【既有预应力混凝土简支T梁桥】.doc

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既有预应力混凝土简支T梁桥的检测技术与评定方法谌洁君1龚建斌2（1.江西省交通科学研究院南昌3300380）（2.江西省公路工程监理公司南昌330006）摘要：本文结合实例阐述了对既有预应力混凝土简支T梁桥进行定期检测的实用技术。主要包括桥梁线型和梁底标高的测量；各构件开裂、破损情况调查；混凝土碳化深度、强度及氯化物含量检测；钢筋排布及锈蚀概率的测定等。并介绍了依据检测结果，使用分层法计算技术状况评定指标BCI，最终作出既有桥梁现状评定的评定方法。关键词：桥梁工程、桥梁现状、检测技术、评定方法0前言预应力混凝土梁由于预加应力的存在，使得梁体全截面参加工作，增大了抵抗活载的能力；与钢筋混凝土梁相比，具有自重轻、节省钢材、刚度大的特点。近年来，随着混凝土及钢材强度的提高、预应力工艺的不断改进，预应力混凝土梁大规模地应用到了公路建设中。这些桥梁经一段时间的使用后，难免会发生各种各样的损伤。然而随着国民经济日益增长、公路客货运输量不断上升，对桥梁的安全性、行驶条件的要求越来越高。于是对这些既有桥梁定期进行检测、评定就成为确保其安全运营、延长使用寿命的有效方法。本文以豫章大桥为例，介绍对预应力混凝土简支T梁桥进行检测的实用技术和评定方法。豫章大桥建成于1992年12月，实测标准跨径为3×30+3×30+3×42+3×42+4×30m（其中第13跨跨径系由原设计的42m变更为30m），五联共16孔，桥梁全长560.55m，连接南昌市区与蒋巷镇。桥面人行道与行车道之间的分隔墩已被拆除，桥面净宽由原设计的净—7+2×3.25m人行道改变为净—13.5m行车道。设计荷载标准：汽车－20级，挂车－100，人群—3.5KN/m2。通航等级为五级。下部构造为钻孔灌注桩配圆柱形墩柱，并在桩柱连接处设有横系梁。北岸桥台为灌注桩配同直径柱身，南岸桥台由原设计的桩柱式改为明挖扩大基础重力式U型桥台。图1豫章大桥总体布置图单位cm 1桥面线型及梁底坐标测量1.1桥面线型测量线型测量包括对平、纵面线型的测量。测量平面轴线时假定两岸桥台未发生横向移位，取两桥台中心为控制点,使用全站仪对整个桥面轴线进行测量，用以评判其是否产生横桥向的移位。纵向线型主要是采用精密水准仪测量全桥各跨的跨中、桥墩中心线及两岸桥台尾部等断面的桥面标高。每个断面一般测量桥面边缘、原分隔墩处及中心线共5个点。从测量结果来看：大桥实测轴线基本成一直线，无横向移位现象；但桥面纵向平顺度不好，呈齿状波浪形；行车道及原人行道横坡均比设计值小。1.2梁底坐标测量本次检测对各片T梁的两支点及跨中梁底坐标均进行了测量，测量仪器采用免棱镜全站仪。由实测数据可知：30米和42米桥跨分别有96.7%和41.7%的T梁在预应力和恒载的共同作用下其反拱值均大于设计值，从而说明反拱度过大是导致桥面纵向平顺度差的主要原因之一。2病害调查2.1桥面铺装及人行道构件豫章大桥桥面铺装纵、横向开裂。经检测人员实地观测，横向裂缝主要出现在桥面连续附近，纵向裂缝则与T梁间铰缝所在位置一致。大桥原有分隔墩已被拆除，但原预留件尚露在桥面上。多处人行道构件存在不同程度的破损，甚至缺失。2.2预应力混凝土T梁预应力混凝土T梁是桥梁承受荷载的主要受力构件，须从结构裂缝和表面缺陷两个方面对其进行详细的病害调查。由于豫章大桥桥下净空较高，且跨越赣江，进行检测时使用了徐工集团生产的全自动桥梁检测作业车作为工作平台。对于预应力混凝土梁，裂缝易使湿气、水分渗透到预应力钢丝上，引起钢丝锈蚀。《公路桥涵施工技术规范》规定，对预应力构件中的表面裂缝，非预应力部分容许有0.2mm以下的收缩裂缝，其余部分不应出现裂缝。通过在对大桥各主梁采用电子裂缝观察仪进行了详细的裂缝调查后，尚未发现超过规范规定的结构受力裂缝。