公路桥梁承载能力检测评定技术的现状与发展

2022-08-20朱其强烟台公路工程质量监测中心山东烟台264000

中国房地产业 2022年22期

文／朱其强烟台公路工程质量监测中心山东烟台 264000

引言：

桥梁承载能力指的是桥梁承受交通荷载和负荷的能力，我国不断提高桥梁建造技术水平但是因为公路桥梁承载能力缺陷将会引发交通安全事故，因为桥梁使用时间比较长，不断提高交通运输压力，原来的设计标准无法满足当前交通运输需求。因此需要检测评定公路桥梁承载能力，结合检测评定结果采取针对性的处理措施，进一步提高公路桥梁承载能力。

1、概述公路桥梁承载能力检测评定的影响因素

1.1 公路桥梁结构的完整性

在评定公路桥梁的过程中需要考虑公路桥梁结构的完整性，完成公路桥梁建设之后在交付使用之后，在外力加载的影响下，公路桥梁将会产生损伤。在行车负荷的影响下，再加上自身重量的负荷，将会破坏公路桥梁结构的完整性，不利于均衡的向下传递公路桥梁行车作用力，同时会产生严重的结构性破坏，例如发生公路桥梁梁板单板受力的情况，影响到公路桥梁通行的安全性，引发严重的安全隐患。因此公路桥梁结构性完整性直接关系到公路桥梁承载能力。

1.2 裂缝

在公路桥梁结构中经常会发生裂缝问题，裂缝问题直接影响到钢筋混凝土材料的承载力和抗渗能力以及耐久性等，甚至会减少桥梁使用寿命。公路桥梁裂缝主要包括非结构性裂缝和结构性裂缝。非结构性裂缝指的是公路桥梁自身不符合环境要求，或者自身性能不符合相关标准，从而产生裂缝问题。结构性裂缝是因为桥梁结构承载力降低引发的裂缝。通常是在结构受力之后产生桥梁裂缝问题，因此在处理桥梁裂缝的过程中，需要结合实际情况判断裂缝类型，从而选择针对性的处理措施。

1.3 钢筋锈蚀

公路桥梁发生钢筋锈蚀问题，将会影响到公路桥梁承载能力。发生钢筋锈蚀问题之后，混凝土和钢筋之间将会产生间隙，因此减少混凝土对于钢筋的握裹力，降低公路桥梁整体施工质量。如果公路桥梁重要结构部件产生钢筋锈蚀问题，将会直接减少公路桥梁使用寿命。发生钢筋锈蚀问题主要是因为混凝土缺乏密实性，或者是因为钢筋保护层的厚度不符合相关标准。发生钢筋锈蚀之后，将会严重损坏结构构件，例如会减少构件截面积，同时会降低钢筋和混凝土的咬合力，最终降低桥梁结构的承载力。

1.4 混凝土施工质量

在公路桥梁施工过程中，施工单位没有严格控制水泥选取和混凝土水灰比以及保护层厚度控制等方面，完成浇筑工作之后，钢筋混凝土构件内部将会产生质量问题，降低整体混凝土结构的抗侵蚀能力和抗锈蚀能力，最终降低桥梁结构的承载力。

1.5 公路桥梁变形

评测公路桥梁承载能力的过程中，公路桥梁变形属于重要的影响因素。在使用公路桥梁的过程中允许结构变形在限值范围内。在公路桥梁运行过程中，如果荷载超过限值，发生的结构变形问题将会直接影响到公里桥梁质量。

2、静载试验

通过观察检查可以确定施工支模处于良好的工作状态，而且箱梁外观具有平整性和光滑性。通过检查表面色泽可以确定工作人员没有做好箱梁养护工作，两个构件表面并没有出现明显的裂缝。为了确定箱梁实际情况，技术人员可以针对箱梁开展非破损的荷载试验，通过确定箱梁刚度和抗压强度以及自身性能等，可以确定箱梁的承载力。但是因为技术条件的限制，技术人员无法在完成钢箱梁组装之后立刻开展检测工作。此外现浇连接接头和施工技术等因素直接影响到箱梁力学性质，而且箱梁利用先简后支的连续结构。因此箱梁在不受力的情况下，针对箱梁组织跨简支梁试验活动，构建箱梁支梁的受力模型。

2.1 试验项目

第一，以荷载力施加为基础，有效测量接头应变力。第二，以荷载力施加为基础检测截面挠度。第三，以荷载力施加为基础检测箱梁开缝情况。

2.2 截面选取

通过施加荷载力，有效测定控制截面的箱梁内力和变形情况，技术人员在选择检测截面的过程中，要选择产生最大内力和最大变形的截面。工作人员要明确检测目的，综合测试控制和数据采集等因素，确定检测截面。如下图1所示将检测截面单位跨中A-A 截面和1/4、跨B-B 截面以及支点C-C 截面。

