檢驗公路橋梁構(gòu)件表面的缺損狀況。本次工程關(guān)于構(gòu)件表面缺損狀況的研究參考《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》內(nèi)要求，將橋梁各個結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行細(xì)分，針對橋梁外觀應(yīng)用情況展開現(xiàn)場檢驗、打分以及評估。結(jié)果顯示橋梁狀況指數(shù)BCI為87.1，歸入B級內(nèi)。

其次，確認(rèn)混凝土碳化深度。公路橋梁應(yīng)做到混凝土各個區(qū)域厚度均衡，才能延長增加鋼筋的使用壽命?；炷量梢詾殇摻钐峁A性保護(hù)，一旦混凝土厚度減弱，碳化深度如果深入至鋼筋，便使鋼筋保留在外，在其他因素的作用下，可能產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象。不僅如此，混凝土碳化將使混凝土硬度增加，強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)實際有效截面受損。檢驗人員可以采用噴灑酚酞試劑的方式展開檢驗，原理是酚酞遇到堿性物質(zhì)會變色，所以可根據(jù)酚酞顏色改變明確混凝土碳化水平。本次檢驗工作中采用現(xiàn)場鉆孔，噴涂酚酞試劑的方式進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果顯示，混凝土碳化深度平均值為14.4mm，因為混凝土碳化深度不及混凝土保護(hù)層厚度，可知因為混凝土碳化引發(fā)鋼筋銹蝕的概率偏低。

再次，混凝土強(qiáng)度檢測。如果公路橋梁混凝土強(qiáng)度較弱，將導(dǎo)致通行安全受到嚴(yán)重影響。檢驗人員可以采用回彈法進(jìn)行檢驗，結(jié)合檢驗所測得信息數(shù)據(jù)，計算混凝土回彈模量，然后與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對比，明確當(dāng)前混凝土的強(qiáng)度。本次檢測目標(biāo)為T梁構(gòu)件，采用抽樣檢驗。檢測方式嚴(yán)格依照《回彈法評定混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》內(nèi)方法評估檢測構(gòu)件強(qiáng)度：本次檢驗總計測10個區(qū)域的構(gòu)件，各個測區(qū)面積取20cm*20cm，各個測區(qū)隨機(jī)選擇16個測點(diǎn)，測試設(shè)備應(yīng)用ZC3—A型回彈設(shè)備。

采集數(shù)據(jù)時，各個測區(qū)所有測點(diǎn)回彈值內(nèi)分別去除3個最大值與最小值，剩余10個回彈值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以判斷測量區(qū)域混凝土強(qiáng)度。本次檢驗結(jié)果顯示構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定值在32.13MPa至42.44MPa內(nèi)。

最后，鋼筋銹蝕檢驗。鋼筋混凝土中的鋼筋容易產(chǎn)生銹蝕的現(xiàn)象，不僅嚴(yán)重影響鋼筋混凝土應(yīng)用的安全性，而銹蝕電位的高低也體現(xiàn)了整體混凝土構(gòu)件應(yīng)用的活動性，利用檢測鋼筋混凝土參考電機(jī)之間電位差值的高低，可以分析目前鋼筋混凝土出現(xiàn)銹蝕的概率。在此情況下電位差數(shù)值越高，即證明鋼筋混凝土之中鋼筋出現(xiàn)銹蝕的概率越大，混凝土材料之中鋼筋銹蝕電位檢驗工作，能夠利用半電池電位方式，參考電極建議采用銅硫酸銅半電池電極。

鋼筋銹蝕狀況檢驗內(nèi)容以橋梁承重構(gòu)件以及承重構(gòu)件核心受力位置為主，單一測量位置的點(diǎn)位應(yīng)在20個以上。本次檢驗即應(yīng)用半電池電位檢驗鋼筋銹蝕狀況，利用檢測鋼筋、混凝土和在混凝土表面參照電機(jī)之間連接的系統(tǒng)所反饋的電位差進(jìn)行評估。鋼筋混凝土構(gòu)件干不管規(guī)格的大小，鋼筋保護(hù)層厚度，都可采用該方式檢驗鋼筋銹蝕狀況。依照參考評估標(biāo)準(zhǔn)，可確認(rèn)該公路橋梁存在銹蝕活動性，但是無法確認(rèn)銹蝕狀態(tài)，推斷可能已經(jīng)銹蝕。

靜荷載實驗

公路橋梁工程施工期間，鋼筋混凝土材料整體應(yīng)用性能與工程使用壽命以及工程的承載能力都有密切的關(guān)系。針對鋼筋混凝土各環(huán)節(jié)的受力狀況差異性予以研究，可以應(yīng)用靜荷載實驗檢驗的方式，以分析不同區(qū)域鋼筋混凝土構(gòu)件受力情況以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

正式開展試驗檢驗工作前，檢驗人員應(yīng)確認(rèn)試驗孔所在位置，同時在惡劣位置環(huán)境下，對整體公路橋梁鋼筋混凝土構(gòu)件進(jìn)行全方位性能檢驗工作。完成試驗孔位置明確之后，檢驗人員應(yīng)結(jié)合公路橋梁的承載水平，設(shè)計更為合理的工作方案，并且在試驗檢驗工作中，利用應(yīng)變計、千分表等多樣化的設(shè)備，結(jié)合不同工況開展加載分級檢驗工作，完成對各個加載工作前形成的結(jié)構(gòu)形變問題的有效管控。

