桥梁工程中预应力混凝土桥梁的检测与加固技术

2024-04-12谢茂宇

城市建设理论研究（电子版） 2024年1期

关键词：钢束桥梁工程预应力

谢茂宇

中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司重庆 400023

现在桥梁工程运维管理作业中，工作人员须采取有效的加固方案，提升桥梁结构的综合使用寿命，并且根据前期探测到的信息、数据资料，对加固作业的细节、流程、内容进行严格把控，提升整个项目的综合管控水平。

1 桥梁工程中预应力混凝土桥梁的检测技术

1.1 超声波检测技术

超声波检测技术借助非破坏性的检测方案，通过发送高频声波，测量声波在材料内部的传递速度和反馈情况来评估结构内部的状态。在预应力混凝土桥梁检测活动中，工程师可利用相关技术识别裂缝、裂纹、孔隙、腐蚀等病害问题；同时也能够对预应力钢束的状态进行检测。在预应力混凝土桥梁中，工程师可利用超声波检测技术，对比声波传播速度的降低或反射信号异常的情况，推断出主体结构存在的损坏问题[1]。通过深入评测相关数值指标，可帮助工程师确定问题性质以及严重程度，从而制定修复方案。

1.2 磁粉检测技术

磁粉检测技术通常借助磁学原理，检测钢筋表面磁场分布，评估钢筋的健康状态，可对桥梁工程中预应力混凝土结构的稳定性指标进行管控。在进行检测前，工程师需要在钢筋表面涂抹磁粉，而相关磁粉颗粒在受到磁场作用的情况下会在钢筋表面呈现出规律排布的情况，形成对应的图案。在检测过程中，工作人员可利用磁粉检测仪器来观察此类异常现象，通过评估磁粉在钢筋表面的排列状况，以及分布图案，可发现其中潜在问题。工作人员需要在检测过程中耐心细致收集数据信息，确定问题的严重性，从而及早发现预应力钢束存在的问题，并且采取必要的维护措施。

1.3 实验室检测

实验室检测较为常见，通过实验室测量，可对钢筋混凝土结构的预应力指标以及理化参数进行深入分析。工程师可在实验室环境中对钢筋材料的物理特性、化学特性进行评估，通过力学测试以及化学检测，可对相关材料的耐久度以及综合性能进行评测。在实验室检测过程中，工程师对预应力混凝土桥梁进行测验可通过强度测试，对混凝土的抗压强度进行评估分析，在实验室条件下可对混凝土样本施加一定的压力来测量其抗压强度。而在对应的测量环节，工程师也可对钢筋性能进行检测，包含进行抗拉强度测试、屈服强度测试等，确保预应力钢筋的性能满足设计标准和要求。

在完成力学性能测试之后，工程师在实验室中也可通过化学分析，对混凝土样本的化学成分进行评测，以此来检测混凝土中的各类掺合剂、骨料的投放比例是否合理，评估其成分配比是否满足前期的质量管控需求。在该环节，工程师也可进行温度测试，对桥梁工程预应力混凝土的钢筋性能以及在极端温度下的表现进行评测。因此，在实验室检测过程中，工程师可采取多元化的测量方式，通过物理测试、化学测试以及力学测试，从耐久性、水渗透性测试、抗压强度测试、密实度测试以及钢筋耐腐蚀性能测试等多个层面，完成对各项参数指标的管控，并且出具相应的检测评价报告。通过实验室的专业化检测，可更加直接、全面地反映出桥梁工程中预应力混凝土结构存在的病害问题，从而帮助工程师从更加细微、深入的层面来改善结构加固策略。

1.4 红外热成像技术

红外热成像技术作为一类非破坏性的检测手段，可识别出桥梁存在的结构异常。由于不同物体存在不同的温度图谱，在分子热运动的情况下会产生红外辐射，工程师可借助红外热成像设备检测到相关辐射并且生成温度图像。在检测分析过程中，工作人员可通过红外热成像设备来扫描桥梁表面结构，评估图像中的温度分布，可检测到相关区域存在的质量问题（如在潮湿、裂缝、腐蚀），相关病害问题会出现温度分布异常的情况，从而可以帮助工作人员识别出其中潜在的故障点位。

1.5 钢筋探测雷达技术

钢筋探测雷达技术在检测预应力混凝土钢筋位置过程中的应用较为常见，可根据反射信号来定位钢筋位置，对其分布以及可能存在的腐蚀情况进行评估分析。首先，工作人员需要利用雷达扫描，对钢筋结构进行分析，通过雷达波束与钢筋互动产生反射信号，在不损坏主体结构的情况下，可探明钢筋的位置以及各项参数。工作人员需要将采集得到的数据信息进行处理，生成钢筋位置图像，相关图像可反映出各种参数指标评估钢筋状态[2]。但是，在数据处理以及图像生成过程中，通常会以二维或三维的形式，将整体结构展现出来，工程师须具备较强建模分析能力，从而才能够获取更加完整、全面的状态信息。