另外，T梁还存在横向联系薄弱（T梁间铰缝不饱满，横隔板间联结处错位、钢板外露）；混凝土质量较差；局部混凝土保护层太薄等非结构受力病害的表面缺陷。2.3附属构件大桥支座均为橡胶支座，主要存在部分支座变形后开裂、支承中心线与理论位置不相符的病害。伸缩缝则为板式橡胶伸缩缝，经多年使用，6条伸缩缝均破损、变形。泄水管目前使用状况均良好、排水通畅，但排水时将雨水散流到主梁上，使主梁受到水蚀。2.4下部构造对墩台、基础的病害调查主要包括：查明基础的沉降、滑移和倾斜情况；确定基础是否存在异常应力以致开裂；墩台身的裂缝检查。主要的检测仪器设备是：全站仪、精密水准仪和裂缝观测仪等。豫章大桥下部构造主要存在以下病害：（1）9号桥墩横系梁中心线与桥面中心线不一致，且跨中附近存在一条宽度约为0.2mm的贯穿裂缝。另外，在横系梁外浇筑有一圈混凝土。由于横系梁位于河床以下，桩基础的情况需进行开挖后才能查明。（2）部分桥墩桩顶混凝土质量较差，主筋外露、锈蚀。（3）16号桥台前墙、台帽在桥面中心线附近竖向贯穿开裂；背墙存在局部混凝土脱落、钢筋外露的现象。3混凝土内部缺陷专项检测3.1混凝土碳化深度碳化的实质就是混凝土的中性化，这将使钢筋失去混凝土的保护、表层的钝化膜被溶解。如有水和空气存在，已碳化混凝土中的钢筋就会开始锈蚀。根据豫章大桥的结构特点，分别对主梁腹板及墩台盖梁、墩柱进行了碳化深度检测。每种构件选取两个测区，每个测区分别测试3个测点。对混凝土钻孔后，立即采用酸碱指示剂（1%的酒精酚酞溶液）滴在混凝土新鲜面上，表面至深部不变色边缘的垂直距离即为碳化深度值。检测得各构件混凝土的碳化深度Xc与混凝土保护层平均厚度S之比最大值在0.5以内，说明混凝土对钢筋的保护作用尚好。3.2主要构件混凝土强度混凝土强度检测根据大桥的结构特点和现场实际情况，分别采用“超声—回弹综合分析法”与“回弹法”在主梁及墩、台的多个测区上进行。由于大桥运营至今已十余年，混凝土龄期长，影响常规测试准确度的因素较多，为了进一步验证混凝土的强度值,进行了混凝土取芯抗压测试以进行数据的修正。可按下式计算测区混凝土强度的修正系数：式中：η-修正系数；fcor,i-第i个芯样混凝土强度换算值；fccn,i-对应于第i个芯样部位用“超声—回弹法”或“回弹法”测得的测区混凝土换算强度值；n-芯样的个数。用修正系数η将测区混凝土换算强度值进行修正，即可得到混凝土强度推定值。检测结果表明大桥各构件混凝土强度均达到或超过设计强度。3.3氯化物含量氯化物是钢筋腐蚀的催化剂，钢筋表面的氯化物浓度超过门槛值后，会破坏钢筋表面的钝化层，发生去钝化反应，从而诱发钢筋表面的电化学腐蚀。本次检测利用混凝土钻芯芯样为样本，采用X荧光光谱分析仪，参照《岩石矿物分析》（DZG20.01-91）测定氯化物含量。由检测结果可以确定：大桥所取芯样除表面（0cm～3cm）混凝土氯化物含量偏高外，其余部位均未超标，尚不会对钢筋构成威胁；氯化物含量沿混凝土表面向里层有逐渐变小的趋势，说明混凝土中的氯化物主要系建成后遭逐渐侵蚀而产生的。3.4钢筋锈蚀概率检测时由Cu／CuSO4半电池与钢筋／混凝土半电池通过“电解液”相接触形成一个闭合回路，经钢筋锈蚀电位仪测出各测点的电位差，进而按《公路桥梁承载能力检测评定规程》的判据确定钢筋锈蚀活化的概率。测区选择在第一跨1号主梁上游侧蒋巷岸支点附近。测区面积为20×20cm，共设49个测点。检测结果表明测区钢筋发生锈蚀的概率<10%。3.5钢筋布置现状本次检测依据钢筋测试仪对具有不同保护层厚度和直径的钢筋会产生不同的感应电势的原理，对主梁支点部位普通钢筋及桥墩墩柱主筋的实际位置、混凝土保护层厚度进行了测定。结果表明：除混凝土保护层在个别点的厚度偏小外，各构件的钢筋排布、直径与设计值均吻合。4结构检算豫章大桥结构受力检算采用交通部公路科研所编制的“公路桥梁结构设计系统GQJS9.3”进行。