公路橋梁建設(shè)的質(zhì)量問題及試驗檢測研究

馬超

摘要 為了達到提高公路橋梁施工質(zhì)量與使用壽命，確保工程建設(shè)經(jīng)濟效益以及保護公眾安全等目標，文章對公路橋梁建設(shè)中的質(zhì)量問題進行了系統(tǒng)的探討，并深入分析了試驗檢測的各種方法，最終提出一套完善的橋梁建設(shè)與維護策略，確保公路橋梁施工的質(zhì)量與安全。

關(guān)鍵詞 公路橋梁；質(zhì)量問題；試驗檢測；工程材料

中圖分類號 U415.12文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）05-0162-03

0 引言

隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施的迅速發(fā)展，公路橋梁作為重要組成部分扮演著不可或缺的角色。然而，與之相伴的是一系列的質(zhì)量問題和挑戰(zhàn)。這些問題不僅關(guān)乎橋梁的使用壽命和經(jīng)濟效益，更直接影響到公眾的安全。因此，該研究對公路橋梁建設(shè)中的質(zhì)量問題進行了系統(tǒng)的探討，并深入分析試驗檢測的各種方法，旨在提供一套完善的橋梁建設(shè)與維護策略，確保橋梁建設(shè)的質(zhì)量與安全。

1 案例概況

35團至若羌公路升級改造項目位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州若羌縣和尉犁縣境內(nèi)。路線總體走向自北向南，起點位于尉犁縣34團東南15 km處，順接尉犁35團高速公路項目終點[1]。終點位于若羌縣北側(cè)約7 km處，與擬建依吞布拉克（新青界）至若羌高速（規(guī)劃G0612線重要組成部分）相接。

項目區(qū)屬于若羌縣轄區(qū)，若羌縣城屬暖溫帶大陸性荒漠干旱氣候，全年干旱少雨，風沙天氣居多，夏炎熱冬寒冷地帶，晝夜溫差大。線路跨度長，根據(jù)沿線區(qū)域地形、地貌和巖土體分布特征，可將線路沿線大致分為沙漠邊緣平原地貌、湖積平原地貌和沖積平原地貌，地貌復(fù)雜多變，原地面土壤多為硫酸鹽鹽澤土，線路貫穿臺特瑪湖湖區(qū)，湖區(qū)水位受季節(jié)影響，枯水期水質(zhì)含鹽量高，設(shè)計有臺特瑪湖一號大橋、臺特瑪湖二號大橋，臺特瑪湖一號中橋、臺特瑪湖二號中橋等，對結(jié)構(gòu)物耐久性及使用性能要求嚴格。

2 公路橋梁建設(shè)中常見的質(zhì)量問題

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷

在公路橋梁的建設(shè)過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷是導(dǎo)致工程質(zhì)量問題的關(guān)鍵因素之一。錯誤的荷載估計，特別是在考慮車輛荷載、風荷載、溫度荷載及地震荷載時，可能導(dǎo)致橋梁在使用壽命內(nèi)產(chǎn)生超出安全范圍的應(yīng)力或變形，進而影響橋梁的結(jié)構(gòu)安全性與耐久性。荷載估計的誤差，無論是過高還是過低，都可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞或過度使用材料，從而增加工程成本。此外，地基選擇在橋梁設(shè)計中同樣至關(guān)重要[2]。不恰當?shù)牡鼗x擇，如對土壤承載能力的誤判、未充分考慮土層的層狀性質(zhì)、地質(zhì)材料（鹽殼地段）、對地下水位及湖泊水質(zhì)的忽略，都可能導(dǎo)致橋墩沉降、側(cè)向位移或液化，進而影響橋梁的整體穩(wěn)定性。特別是在地震活躍區(qū)域，錯誤的地基選擇可能導(dǎo)致橋梁在地震作用下的破壞。

