既有預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁橋

1、既有預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁橋的檢測技術(shù)與評定方法諶潔君1 龔建斌2（1.江西省交通科學(xué)研究院 南昌 3300380）（2. 江西省公路工程監(jiān)理公司 南昌 330006）摘要：本文結(jié)合實(shí)例闡述了對既有預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁橋進(jìn)行定期檢測的實(shí)用技術(shù)。主要包括橋梁線型和梁底標(biāo)高的測量；各構(gòu)件開裂、破損情況調(diào)查；混凝土碳化深度、強(qiáng)度及氯化物含量檢測；鋼筋排布及銹蝕概率的測定等。并介紹了依據(jù)檢測結(jié)果，使用分層法計(jì)算技術(shù)狀況評定指標(biāo)BCI，最終作出既有橋梁現(xiàn)狀評定的評定方法。關(guān)鍵詞：橋梁工程、橋梁現(xiàn)狀、檢測技術(shù)、評定方法0 前 言預(yù)應(yīng)力混凝土梁由于預(yù)加應(yīng)力的存在，使得梁體全截面參加工作，增大了抵抗活載的能力；

2、與鋼筋混凝土梁相比，具有自重輕、節(jié)省鋼材、剛度大的特點(diǎn)。近年來，隨著混凝土及鋼材強(qiáng)度的提高、預(yù)應(yīng)力工藝的不斷改進(jìn)，預(yù)應(yīng)力混凝土梁大規(guī)模地應(yīng)用到了公路建設(shè)中。這些橋梁經(jīng)一段時(shí)間的使用后，難免會發(fā)生各種各樣的損傷。然而隨著國民經(jīng)濟(jì)日益增長、公路客貨運(yùn)輸量不斷上升，對橋梁的安全性、行駛條件的要求越來越高。于是對這些既有橋梁定期進(jìn)行檢測、評定就成為確保其安全運(yùn)營、延長使用壽命的有效方法。本文以豫章大橋?yàn)槔?，介紹對預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁橋進(jìn)行檢測的實(shí)用技術(shù)和評定方法。豫章大橋建成于1992年12月，實(shí)測標(biāo)準(zhǔn)跨徑為3×30+3×30+3×42+3×42+4×

3、30m（其中第13跨跨徑系由原設(shè)計(jì)的42m變更為30m），五聯(lián)共16孔，橋梁全長560.55m，連接南昌市區(qū)與蔣巷鎮(zhèn)。橋面人行道與行車道之間的分隔墩已被拆除，橋面凈寬由原設(shè)計(jì)的凈7+2×3.25m人行道改變?yōu)閮?3.5m行車道。設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)：汽車20級，掛車100，人群3.5KN/m2。通航等級為五級。下部構(gòu)造為鉆孔灌注樁配圓柱形墩柱，并在樁柱連接處設(shè)有橫系梁。北岸橋臺為灌注樁配同直徑柱身，南岸橋臺由原設(shè)計(jì)的樁柱式改為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)重力式U型橋臺。 圖1 豫章大橋總體布置圖 單位cm1 橋面線型及梁底坐標(biāo)測量1.1 橋面線型測量線型測量包括對平、縱面線型的測量。測量平面軸線時(shí)假定兩岸橋

4、臺未發(fā)生橫向移位，取兩橋臺中心為控制點(diǎn),使用全站儀對整個(gè)橋面軸線進(jìn)行測量，用以評判其是否產(chǎn)生橫橋向的移位?？v向線型主要是采用精密水準(zhǔn)儀測量全橋各跨的跨中、橋墩中心線及兩岸橋臺尾部等斷面的橋面標(biāo)高。每個(gè)斷面一般測量橋面邊緣、原分隔墩處及中心線共5個(gè)點(diǎn)。從測量結(jié)果來看：大橋?qū)崪y軸線基本成一直線，無橫向移位現(xiàn)象；但橋面縱向平順度不好，呈齒狀波浪形；行車道及原人行道橫坡均比設(shè)計(jì)值小。1.2 梁底坐標(biāo)測量本次檢測對各片T梁的兩支點(diǎn)及跨中梁底坐標(biāo)均進(jìn)行了測量，測量儀器采用免棱鏡全站儀。由實(shí)測數(shù)據(jù)可知：30米和42米橋跨分別有96.7%和41.7%的T梁在預(yù)應(yīng)力和恒載的共同作用下其反拱值均大于設(shè)計(jì)值，從而說