2 桥梁工程中预应力混凝土桥梁的加固技术

2.1 粘贴预应力钢束

在预应力混凝土桥梁加固作业中，工作人员结合检测得到的结果，可选择粘贴预应力钢束的策略来提升整个结构的完整性。相关技术主要是在混凝土结构表面粘贴或埋设预应力钢束，增加原有的预应力结构，使钢结构的承载性能、刚度得到提升。预应力钢束通常是以螺旋形或螺杆形式布置在混凝土表面，工作人员须利用高强度的粘合剂或粘胶，将混凝土进行粘贴固化，并且施加对应的预应力力量，将混凝土结构拉升，从而使其结构承载性能大幅度提升。

首先，工作人员需要考虑桥梁承载性能指标，评估桥梁设计的最大荷载，通过前期在进行磁粉检测过程中获取到的数据信息，通过钢筋传导的磁场，结合磁粉的状态，评估此时钢筋结构存在的破损异常以及预应力损失，明确结构设计与当前检测结果之间存在的差异；再采取精细化的粘贴措施，增加钢束的预应力结构，从而提升其综合承载性能。此类方法可根据前期的检测结果，针对已经出现的损伤，如裂纹、腐蚀，采取有效管控，可减少维护成本。在进行粘贴之前，工作人员需要确定加固需求和参数，选取合适的预应力钢束和粘接材料，使其稳固度和牢固度得到提升。

其次，在施工过程中，工作人员须保证预应力钢束得到正确粘贴，并且预应力力量的施加均匀，从而使整体结构的质量得到提升。在实践操作过程中，工作人员首先需要对混凝土结构表面进行处理，确保表面清洁、光滑、无油污以及松散颗粒，而为了达到清洁管控目标，工作人员可采取喷砂或借助高压水切割的方式，对表面进行整平处理，从而保证粘接剂能够充分附着在材料表面。

之后，工作人员需要采用双组分环氧树脂胶，按照一定的温度、湿度要求，完成对粘贴剂的使用，提升固化效果。紧接着，工作人员便需要施加对应的预应力力量。此时，可利用液压拉伸机等设备，控制预应力钢丝的拉伸力量，从而使力量能够均匀分布，避免出现结构形变或破坏。在加固之后，工作人员需要实时检测加固效果，可通过采用应变剂、位移传感器设备，对加固结构在荷载加持下的形变状况进行评测分析，根据检测结果进行科学高效的质量控制。总体来说，粘贴预应力钢束作为一种高级的交互手段，工作人员须进行前期的结构破损检测，分析评估当前结构设置与原有的施工设计存在的差异和出入，制定出更加严谨、细致的加固计划和方案；通过精密设计，严格管控施工过程，可进一步增强加固效果。

2.2 外包装技术

外包装技术在结构修复管控过程中使用较为常见，主要是在混凝土结构外部粘贴新的支撑材料来提升其承载能力。在外包装技术的加持下，可提升整个结构的完整性[3]。在对外包装加固策略进行使用的过程中，工作人员须评估混凝土强度、裂纹情况、结构、几何状态，根据评估结果，对外包装加固策略进行设置。确定预应力力量以及新的材料分布方式具体加固方案。具体来说，工程师可结合前期的实验室检测分析，对钢筋材料、混凝土结构的理化指标进行评测，对当前混凝土结构存在的性能缺失进行评估，从而对整个桥梁工程预应力结构状态进行模拟评价。之后，再结合超声波检测，探明整个桥梁工程结构中的各项参数信息，如裂缝、几何形状等，根据评测结果，来制定更加细致深入的施工方案。在完成前期的评测分析之后，工作人员便需要选取合适的钢筋以及粘合剂材料，提升加固性能。而对外包装材料的使用要求相对较高，工程师可结合碳纤维、钢筋纤维来改善原有的结构性能，并且辅助新的预应力钢束达到更加良好的加固状态。但是，工作人员在表面处理过程中需要针对不同裂缝状况，根据裂缝的深度、宽度以及其表面结构的破损，采取不同的外包装修复措施，并在完成外包装修复之后进行质量控制，评测加固效果。