2.2 材料問題

在公路橋梁的建設(shè)中，材料問題是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能低下的主要原因之一。使用不合格或低質(zhì)量的混凝土?xí)绊憳蛄旱某休d能力和耐久性，因為混凝土的抗壓強度、抗?jié)B性、抗腐蝕性及凍融性等，能直接決定橋梁在各種環(huán)境條件下的性能表現(xiàn)。同樣，低質(zhì)量的鋼筋，可能含有太多的雜質(zhì)或存在焊接、彎曲缺陷，這將嚴重影響其抗拉強度和抗震性能，增加橋梁在動態(tài)荷載下的疲勞損傷風險。此外，不恰當?shù)牟牧洗鎯εc管理，不僅會增加材料損耗的風險，還可能導(dǎo)致混凝土和鋼筋在施工前已經(jīng)出現(xiàn)腐蝕或劣化。例如，混凝土原材料，如骨料、摻合料，在不恰當?shù)沫h(huán)境條件下存儲，可能會導(dǎo)致它們的性質(zhì)改變，從而影響混凝土的工作性和強度。水泥選材不合適，在腐蝕性較強的土質(zhì)或水質(zhì)中，應(yīng)優(yōu)先考慮抗硫酸鹽水泥，選用其他材質(zhì)水泥會降低其結(jié)構(gòu)物的耐久性。鋼筋在潮濕環(huán)境中存儲會加速腐蝕過程，進而降低其在橋梁結(jié)構(gòu)中的壽命和性能。

2.3 配合比選擇的不當

在公路橋梁建設(shè)中，配合比選擇是決定混凝土性能和質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。首先，配合比是指混凝土中的水、水泥、砂、石的質(zhì)量或體積比例，直接影響混凝土的強度、耐久性及工作性。選擇不當?shù)呐浜媳?，可能?dǎo)致混凝土的勁性模量偏低，裂縫抗抵抗能力下降，從而在荷載作用下易出現(xiàn)變形或開裂，威脅橋梁的結(jié)構(gòu)安全[3]。其次，坍落度損失也是配合比選擇不當?shù)拿黠@癥狀之一。坍落度是反映混凝土塑性流動性的指標，當配合比選擇不當，可能導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)水泥骨料分離、流動性降低等問題，這將影響橋梁的澆筑質(zhì)量，可能產(chǎn)生蜂窩、孔隙等質(zhì)量缺陷，會進一步降低混凝土的密實性和耐久性。最后，季節(jié)性配合比調(diào)節(jié)是公路橋梁建設(shè)中不可忽視的重要環(huán)節(jié)。由于不同季節(jié)，尤其是受溫度和濕度變化的影響，會對混凝土的凝結(jié)硬化過程產(chǎn)生影響，因此需要對配合比進行相應(yīng)的調(diào)整。例如，夏季高溫下，混凝土易早期蒸發(fā)，可能導(dǎo)致水泥水化不足，降低強度；而冬季低溫下，若不進行配合比調(diào)整，可能出現(xiàn)混凝土凍結(jié)，影響凝結(jié)硬化過程。若對季節(jié)性配合比調(diào)節(jié)不夠重視，將影響橋梁結(jié)構(gòu)的完整性和使用壽命。

2.4 施工方法的不當

在公路橋梁建設(shè)中，不當?shù)氖┕し椒▽こ藤|(zhì)量的影響不容忽視。首先，施工順序的混亂可能導(dǎo)致構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力或應(yīng)變分布受到不良影響，從而影響橋梁的結(jié)構(gòu)性能和安全性。例如，若先進行上部結(jié)構(gòu)施工而后進行地基施工，可能會導(dǎo)致地基承載不均，進一步引起橋墩或橋塔的傾斜和裂縫[4]。其次，技術(shù)指導(dǎo)的缺乏則可能導(dǎo)致施工過程中不恰當?shù)幕炷翝仓?、混凝土固化、預(yù)應(yīng)力張拉、鋼筋焊接等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的誤操作，進而降低材料的使用效率，減少結(jié)構(gòu)的抗震、抗傾覆和抗彎曲能力。不合適的混凝土澆筑溫度或速度可能導(dǎo)致混凝土的蜂窩、裂縫和隔離，而缺乏技術(shù)指導(dǎo)的預(yù)應(yīng)力張拉操作則可能引起預(yù)應(yīng)力喪失，削弱結(jié)構(gòu)的承載能力。