5、明反拱度過大是導(dǎo)致橋面縱向平順度差的主要原因之一。2 病害調(diào)查2.1 橋面鋪裝及人行道構(gòu)件豫章大橋橋面鋪裝縱、橫向開裂。經(jīng)檢測人員實(shí)地觀測，橫向裂縫主要出現(xiàn)在橋面連續(xù)附近，縱向裂縫則與T梁間鉸縫所在位置一致。大橋原有分隔墩已被拆除，但原預(yù)留件尚露在橋面上。多處人行道構(gòu)件存在不同程度的破損，甚至缺失。2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土T梁預(yù)應(yīng)力混凝土T梁是橋梁承受荷載的主要受力構(gòu)件，須從結(jié)構(gòu)裂縫和表面缺陷兩個(gè)方面對其進(jìn)行詳細(xì)的病害調(diào)查。由于豫章大橋橋下凈空較高，且跨越贛江，進(jìn)行檢測時(shí)使用了徐工集團(tuán)生產(chǎn)的全自動橋梁檢測作業(yè)車作為工作平臺。對于預(yù)應(yīng)力混凝土梁，裂縫易使?jié)駳狻⑺譂B透到預(yù)應(yīng)力鋼絲上，引起鋼絲銹蝕。公

6、路橋涵施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定，對預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中的表面裂縫，非預(yù)應(yīng)力部分容許有0.2mm 以下的收縮裂縫，其余部分不應(yīng)出現(xiàn)裂縫。通過在對大橋各主梁采用電子裂縫觀察儀進(jìn)行了詳細(xì)的裂縫調(diào)查后，尚未發(fā)現(xiàn)超過規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)受力裂縫。另外，T梁還存在橫向聯(lián)系薄弱（T梁間鉸縫不飽滿，橫隔板間聯(lián)結(jié)處錯(cuò)位、鋼板外露）；混凝土質(zhì)量較差；局部混凝土保護(hù)層太薄等非結(jié)構(gòu)受力病害的表面缺陷。2.3 附屬構(gòu)件大橋支座均為橡膠支座，主要存在部分支座變形后開裂、支承中心線與理論位置不相符的病害。伸縮縫則為板式橡膠伸縮縫，經(jīng)多年使用，6條伸縮縫均破損、變形。泄水管目前使用狀況均良好、排水通暢，但排水時(shí)將雨水散流到主梁上，使主梁受到水蝕。

7、2.4 下部構(gòu)造對墩臺、基礎(chǔ)的病害調(diào)查主要包括：查明基礎(chǔ)的沉降、滑移和傾斜情況；確定基礎(chǔ)是否存在異常應(yīng)力以致開裂；墩臺身的裂縫檢查。主要的檢測儀器設(shè)備是：全站儀、精密水準(zhǔn)儀和裂縫觀測儀等。豫章大橋下部構(gòu)造主要存在以下病害：（1）9號橋墩橫系梁中心線與橋面中心線不一致，且跨中附近存在一條寬度約為0.2mm的貫穿裂縫。另外，在橫系梁外澆筑有一圈混凝土。由于橫系梁位于河床以下，樁基礎(chǔ)的情況需進(jìn)行開挖后才能查明。（2）部分橋墩樁頂混凝土質(zhì)量較差，主筋外露、銹蝕。（3）16號橋臺前墻、臺帽在橋面中心線附近豎向貫穿開裂；背墻存在局部混凝土脫落、鋼筋外露的現(xiàn)象。3 混凝土內(nèi)部缺陷專項(xiàng)檢測3.1 混凝土碳化深

8、度碳化的實(shí)質(zhì)就是混凝土的中性化，這將使鋼筋失去混凝土的保護(hù)、表層的鈍化膜被溶解。如有水和空氣存在，已碳化混凝土中的鋼筋就會開始銹蝕。根據(jù)豫章大橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分別對主梁腹板及墩臺蓋梁、墩柱進(jìn)行了碳化深度檢測。每種構(gòu)件選取兩個(gè)測區(qū)，每個(gè)測區(qū)分別測試3個(gè)測點(diǎn)。對混凝土鉆孔后，立即采用酸堿指示劑（1%的酒精酚酞溶液）滴在混凝土新鮮面上，表面至深部不變色邊緣的垂直距離即為碳化深度值。檢測得各構(gòu)件混凝土的碳化深度Xc與混凝土保護(hù)層平均厚度S之比最大值在0.5以內(nèi)，說明混凝土對鋼筋的保護(hù)作用尚好。3.2 主要構(gòu)件混凝土強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度檢測根據(jù)大橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和現(xiàn)場實(shí)際情況，分別采用“超聲回彈綜合分析法”與“回彈