2.3 增加梁段

增加梁段是一种常见的加固举措，主要是通过改善桥梁结构，新增额外的梁段来分摊更多的外部荷载。但是相关技术在加固作业中的使用往往具备较大的成本，工程师须进行前期深入细致的检测分析，根据测验得到的参数资料，设定更加科学合理的加固方案。在该环节，工作人员也需要进行结构评估，可利用红外热成像技术，对整个桥梁结构的温度图谱进行分析，评测现结构存在的性能缺失问题以及预应力损失；紧接着便需要参照前期所开展的实验室分析，对混凝土强度损失以及其中存在的裂缝状况、几何结构参数进行管控，根据评价结构来对新梁段进行设计。通过增加梁段数量，把控增设的位置、尺寸以及预应力钢束的布置方式，改良原有的结构性能。而为了提升梁段的质量，通常需要采取预制生产的方式，在制造过程中，工作人员可通过预制工厂的专业化生产，对梁段的质量、尺寸、预应力钢束的安装方式进行设计，从而提升梁段的综合承载性能。

在完成对于梁段的预制生产之后，工作人员便需要将新的梁段与现有桥梁连接在一起，可借助高强度的连接材料以及预应力钢束来提升整个连接结构的稳定性。在完成连接之后，工作人员可施加对应的预应力力量，通过液压拉伸设备来增加力量，从而使新的梁段处于良好的预应力状态。在完成加固之后，工作人员便需要进行实时监测，保障加固效果。在监测过程中可使用各种传感器，评估在不同荷载下桥梁的形变状况。总体来说，工作人员在施工过程中需要对桥梁结构的可靠度以及使用寿命进行评估分析，根据前期检测得到的数据来合理设置对应的施工方案和计划，从而降低成本。

2.4 底部加固技术

底部加固作为一类支撑技术，主要是在桥梁底部增加额外的结构，提升桥梁的综合承载性能。在对底部加固技术实践应用过程中，工作人员可在桥梁底部引入额外的预应力，提升桥梁的荷载能力。相关技术的核心在于对施工预应力系统进行管控，同时对新结构参数指标进行设置，提升整体结构的稳定性，延长桥梁系统的使用寿命。

首先，工作人员需要彻底评估桥梁结构，可结合当前的参数信息以及检测结果，根据过往的桥梁历史使用状况、结构材料状况以及任何存在的结构问题，评估“当前桥梁是否需要得到加固，在哪些地方需要进行加固”。在该环节，工作人员可借助上文所讲解到的钢筋探测雷达技术，通过雷达扫描，对整个桥梁的钢筋结构进行分析，评估桥梁整体结构的性能损失。通过由钢筋探测雷达技术生成二维、三维图像，将桥梁整体结构完整展现出来，并且通过建模分析可评判当前的结构损失。工作人员可根据三维图组以及虚拟模型进行荷载分析，考虑桥梁实际的运行条件以及当前新增加的交通荷载状况，确定新的预应力施加位置以及各项指标参数。

紧接着，在预应力系统设计过程中，工作人员可借助锚固点和张拉序列，确定预应力钢筋的数量和位置，平衡桥梁的受力分布。之后，在施工过程中对底部支撑结构进行合理生产制备。工作人员须合理选用支撑类型，比如可结合橡胶支座、钢制支座，保证新增加的支撑结构能够均匀分担荷载，并且提高整个结构的稳定性能。在后续具体施工过程中，工作人员需要对支撑结构进行安装，同时也需要对预应力张拉过程进行质量管控。但是在支撑作业中，工作人员也需要对支撑底部进行合理设计，确定支撑结构底部的几何尺寸、形状；同时也需要考虑当前地基结构的承载性能，考虑支撑的高度以及可能的调整机制，对结构变形进行预测分析，从而提升支撑结构的耐久性和稳定性。另外，在施工质量管理过程中，工作人员也需要及时安装对应的监测设备，及时跟进支撑结构的性能变化，发现问题并且采取有效纠正措施。在完成支撑结构的设置之后，工作人员也需要及时调整支撑结构的状态，包含对排水系统进行构建和打造，对破损部分进行维护、修缮、改善，从而保证整个结构能够安全稳定运行。

3 桥梁工程加固作业的注意事项

现阶段，在桥梁工程预应力混凝土结构加固过程中，工作人员需要采取综合、全面的管控措施，从人、机、料、法、环的多个角度，降低整个工程项目的施工成本。工程单位需要将混凝土桥梁结构检测结果与加固方案整合在一起，通过数据分析，确定加固类型以及加固策略，以此来降低加固成本。在施工环节，工程师还需要进行建模分析以及力学性能测试，对不同的加固方案进行把控，并制定更加严谨细致的加固流程，提升整体结构的稳定性。

由于桥梁工程预应力结构的损失现象较为常见，工程师需要在后续加固作业中做到常态化的维护保养，结合红外测温技术，及时监测桥梁结构的温度图谱以及各项温度信息，分析结构的变化，采取及时维护策略，有效降低后续进行大规模检修期间所花费的成本。工作人员需要做到全过程、全生命周期的质量管控，对加固方案以及各项加固策略进行灵活使用，提升整个桥梁结构的综合稳定性。