2.5 維護與管理

在公路橋梁建設(shè)領(lǐng)域中，維護與管理的疏忽是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能衰減的主要因素之一。缺乏定期的檢查與維護意味著潛在的結(jié)構(gòu)問題，如裂縫、腐蝕或材料劣化，可能在早期階段被忽視，從而導(dǎo)致問題的累積與擴散。例如，不定期的橋梁表面檢查可能導(dǎo)致防水層或保護層的破損或剝落，從而導(dǎo)致混凝土的碳化和鋼筋的腐蝕。此外，對初級損傷的忽略，如微小的裂縫或初期的鋼筋銹蝕，可能會在未來的荷載或環(huán)境作用下進一步擴展，進而影響橋梁的承載能力和耐久性。鋼筋腐蝕可能導(dǎo)致混凝土剝落，而裂縫的擴展可能引起橋梁的整體穩(wěn)定性問題。更為嚴重的是，長時間的維護與管理疏忽可能導(dǎo)致橋梁在極端情況下的突然失效，帶來嚴重的經(jīng)濟和安全后果[5]。

3 公路橋梁試驗檢測的基本方法

3.1 荷載試驗

公路橋梁的荷載試驗是評估結(jié)構(gòu)性能和橋梁安全性的關(guān)鍵手段。荷載試驗通常包括設(shè)計荷載的模擬和超載測試，以確保橋梁在實際荷載條件下的安全工作。設(shè)計荷載的模擬使用預(yù)定的標準荷載模型，如HS-20或HS-25載荷模型，模擬實際交通流的影響[6]。給定一個荷載模型，其垂直作用力為：

F=k×A （1）

式中，k——荷載系數(shù)；A——荷載面積。例如，對于HS-20荷載模型，k=20 kips/ft?。超載測試則模擬極端情況，如超重車輛通過橋梁，以評估結(jié)構(gòu)的最大承載能力。測試結(jié)果數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1中可以看出，當橋梁受到超載時，其垂直作用力會增加25%，這需要橋梁結(jié)構(gòu)具有足夠的儲備承載能力來應(yīng)對這種增加的荷載。荷載試驗為工程師提供了寶貴的數(shù)據(jù)，幫助他們評估橋梁的結(jié)構(gòu)健康狀況和壽命預(yù)測，從而確保公眾安全。

3.2 材料試驗

公路橋梁的材料試驗旨在評估使用材料的基本性能，確保其滿足工程要求。混凝土抗壓強度試驗是評估混凝土強度的標準方法，其基本公式為：

（2）

式中，σc——混凝土抗壓強度；P——施加于試樣上的最大荷載；A——試樣的橫截面積。鋼筋拉伸試驗用來評估鋼筋的屈服和斷裂強度，其公式為：

（3）

式中，σs——鋼筋拉伸強度；F——施加的拉伸力；A0——鋼筋原始橫截面積。試驗結(jié)果數(shù)據(jù)如表2所示。

混凝土的計算抗壓強度為40 MPa，而鋼筋的計算拉伸強度為540.31 MPa。這些試驗結(jié)果提供了關(guān)于材料性能的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，有助于工程師評估橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計荷載下的性能和安全性，從而確保整體工程質(zhì)量。

3.3 非破壞性檢測方法

公路橋梁的非破壞性檢測方法是為了在不損壞結(jié)構(gòu)的情況下評估其內(nèi)部狀態(tài)和性能[7]。超聲波檢測采用高頻聲波測量混凝土中的裂紋或孔洞。該方法的基本原理是“當聲波遇到裂紋或空洞時，其速度會發(fā)生變化”，其公式為：