9、法”在主梁及墩、臺的多個(gè)測區(qū)上進(jìn)行。由于大橋運(yùn)營至今已十余年，混凝土齡期長，影響常規(guī)測試準(zhǔn)確度的因素較多，為了進(jìn)一步驗(yàn)證混凝土的強(qiáng)度值,進(jìn)行了混凝土取芯抗壓測試以進(jìn)行數(shù)據(jù)的修正。可按下式計(jì)算測區(qū)混凝土強(qiáng)度的修正系數(shù)：式中：-修正系數(shù)；fcor,i-第i個(gè)芯樣混凝土強(qiáng)度換算值；fccn,i-對應(yīng)于第i個(gè)芯樣部位用“超聲回彈法”或“回彈法”測得的測區(qū)混凝土換算強(qiáng)度值；n-芯樣的個(gè)數(shù)。用修正系數(shù)將測區(qū)混凝土換算強(qiáng)度值進(jìn)行修正，即可得到混凝土強(qiáng)度推定值。檢測結(jié)果表明大橋各構(gòu)件混凝土強(qiáng)度均達(dá)到或超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度。3.3 氯化物含量氯化物是鋼筋腐蝕的催化劑，鋼筋表面的氯化物濃度超過門檻值后，會破壞鋼筋表面的鈍

10、化層，發(fā)生去鈍化反應(yīng)，從而誘發(fā)鋼筋表面的電化學(xué)腐蝕。本次檢測利用混凝土鉆芯芯樣為樣本，采用X熒光光譜分析儀，參照巖石礦物分析（DZG20.01-91）測定氯化物含量。由檢測結(jié)果可以確定：大橋所取芯樣除表面（0cm3cm）混凝土氯化物含量偏高外，其余部位均未超標(biāo)，尚不會對鋼筋構(gòu)成威脅；氯化物含量沿混凝土表面向里層有逐漸變小的趨勢，說明混凝土中的氯化物主要系建成后遭逐漸侵蝕而產(chǎn)生的。3.4 鋼筋銹蝕概率檢測時(shí)由CuCuSO4半電池與鋼筋混凝土半電池通過“電解液”相接觸形成一個(gè)閉合回路，經(jīng)鋼筋銹蝕電位儀測出各測點(diǎn)的電位差，進(jìn)而按公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程的判據(jù)確定鋼筋銹蝕活化的概率。測區(qū)選擇在第一

11、跨1號主梁上游側(cè)蔣巷岸支點(diǎn)附近。測區(qū)面積為20×20cm，共設(shè)49個(gè)測點(diǎn)。檢測結(jié)果表明測區(qū)鋼筋發(fā)生銹蝕的概率<10%。3.5 鋼筋布置現(xiàn)狀本次檢測依據(jù)鋼筋測試儀對具有不同保護(hù)層厚度和直徑的鋼筋會產(chǎn)生不同的感應(yīng)電勢的原理，對主梁支點(diǎn)部位普通鋼筋及橋墩墩柱主筋的實(shí)際位置、混凝土保護(hù)層厚度進(jìn)行了測定。結(jié)果表明：除混凝土保護(hù)層在個(gè)別點(diǎn)的厚度偏小外，各構(gòu)件的鋼筋排布、直徑與設(shè)計(jì)值均吻合。4 結(jié)構(gòu)檢算豫章大橋結(jié)構(gòu)受力檢算采用交通部公路科研所編制的“公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)GQJS9.3”進(jìn)行。由于原設(shè)計(jì)荷載尚能滿足現(xiàn)在的交通量需求，且實(shí)測材料強(qiáng)度、鋼筋的直徑及排布均與設(shè)計(jì)值相符，故檢算時(shí)取用原