本次靜荷載試驗應(yīng)用2輛重量為13噸的三軸重在汽車加載模仿公路1級荷載，針對該橋梁加載工況，結(jié)合試驗檢測目的以及承載能力評估需求，重點(diǎn)檢測主梁跨中最大正彎矩應(yīng)變程度與撓度，試驗結(jié)果顯示公路橋梁處于荷載狀態(tài)下，僅為20%，即證明該橋跨結(jié)構(gòu)并不具備彈性工作能力。不僅如此，各個試驗孔主梁撓度校驗系數(shù)均不低于1，顯著高于混凝土橋撓度校驗系數(shù)（0.7至0.1）的最低值。通過上述試驗可知，該橋梁豎向剛度并不符合公路1級荷載的設(shè)計需求以及應(yīng)用需求。

主梁混凝土應(yīng)變分析結(jié)果顯示，控制斷面混凝土沿梁高的改變已然與受彎構(gòu)件平面假設(shè)不符。試驗結(jié)果顯示主梁混凝土應(yīng)力校驗系數(shù)最大值達(dá)9.46，而一般情況下混凝土梁橋盈利效驗數(shù)值常見值在0.4至0.8之間，證明該橋梁已經(jīng)無法滿足公路1級荷載設(shè)計需求。

動載試驗檢驗方式

動力荷載試驗檢驗技術(shù)是公路橋梁檢驗的常用技術(shù)，能夠真實、全面地檢驗整體工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，采集的信息數(shù)據(jù)具較高的應(yīng)用價值。利用動載試驗檢驗技術(shù)可以核算公路橋梁結(jié)構(gòu)振動頻率，分析整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是否滿足施工需求。另外，在計算鋼筋混凝土公路橋梁阻尼比時，需要分析橋梁整體結(jié)構(gòu)框架性能以及穩(wěn)定情況，并采用高精準(zhǔn)度的計算工作方式，保證檢驗所用設(shè)備質(zhì)量，以保證最終檢驗結(jié)果的精確度。

動載試驗具體包括如下兩項：第一，脈動試驗。在橋面指定位置安裝加速度傳感設(shè)備，以采集振動信號，獲取主梁的振動頻率，上述頻率可用作結(jié)構(gòu)參數(shù)的研究與分析，以計算結(jié)構(gòu)剛度以及質(zhì)量分布狀況。第二，無障礙行車檢測。要求一輛重達(dá)130kN的翻斗車保持勻速經(jīng)過主橋，車輛行駛速度控制為10km/h、20km/h以及30km/h，分別進(jìn)行一次往返跑試驗。檢測人員在橋面展開拾振相應(yīng)。本次研究可以獲得車輛對結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)，構(gòu)建沖擊系數(shù)和車速之間保持的關(guān)系曲線，以確認(rèn)最不利的車速。

經(jīng)過本次試驗獲得如下結(jié)論：處于沖擊荷載狀態(tài)下，橋跨結(jié)構(gòu)自振頻率值為f0=8.35Hz，理論計算獲得的主梁自振頻率f0=7.72Hz，實際測量數(shù)據(jù)高于理論數(shù)據(jù)。而在跑車沖擊下，結(jié)構(gòu)測量阻尼比值為4.87%，橋梁常見阻尼比范圍控制在0.22%至5.73%，實際測量組比處在橋梁常見阻尼比范圍之中。

沖擊系數(shù)方面，實際測量不同車速沖擊系數(shù)的結(jié)果證明，該公路橋梁沖擊系數(shù)較高，沖擊系數(shù)會伴隨車速的增加而增加，當(dāng)時速達(dá)到30km/h，沖擊系數(shù)達(dá)到1.4764，證明該公路橋梁擁有較強(qiáng)的振動，原因在于橋面受損嚴(yán)重，橋面平整度不足。

檢測結(jié)果

經(jīng)過上述檢驗，本次檢驗結(jié)果如下：主梁跨中斷面抗彎承載能力、斜截面抗剪能力以及豎向剛度均未能達(dá)到公路1級荷載設(shè)計以及應(yīng)用需求。橋面破損相對嚴(yán)重，主梁受損嚴(yán)重，墩臺工作狀況較差，橋梁耐久度不足，存在明顯的安全隱患，屬于四類公路橋梁，可定義為危橋。

結(jié)語

公路橋梁鋼筋混凝土試驗檢測是施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，直接決定了公路橋梁的使用時長、使用質(zhì)量，與民眾日常出行安全與方便有直接關(guān)系。因此，檢驗人員應(yīng)明確鋼筋混凝土檢驗的重要性，并通過動載試驗檢驗、外觀檢驗以及靜載試驗檢驗等方式充分發(fā)揮公路橋梁鋼筋混凝土試驗檢驗技術(shù)的價值，保證工程質(zhì)量滿足要求。