（4）

式中，v——聲速；d——超聲波傳播的距離；t——傳播時間。紅外熱成像檢測利用材料對熱的響應(yīng)來檢測內(nèi)部缺陷。當橋梁受到太陽輻射時，缺陷區(qū)域的溫度與周圍區(qū)域相比會有所不同，因為缺陷改變了熱傳導(dǎo)路徑。試驗結(jié)果數(shù)據(jù)如表3所示。

從超聲波檢測中得知，聲速為3 400 m/s，說明橋梁混凝土中無顯著裂紋。然而，紅外熱成像顯示2.5 ℃的溫差，這可能暗示深部裂紋的存在。這些非破壞性檢測方法為工程師提供了寶貴的信息，有助于評估橋梁的健康狀態(tài)，避免潛在的結(jié)構(gòu)問題。

4 質(zhì)量問題的預(yù)防與改進策略

4.1 高質(zhì)量地設(shè)計與計劃

確保公路橋梁的高質(zhì)量建設(shè)，首先需進行精確的地質(zhì)勘察，掌握地下土層特性、水文地質(zhì)及地震活動情況，從而為工程提供可靠的地質(zhì)參數(shù)。高質(zhì)量的設(shè)計不僅要基于準確的地質(zhì)數(shù)據(jù)，而且需采用先進的設(shè)計軟件，如SAP2000或Midas Civil，以實現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化配置與荷載分配。此外，先進的有限元分析方法在橋梁設(shè)計中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，幫助工程師準確模擬結(jié)構(gòu)行為、預(yù)測潛在問題并優(yōu)化設(shè)計方案。同時，建設(shè)計劃的明確與合理安排也至關(guān)重要，如工程量估算、資源分配和施工進度控制，這都為確保橋梁工程的質(zhì)量、安全與經(jīng)濟性提供了堅實基礎(chǔ)。

4.2 嚴格的材料控制與驗收

在公路橋梁工程中，嚴格的材料控制與驗收是確保工程質(zhì)量的基石。全面的供應(yīng)商管理制度需確保材料供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性和質(zhì)量可靠性，每個供應(yīng)商需經(jīng)過資質(zhì)審查、歷史工程案例評估及現(xiàn)場審核，確保其提供的材料符合國家及行業(yè)標準。對進場的每批材料，無論是預(yù)應(yīng)力筋、混凝土或是防腐材料，都必須經(jīng)過標準化的材料測試，如拉伸強度試驗、壓縮強度試驗和堿活性反應(yīng)測試。任何不符合技術(shù)參數(shù)的材料都需立即隔離，并進行原因分析與整改[8]。此外，工程實施過程中的材料使用也需記錄，建立材料流向與使用量的數(shù)據(jù)庫，方便后續(xù)的工程質(zhì)量追溯與分析。這樣的嚴格管控，確保了公路橋梁工程的材料品質(zhì)，為整體工程的穩(wěn)定性與耐久性提供了堅實保障。

4.3 強化施工隊伍的培訓(xùn)與管理

在公路橋梁工程中，強化施工隊伍的培訓(xùn)與管理是質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。定期的技術(shù)培訓(xùn)，確保工程團隊掌握最新的施工方法、工藝要求和安全標準，如鋼筋焊接技術(shù)、預(yù)應(yīng)力張拉工藝和高強混凝土澆筑技巧等。同時，針對不同施工階段和特定工種，如模板工、混凝土工和測量工，實施專業(yè)化的培訓(xùn)，提升其專業(yè)技能和施工質(zhì)量意識。嚴格的施工質(zhì)量監(jiān)督體系，涵蓋工程的每一個細節(jié)，從原材料進場驗收、中間工序檢查到完成驗收，確保所有環(huán)節(jié)均符合技術(shù)規(guī)范和設(shè)計要求。通過高頻、多角度的工程質(zhì)量檢查，在早期發(fā)現(xiàn)潛在問題，及時進行整改，降低因人為錯誤導(dǎo)致的質(zhì)量風險。這樣的全方位培訓(xùn)與管理，為公路橋梁工程的長久穩(wěn)定性和安全性奠定了堅實基礎(chǔ)。