12、設(shè)計(jì)荷載及設(shè)計(jì)材料強(qiáng)度進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力計(jì)算。橋面凈空分別取用設(shè)計(jì)值（凈7+2×3.25m人行道）和實(shí)際值（凈13.5+2×0.25m欄桿）。計(jì)算時(shí)為反映橋梁的使用狀況和質(zhì)量，依據(jù)現(xiàn)場檢查結(jié)果確定了承載能力檢算系數(shù)Z1，承載能力惡化系數(shù)e、結(jié)構(gòu)截面折減系數(shù)c與鋼筋折減系數(shù)s、活載影響修正折減系數(shù)q，并對公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D62-2004）第5.1.5條橋梁構(gòu)件的承載能力極限狀態(tài)計(jì)算公式進(jìn)行了修正，即：q0SR（Z1，e，c，s）式中：q，Z1，e，c，s-結(jié)構(gòu)檢算相關(guān)系數(shù)；0 -橋梁結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，豫章大橋取1.0；S-作用效應(yīng)的組合設(shè)計(jì)值；R-構(gòu)

13、件承載能力設(shè)計(jì)值。檢算結(jié)果表明，豫章大橋主梁在凈7+2×3.25m人行道時(shí)尚滿足原設(shè)計(jì)荷載的使用要求。但橋面凈空改為凈13.5+2×0.25m欄桿時(shí)，以剛接梁法分別算得汽車和掛車作用下的橫向分布系數(shù)較與設(shè)計(jì)值之比為1.82.0倍，且42mT梁跨中截面在最不利組合荷載作用時(shí)的拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。考慮到豫章大橋作為城市橋梁的使用功能，建議將橋面凈空設(shè)置為：凈9+2×2.25m人行道。5 現(xiàn)狀評定既有橋梁經(jīng)過現(xiàn)場檢測與結(jié)構(gòu)檢算后，還應(yīng)進(jìn)行正常使用功能和承載能力的評定，進(jìn)一步依據(jù)公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范（JTG H11-2004）或城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范（JJ99-2

14、003）作出技術(shù)狀況等級評定，最終得出現(xiàn)狀評定結(jié)論。5.1 正常使用功能評定（1）大橋設(shè)計(jì)荷載與橋面寬度尚能滿足目前使用要求。（2）橋面連續(xù)構(gòu)造不合理，以致失去功能，引起橋面鋪裝橫向開裂。（3）橋面縱向線型不夠平順，不僅使行駛車輛對橋梁產(chǎn)生沖擊，還會給乘客和行人造成不舒適和不安全感；橋面橫坡過小、遇雨天積水。（4）人行道構(gòu)件局部損壞甚至缺失，給過往行人和車輛帶來安全隱患。（5）主梁翼板間鉸縫的聯(lián)系功能薄弱，鉸縫反射至橋面鋪裝，造成橋面縱向開裂現(xiàn)象嚴(yán)重。（6）橋面伸縮縫及部分支座損壞嚴(yán)重，使主梁不能自由變形，進(jìn)而使上、下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力。（7）9號橋墩橫系梁中心線與橋面中心線不一致，且在跨中附

15、近橫向貫穿開裂，因未能查詢到竣工圖及有關(guān)說明，待封閉交通后對其進(jìn)行開挖，查明樁基實(shí)際狀況后才能進(jìn)行評定。（8）16號橋臺前墻縱向開裂，已影響其正常使用。（9）局部混凝土質(zhì)量較差、混凝土保護(hù)層過薄，易產(chǎn)生混凝土碳化深度達(dá)到鋼筋范圍、鋼筋銹蝕的后果。5.2 承載能力評定經(jīng)計(jì)算分析，大橋上部結(jié)構(gòu)橋面凈空為凈13.5+2×0.25m欄桿時(shí)不滿足原設(shè)計(jì)荷載的使用要求。9號橋墩橫系梁跨中附近橫向開裂，但由于未進(jìn)行開挖，尚不能判斷其承載能力。16號橋臺臺身豎向開裂，承載能力不足，需要進(jìn)行維修加固。5.3 技術(shù)狀況等級評定根據(jù)檢測結(jié)果，采用分層法分別得出橋面系、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況指數(shù)后，進(jìn)行整體技術(shù)狀況評估（不同的結(jié)構(gòu)部位取不同的權(quán)重系數(shù)），確定整體技術(shù)狀況評定指標(biāo)BCI=63.82。依據(jù)城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范（CJJ 99-2003）第3.0.5條規(guī)定，對BCI達(dá)到5065的類城市橋梁評定為D級（不合格狀態(tài)），應(yīng)進(jìn)行中修或大修工程。6 結(jié) 語對既有橋梁進(jìn)