混凝土无损检测技术在桥梁加固中的应用

钟勇云 陈红

1中交云南高速公路发展有限公司 云南 昆明 650000

2云南省交通运输厅工程造价管理局 云南 昆明 650000

1 引言

随着经济的日益发展，交通物流运输在社会经济中的重要性尤为突出，运输车辆的轴载也越来越大，因高速公路治超限载且过路费高昂，超限货车选择了走二级公路，“百吨王”对桥梁造成了严重的破坏。近年云南省公路局开始分批次分地州对全省二级公路桥梁采取加固措施，通过混凝土无损检测技术在桥梁加固上的实际运用确保了加固施工质量。

2 混凝土无损检测技术

2.1 混凝土无损检测技术分类

混凝土无损检测技术主要分为三类：即声波类检测技术、地质雷达类检测技术、电磁感应类检测技术。

1）桥梁CT是声波类检测技术典型代表，用声波穿透混凝土，经过计算机处理反演对混凝土的声波速度成像，重现混凝土内部的结构图像[1]。声波速度反映混凝土内部的密实性、缺陷和力学性状。检测结果直观，准确。

2）地质雷达是用超高频电磁波探测目标，发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位等信息[1]。

3）钢筋位置测定仪由主机（信号发生系统、信号采集系统、信号处理系统）和探头组成，信号发射系统产生激励信号至探头，探头产生电磁场在钢筋内产生涡流，涡流产生的电磁场又被探头接收并输出电信号，电信号经主机处理系统计算判定钢筋的位置和保护层厚度以及钢筋的直径[1]。

2.2 混凝土无损检测技术应用方向

无损检测主要是提供结构物理现存状态结构模量的分布、缺陷位置、规模，为结构功能评价提供基础数据，损伤结构检算的参数分布，机构物理损伤与功能损伤分析，为修复关键部位提供基础资料，对加固部位物理效果进行评价。

2.3 无损检测技术的特点

对缺陷的位置、大小、强度能定量指示，结果直观，能直接用于结构检算。可用于旧桥梁病害的检测和加固效果评价，还能作为新建桥梁的质量控制手段。

3 桥梁加固方法

3.1 桥梁加固方法分类

桥梁加固的方法主要有：增大截面加固法，粘贴钢板加固法，粘贴纤维复合材料加固法，体外预应力法，改变结构体系加固法。

3.2 各种桥梁加固方法适用条件

1）增大截面加固法适用于钢筋混凝土和预应力混凝土受弯构件、钢筋混凝土受压构件的加固。

2）粘贴钢板加固法适用于钢筋混凝土受弯、受拉、受压构件的加固[2]。

3）粘贴纤维复合材料加固法适用于钢筋混凝土受压柱、梁、板的加固[2]。

4）体外预应力法适用于预应力梁的加固，改善原结构受力状况。

5）改变结构体系加固法适用于多跨简支梁改为连续梁，连续梁、连续刚构桥改为矮塔斜拉桥等使原有结构受力体系发生改变的方法[2]。

3.3 混凝土简支梁梁桥加固方法选择

1）简支梁抗弯能力不足或梁体挠度过大时，比较适合采用体外预应力法，增大截面、简支变连续等加固法。

2）个别主梁体病害严重，其它主梁状况良好，可采用更换主梁加固。

3）对于提高承载能力幅度不大时的加固设计，可采用粘贴钢板或纤维复合材料加固。

4）主梁斜截面抗剪能力不足时，可采用粘贴钢板或纤维复合材料加固。

4 无损检测技术在桥梁加固上的案例运用

4.1 桥梁概况

S315元阳-绿春二级公路格玛6#桥全长126.08m，桥面宽9m。桥梁上部结构为预应力混凝土结构连续T梁，桥面联系为：3×20m+3×20m；每跨梁4片装配式后张法预应力T梁。该桥原设计荷载等级为《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）中的公路-Ⅱ级荷载，比《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）中的公路-Ⅱ级荷载小，实际运营中，交通流量大，重载车辆较多，造成T梁出现竖向裂缝，裂缝位于翼缘板以下跨中位置，缝宽度0.04～0.19mm之间，裂缝大致呈“枣核”形，裂缝中部宽，向梁顶、底发展。