4.4 定期的橋梁檢查與維護

在公路橋梁工程中，定期的橋梁檢查與維護是確保結(jié)構(gòu)安全與延長其使用壽命的關(guān)鍵。首先，需建立長期的維護計劃，詳細列出各項檢查內(nèi)容，如梁板裂縫、支座狀況、防護系統(tǒng)的穩(wěn)定性和橋墩基礎(chǔ)的完好性等。結(jié)合最新的檢測技術(shù)和方法，例如超聲波探傷、紅外熱成像和應(yīng)力波檢測，對橋梁進行細致的檢查，確保每一個關(guān)鍵部位均達到預(yù)定標準。同時，為維護工作增加預(yù)算投入是必要的。只有充足的經(jīng)費支持，才能確保所需的檢測設(shè)備、維修材料和技術(shù)人員均達到最佳狀態(tài)。對于檢查中發(fā)現(xiàn)的問題，需要及時進行維修或加固，避免小問題發(fā)展成大問題，可能導(dǎo)致嚴重的安全隱患。長期的維護計劃與增加的預(yù)算投入，旨在為公路橋梁工程提供堅實的保障，確保其在各種環(huán)境和載荷條件下的穩(wěn)定性和耐久性。

5 結(jié)束語

綜上所述，公路橋梁的質(zhì)量問題是多方面、多層次的，涉及設(shè)計、施工、材料選擇、維護等多個環(huán)節(jié)。只有通過全面、系統(tǒng)的方法，才能確保橋梁的高質(zhì)量發(fā)展和長期穩(wěn)定性。建立嚴格的供應(yīng)商管理制度、加強施工隊伍的培訓(xùn)與管理、定期的橋梁檢查與維護，以及采用先進的非破壞性檢測方法等，都是實現(xiàn)這一目標的關(guān)鍵步驟。希望該研究能為公路橋梁建設(shè)領(lǐng)域提供有價值的參考，推動該領(lǐng)域的技術(shù)進步和橋梁的質(zhì)量提升。

參考文獻

[1]王圣桀. 公路建設(shè)橋隧施工安全管理分析及公路工程瀝青混合料試驗檢測方法[J]. 中文科技期刊數(shù)據(jù)庫（引文版）工程技術(shù)， 2021（2）： 134.

[2]趙海金. 公路橋梁建設(shè)施工中的質(zhì)量及安全管理問題分析[J]. It經(jīng)理世界， 2022（6）： 75-78.

[3]曾玉娟. 公路橋梁工程建設(shè)中的集料試驗檢測技術(shù)分析[J]. 中文科技期刊數(shù)據(jù)庫（全文版）工程技術(shù)， 2023

（20）： 125-128.

[4]黃錕. 公路橋梁隧道存在質(zhì)量問題及有效的試驗檢測舉措探究[J]. 磚瓦世界， 2021（16）： 204-205.

[5]羅朗. 公路橋梁試驗檢測技術(shù)應(yīng)用與細節(jié)問題探究[J]. 新潮電子， 2023（6）： 76-78.

[6]張如艷. 公路橋梁工程建設(shè)中的集料試驗檢測技術(shù)[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計， 2021（5）： 121-123.

[7]趙聰. 關(guān)于公路橋梁工程中的試驗檢測技術(shù)研究[J]. 中文科技期刊數(shù)據(jù)庫（全文版）工程技術(shù)， 2021（23）： 37-38.

[8]鄭安寧. 有效控制公路橋梁和隧道質(zhì)量問題的試驗檢測措施研究[J]. 運輸經(jīng)理世界， 2021（36）： 122-124.