由于原设计荷载尚能满足现在的交通量需求，且实测材料强度、钢筋的直径及排布均与设计值相符，故检算时取用原设计荷载及设计材料强度进行结构受力计算。桥面净空分别取用设计值（净—7+2×3.25m人行道）和实际值（净—13.5+2×0.25m栏杆）。计算时为反映桥梁的使用状况和质量，依据现场检查结果确定了承载能力检算系数Z1，承载能力恶化系数ξe、结构截面折减系数ξc与钢筋折减系数ξs、活载影响修正折减系数ξq，并对《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）第5.1.5条桥梁构件的承载能力极限状态计算公式进行了修正，即：ξqγ0S≤R（Z1，ξe，ξc，ξs）式中：ξq，Z1，ξe，ξc，ξs-结构检算相关系数；γ0-桥梁结构重要性系数，豫章大桥取1.0；S-作用效应的组合设计值；R-构件承载能力设计值。检算结果表明，豫章大桥主梁在净—7+2×3.25m人行道时尚满足原设计荷载的使用要求。但桥面净空改为净—13.5+2×0.25m栏杆时，以刚接梁法分别算得汽车和挂车作用下的横向分布系数较与设计值之比为1.8～2.0倍，且42mT梁跨中截面在最不利组合荷载作用时的拉应力超过混凝土的抗拉强度设计值。考虑到豫章大桥作为城市桥梁的使用功能，建议将桥面净空设置为：净—9+2×2.25m人行道。5现状评定既有桥梁经过现场检测与结构检算后，还应进行正常使用功能和承载能力的评定，进一步依据《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）或《城市桥梁养护技术规范》（JJ99-2003）作出技术状况等级评定，最终得出现状评定结论。5.1正常使用功能评定（1）大桥设计荷载与桥面宽度尚能满足目前使用要求。（2）桥面连续构造不合理，以致失去功能，引起桥面铺装横向开裂。（3）桥面纵向线型不够平顺，不仅使行驶车辆对桥梁产生冲击，还会给乘客和行人造成不舒适和不安全感；桥面横坡过小、遇雨天积水。（4）人行道构件局部损坏甚至缺失，给过往行人和车辆带来安全隐患。（5）主梁翼板间铰缝的联系功能薄弱，铰缝反射至桥面铺装，造成桥面纵向开裂现象严重。（6）桥面伸缩缝及部分支座损坏严重，使主梁不能自由变形，进而使上、下部结构产生附加内力。（7）9号桥墩横系梁中心线与桥面中心线不一致，且在跨中附近横向贯穿开裂，因未能查询到竣工图及有关说明，待封闭交通后对其进行开挖，查明桩基实际状况后才能进行评定。（8）16号桥台前墙纵向开裂，已影响其正常使用。（9）局部混凝土质量较差、混凝土保护层过薄，易产生混凝土碳化深度达到钢筋范围、钢筋锈蚀的后果。5.2承载能力评定经计算分析，大桥上部结构桥面净空为净—13.5+2×0.25m栏杆时不满足原设计荷载的使用要求。9号桥墩横系梁跨中附近横向开裂，但由于未进行开挖，尚不能判断其承载能力。16号桥台台身竖向开裂，承载能力不足，需要进行维修加固。5.3技术状况等级评定根据检测结果，采用分层法分别得出桥面系、上部结构和下部结构的技术状况指数后，进行整体技术状况评估（不同的结构部位取不同的权重系数），确定整体技术状况评定指标BCI=63.82。依据《城市桥梁养护技术规范》（CJJ 99-2003）第3.0.5条规定，对BCI达到50～65的Ⅱ～Ⅴ类城市桥梁评定为D级（不合格状态），应进行中修或大修工程。6结语对既有桥梁进行现状评定一方面要求检测人员应具有丰富的实践经验，能对结构出现的病害作出正确分析；另一方面又需要可靠的检测手段，得到各构件的材料实际参数。本文介绍了既有预应力混凝土简支T梁桥在定期检测时主要检测内容和采用的仪器设备，并依据检测和结构验算结果对桥梁现状进行评定，可为同类型旧桥或其它桥梁的检测和现状评定起参考作用。参考文献：[1]王国鼎，袁海庆，陈开利编著.桥梁检测与加固[M].北京:人民交通出版社2003.10.[2]杨文渊，徐犇合编.桥梁维修与加固[M].北京:人民交通出版社2000.5。