4.2 桥梁加固方案

依据桥梁技术状况和复检结果、病害成因、加固目标、施工条件等，T梁腹板在距梁端 4～16m范围（即梁的约 1/5～4/5 处）存在腹板竖向裂缝，裂缝从马蹄侧面沿腹板向上延伸，贯穿至行车道板，病害情况严重。

经理论计算拟定每片梁增设2束3φ/15.2抗拉强度为1860MPa的体外预应力钢绞线进行加固，改变原结构内力分布并降低原结构应力水平，使一般加固结构中所特有的应力应变滞后现象得以消除，后加部分与原结构粘为一体，较好地共同工作，使结构的总体承载能力有一定程度提高；使构件中原有裂缝宽度减小甚至完全闭合，并抑制新裂缝的出现。

4.3 混凝土无损检测技术的应用

此次体外预应力钢绞线加固方法的难点在于体外预应力锚固块（见图1）的施工，T 梁两侧锚块腹板贯穿植筋，植筋数量较多且密集，T梁内钢绞线与植筋钻孔理论最小距离2.5cm（见图2）。

图1 预应力锚固块位置图

图2 钢筋钢绞线位置图

1）钢筋测定仪检测锚固块位置原T梁腹板钢筋保护层厚度，防止在凿毛混凝土表面上伤害到原T梁钢筋。

未采用钢筋测定仪检测保护层厚度就开始在T梁腹板进行锚块位置混凝土切割凿毛，造成T梁钢筋损伤甚至断裂（见图3）。

图3 未测定保护层厚度施工造成T梁钢筋损伤

2）本次危桥改造项目由于贯穿植筋较多，如何避免钻孔过程中伤及原梁钢绞线是施工成败的关键，经查阅资料及多方咨询，原梁钢绞线的探测采用地质雷达探测方法，准确度高，探测相对便捷，工期影响小。

①收集相关设计资料

a）梁体在锚固块区域内的波纹管埋深、分布图；

b）梁体在锚固块区域内钢筋（竖向钢筋、水平钢筋）的直径、净保护层厚度。

②根据收集的图纸在梁体侧面标记出波纹管设计的分布位置。

③利用钢筋检测仪探测出钢筋在梁体侧面的实际位置，并作网格线标记（见图4）。

图4 钢筋测定仪检测保护层厚度

④在梁体表面锚块区域内画出多条间距40cm左右的竖向测线标记，测线位置尽量布置在相邻两根竖向钢筋中间，避免竖向钢筋对采集信号的干扰。

⑤采用1.6G手持式地质雷达（天线频率为1.6G，探测深度为30cm，深度分辨率约为1mm）在每条竖向测线上进行匀速扫描（见图5），根据雷达特征图像（见图6），现场标记出各条测线上钢绞线中心点位置，然后将各条测线上探测出的钢绞线中心点连接起来得到钢绞线中心点在梁体的实际位置分布线。

图5 1.6G手持式地质雷达

图6 波纹管内钢绞线典型雷达特征成像图

3）锚固块混凝土质量控制

由于锚固块位于梁端翼板下面，混凝土浇筑面距翼板底部16～36cm，狭小的操作空间对锚固块混凝土浇筑质量控制有很大难度，为检测混凝土的施工质量现场采用桥梁CT对锚固块质量进行检测，通过桥梁CT检测出的锚固块混凝土波速剖面图（见图7）可以看出锚固块混凝土密实度比较均匀，只有在预埋孔道周围稍差，均满足质量要求。

图7 T梁锚固块BCT剖面图

5 总结

混凝土无损检测技术在桥梁加固施工中的应用，解决了桥梁加固施工中遇到的一系列技术难题，通过钢筋测定仪检测避免了在新老混凝土结合面凿毛施工中对原结构中钢筋的损伤，通过高频地质雷达检测避免了在植筋钻孔施工中对原T梁中预应力钢绞线的破坏，通过BCT技术对锚固块混凝土质量缺陷进行透视检测保障了锚固块混凝土的内在质量，确保桥梁加固的实施[3]。

新检测技术在工程施工中的广泛应用，为工程质量提供了坚实的技术保障条件，为我们国家的实现中国梦做出了有力的贡献。