图1 各控制截面位置示意图

2.3 布置测点

首先需要布置应变测点，利用电阻应变片和静态应变测量系统以及计算机等。桥梁桥面板铺设构造的影响下，不适合布设测点，因为箱梁壁厚和梁高比较小，为了提高作业便利性，需要在箱梁控制截面的侧面布置应变测点，每个截面需要布置6 个测点，要保障测点布置的对称性。在挠度测点布置过程中，需要利用电子位移计在箱梁各个控制截面布置挠度测点，而且在每个控制截面需要布置两个测点。此外需要注意观测裂缝，在加载之前明确裂缝分布情况，并且持续增加荷载之后，测量箱梁裂缝宽度。在满载之后确定箱梁是否增加了新的裂缝，利用显微镜设备那个却裂缝宽度。

2.4 试验荷载

在试验过程中需要计算试验荷载，并且以此为基础完成相应的布置工作，施工单位需要根据相关规范有效计算控制截面下不利内力数值，并且确定承载力检验系数，从而确定控制截面的内力计算值，并且以此为基础计算试验荷载。

在试验过程中需要遵守以下原则：第一，试验过程中利用分级加载方式和荷载加载模型。第二，为了提高测试数据的准确性，荷载增加时间需要维持15min。工作人员需要分析采集工程情况数据信息，如果发现一行数据需要再次组织数据采集工作。第三，工作人员需要精确性的检测箱梁结构应力和裂缝等情况，在最大荷载力到达之前如果箱梁发生变形或者裂缝等问题，需要立即停止加载。

3、公路桥梁承载能力检测评定技术

3.1 经验法

经验法指的是在公路桥梁承载能力检测评定过程中，需要安排具备丰富工作经验的专家引入在1.2 以内的检算技术，准确检算结构强度和稳定性。并且结合桥梁结构存在的裂缝和桥台沉陷以及水平位移等问题，精确性的验算桥梁结构强度和稳定性。科学技术不断发展，因为专家主观因素影响到这种方法的应用，而且评定指标具有单一性特征，不利于控制检算系数和评定标准，同时无法定量化应用检算结果，因此不断降低使用频率。

3.2 承载能力衰减时变模型法

这一时变模型综合考虑混凝土强度和碳化深度以及钢筋锈蚀程度等结构耐久性参数，根据不同损伤程度的桥梁承载能力建立衰减模型，可以为旧桥承载能力评定和桥梁剩余寿命评定工作提供参考依据。但是利用这一方法也存在不足之处，例如针对碳化深度和混凝土强度以及钢筋强度等方面的取值范围缺乏精度，而且需要进一步提高不同地区和不同桥型结构的适用性。

3.3 荷载试验方法

利用荷载试验方法可以分析荷载作用下桥梁结构校验系数，同时可以保障系数的准确性和客观性，从而确定公路桥梁安全储备区间。在实际应用过程中，利用这种方法需要耗费较多的时间，而且试验场地规模比较大，同时需要利用较多的试验资金，因此在大型并且保证资金充足的桥梁工程中适合利用这种方法。在公路桥梁承载能力检测评定过程中利用这种方法可能会引发新损伤，而且产生的结果只是业应结构短期现象，在结构疲劳特性和耐久性指标检测过程中不能利用这种方法。

3.4 基于动测参数的评定法

利用这种方法的过程中，指的是在荷载和激振以及脉动作用下，测试结构的动态响应，例如需要结合振幅和自振频率以及振型等准确的评定结构承载能力。动测法可以有效检测公路桥梁结构的实际运营状态，同时可以在动荷载作用下真实的业映出结构力学性能和受力状况。但是当前动测法缺乏完善的工作方法，同时没有建立相应的计算模型。

3.5 基于检测结果定量化的评定法

基于检测结构定量化评定法的基础为我国旧桥承载能力检定方法，在评测过程中利用这种方法，可以综合考虑桥梁缺损情况和自振频率以及材料强度等方面，有利于提高评定结果的准确性，但是这种方法也存在不足之处，如下：第一，主要是利用回填法和钻芯取样法以及超声回弹法等方法判断构件材质，但是检测结果和实际情况具有较大的差异性。第二，因为工程计算模型尺寸和边界条件以及施工原因的影响，利用实测频率和理论计算频率的实测值确定分项标度的过程中，计算结果和实际情况具有较大的差异性。第三，因为公路桥梁主要是利用钢筋混凝土，但是并没有明确钢筋混凝土组合结构的很多部分。第四，在评测过程中需要考虑耐久性影响，但是构件强度和钢筋锈蚀程度以及电阻率测区是否可以代表构件实际情况还没有得到证实。

3.6 基于原始指纹评定法

原始指纹指的是竣工之后搜集整理的各种施工信息材料，原始指纹在当前公路桥梁承载能力检测评定过程中发挥着重要的作用，在检测评定过程中通过对比分析原始信息资料和当前检测结论信息，通过核对和检查工作，有利于及时发现问题，并且确定公路桥梁承载力降低的实际原因，利用这种方法可以精确调查范围和目标，有利于及时发现安全问题。

4、公路桥梁承载能力检测评定主要方法及其比较

4.1 检测评定桥梁的内容

落实桥梁测量工作可以为桥梁结构承载力评定提供依据，不同类型的桥梁的检测内容是不同的。在混凝土梁式桥梁检测过程中，需要检测钢筋锈蚀程度和混凝土强度以及保护层厚度等。针对钢结构桥梁，需要检测螺栓情况和钢构件损伤情况以及构件弯曲情况等。针对砖石桥，需要检测水泥构件裂缝和主拱圈开裂以及拱圈尺寸变化等。

4.2 桥梁检测评定的方法

在桥梁检测和评估过程中，需要评定桥梁技术状况，同时需要利用主荷载试验法，有利于判断桥梁结构的可用性。桥梁细部构件权重直接影响到桥梁技术等级评定结果的准确性和客观性。结合评定标准可以划分桥梁技术状况为以下五个部分：第一，完好状态的桥梁，主要结构部件没有发生损坏。第二，轻微缺损的桥梁，出现缺损的部分不会影响到桥梁使用功能。第三，存在中等缺陷的桥梁结构，可以实现正常使用，或者经过简单维护之后桥梁主要部件仍旧可以正常使用。第四，桥梁存在大缺损的构件，已经影响到桥梁正常使用，而且会影响到公路桥梁承载能力，严重威胁到桥梁使用安全，需要及时开展维修工作。第五，桥梁主要结构部件发生严重损坏，已经无法正常使用，不利于保障使用的安全性，需要及时开展重建工作。

在公路桥梁承载能力检测评定过程中经常会利用荷载试验法，通过在桥梁结构上施加外部荷载，在外部压力的影响下，并且利用检测仪器测量桥梁主要部位的水平垂直位移和裂缝发展等情况，并且结合计算结果检测桥梁承载力。

4.3 比较桥梁简单测评评定方法和静态荷载

根据桥梁检测人员的实践经验可以将桥梁等级评定方法分为以下五类，一二类桥梁直接判定为完好，三四类桥梁可以利用维修措施恢复桥梁承载能力。五类桥梁需要进行重建。利用这种方法不利于保障评定结果的精确性。评定静态荷载的方法具有较高的精确性，但是工作过程非常繁杂，而且过于依赖原始桥梁资料，同时需要耗费较多的资金，会影响到正常交通。通过桥梁检测和评估可以判断桥梁结构的可用性，在桥梁重力性和荷载的影响下，桥梁整体结构的安全性将会受到影响。如果桥梁部分结构发生损伤，因为过大受力，或者因为结构整体性受到影响，从而降低整体桥梁的承载力。因为判定桥梁等级和静态荷载的方法具有不同的优势和不足，因此需要结合实际情况确定方法。

5、基于公路桥梁承载能力的加固措施

5.1 加装钢板

在公路桥梁加固过程中，在桥梁外加装钢板有利于提高公路桥梁承载能力，而且会增加公路桥梁的横截面。当前并没有广泛利用这种加固方式，这是因为钢板加工难度比较大，在加装过程中需要利用支护设备，而且在投入使用之后还需要不断维修和保养钢板。

当前在钢板加装过程中，主要是在桥梁表面粘贴玻璃钢，因为材料的弹性模量无法满足混凝土要求，完成加固工作之后，在受力之后将会产生变形问题，因此通常是在临时加固并且没有大客车通过的公路桥梁中利用。

5.2 加装钢筋

加装钢筋指的是在公路桥梁表面二次加装钢筋，对于公路桥梁表面起到固定作用，以桥梁自身重量不变为前提，有效提高桥梁的抗弯性。通常在城市桥梁加固工作中不会利用这种方式，因为这种方式会影响到公路桥梁的外观。

5.3 修补裂缝

裂缝是公路桥梁经常出现的问题，如果出现的裂缝比较小，对于公路桥梁结构的影响比较小，工作人员通过多层喷洒修补即可修复裂缝。如果产生的裂缝比较大，需要填补沥青胶结料，在填补过程中需要做到低压慢速。在修补裂缝管道过程中可以利用钢板法，利用钢钉和树脂连接固定各块钢板，再利用膨胀型螺栓固定桥梁主体和钢板结构，通过整体加压方式修补裂缝，避免进一步扩散裂缝。

5.4 混凝土再浇筑

公路桥梁施工中因为外界水文地质的影响，经常会出现桥梁弯曲问题，为了解决这一问题施工单位需要利用混凝土再浇筑方式，因此提高公路桥梁的稳定性和强度。在混凝土再浇筑之前，施工单位需要全面清理桥面铺装层，完成清洁工作之后落实二次混凝土浇筑工作，可以增强桥梁弯曲部位的厚度，通过发挥混凝土再浇筑施工技术，可以进一步提高桥梁结构的抗剪切强度。

5.5 锚喷加固

在公路桥梁加固过程中利用锚喷加固技术，通过利用喷射手段可以加固钢筋网和锚杆为整体，将速凝剂掺入施工材料中，通过充分混合支护可以促进施工材料凝结，有利于提高整体路面结构的强度。同时可以保障公路桥梁的质量。在锚喷施工过程中，施工单位需要结合实际情况运输和浇筑混凝土材料，可以节省桥梁加固环节，因此简化了加固作业，有利于提高整体施工效率。