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    预应力混凝土箱梁结构检测及评定——以某大桥为例

    时间：2023-01-12 14:55:16来源：百花范文网本文已影响人

    张国强，谢丹，惠小磊

    （1.西安公路研究院有限公司，陕西 西安 710065；
    2.陕西西公院工程试验检测有限公司，陕西 西安 710065；
    3.陕西交控市政路桥集团有限公司，陕西 西安 710065）

    某大桥中心桩号为K662+200。桥梁全长463m，跨径组合为13×35m，采用预制吊装施工。桥面总宽25.5m，桥宽组合为：0.5m（防撞护栏）+11.25m（行车道）+0.5m（防撞护栏）+2×0.5m（中央隔离带）+0.5m（防撞护栏）+11.25m（行车道）+0.5m（防撞护栏）。平面上为直线桥；
    桥面铺装为沥青混凝土，全桥共5道型钢伸缩缝，栏杆为钢筋混凝土防撞护栏。上部结构：采用预应力混凝土箱形梁，分为左右两幅，每幅每跨横向布置4片箱形梁，采用板式橡胶支座。下部结构：采用多柱框架式桥台；
    双柱式桥墩。空心板采用C50混凝土，桥台、墩柱、盖梁采用C30混凝土，伸缩缝采用单缝异形钢伸缩缝+模数式伸缩缝；
    支座为板式橡胶支座。

    2.1 外观检测

    对桥梁的外观检测是桥梁检测与评估中十分重要的一环，主要内容是利用目测和相应的检测仪器对结构进行全方位细致的检测，主要是为了能够准确查找到其结构现有的缺陷与病害，对于病害出现的位置、名称以及损坏的程度和范围进行详细的记录，方便对桥梁进行下一步的病因分析和进行有目的的养护、维修、加固[1]。

    对桥梁桥面系的检测主要内容有桥面铺装层、伸缩缝、栏杆、照明和排水设施等。根据桥梁的不同状况，对桥面系的检测重点也不相同。本次重点检测桥面铺装层的尺寸、平整度、开裂和积水的情况、排水管槽堵塞破损情况、伸缩缝的破损情况，以及人行道、板石和栏杆的破坏情况。桥面系检测主要以目测为主，测量仪器为辅助的检测方法[2]。

    本工程的桥梁为预应力混凝土桥梁，上部结构主要材料为钢筋混凝土构件，因此在对桥梁上部结构外观检测时，主要是通过肉眼的观察，以及采用数码相机进行拍照、采用裂缝宽度测量仪对裂缝进行测量，主要检测部位是上部的承重构件、上部的一般构件以及支座。

    桥梁的墩台承受着上部结构传递来的各种各样的荷载，主要分为静荷载和活荷载下部结构检测。墩台把所承受的荷载传递到下部的基础土层或岩层上，因此在对桥梁下部结构检测时关键检测桥台、桥墩及基础的稳定性。

    2.2 材质检测

    2.2.1 混凝土抗压强度

    利用ZC3-A型回弹仪测量混凝土抗压强度。采用抽检法选择混凝土测区，测区主要选择在构件受力最不利的位置，在0.2×0.2m2的范围以内，均匀分布测点。对于所选的测区内应具有平整和清洁的表面，不能存在蜂窝和麻面这类破损，也不能有裂缝和裂纹、剥落和层裂等病害现象[3]。

    在采用回弹仪对混凝土材质进行检测时，应严格按照相关规范规定，检测时应特别注意以下两点。

    （1）在进行检测时，回弹仪的轴线应与混凝土的检测面始终保持垂直，然后缓慢施压，准确地读数，快速复位。

    （2）测点应均匀地分布在测区范围内，相邻的两测点净距建议大于20mm；
    测点距离外露钢筋和预埋件的距离建议大于30mm。测点不应该选择在气孔或外露石子上面，同一个测点只可弹击一次。每一测区应测出16个回弹值，每一个测点的回弹值读数精确至1。

    2.2.2 混凝土碳化深度

    在配筋混凝土的结构物中，正常条件下混凝土呈碱性，由于钢筋是处在混凝土的碱性保护中，长期下去钢筋的表面会形成一层钝化膜。大气环境中的混凝土会因为大气中CO2等酸性物质被侵蚀而发生碳化，从而使混凝土的碱性减弱，当这种趋势发展到一定的程度时钢筋就失去了混凝土的碱性保护，从而造成了钢筋钝化膜破坏，继而很容易诱发钢筋的锈蚀。所以这混凝土碳化深度是用来判断钢筋锈蚀容易程度的重要依据。

    桥梁的主要构件材质检测是在桥梁正常检测的基础之上，根据桥梁的实际状况和一些典型的病害，对桥梁某些重点部位或特殊的桥孔采用一些独特技术和检测设备进行深入全面的检测，然后通过这些专项的检测可以更全面准确地掌握桥梁的实际技术状况，为下一步的桥梁承载能力评定提供真实可靠的依据。

    3.1 外观检测

    外观检测时发现桥面铺装主要病害为坑槽、粗骨料外露；
    伸缩缝主要病害为堵塞、锚固区破损、止水带破损；
    护栏主要病害为竖向开裂、破损。该桥排水系统状况良好，未发现明显病害。

    3.2 构件检测

    上部承重构件主要病害为竖向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝、混凝土破损、渗水泛白、波纹管外露。病害具体状况如表1所示。

    表1 上部承重构件主要病害情况

    上部一般构件主要病害为湿接缝渗水泛白、横隔板竖向裂缝、斜向破损、混凝土破损、破损露筋；
    桥台出现水蚀、开裂、混凝土破损、竖向裂缝病害；
    桥墩出现水蚀、裂缝、混凝土破损、胀裂、受水冲刷病害。锥坡护坡出现开裂病害。

    3.3 混凝土强度检测

    通过混凝土强度的均匀性和总体的强度水平两个方面来推断混凝土整体的强度状况。之后根据两个方面的综合评价结果，将混凝土的强度状态划分为良好、较好、较差、差的和危险5种等级[4]。然后根据每一个承重构件或者其主要受力部位的实测强度推定值和测区平均换算强度值，通过下式计算其推定强度匀质系数Kbt和平均强度匀质系数Kbm，最后根据表2的数据确定混凝土强度评定标度。

    表2 桥梁混凝土强度评定标准

    （1）推定强度匀质系数

    式（1）中：Rit为混凝土实测强度推定值；
    R为混凝土设计强度等级。

    （2）平均强度匀质系数

    式（2）中：Rim为混凝土测区平均换算强度值。

    利用回弹法对该桥墩柱、盖梁、空心板、桥台混凝土的强度进行了抽检。所选测区混凝土强度的评定标度均为1，混凝土强度状态均为良好，混凝土的强度满足设计要求。

    3.4 混凝土碳化深度检测

    由于混凝土碳化深度是判断钢筋锈蚀容易程度的重要依据，因此本文应通过测区内混凝土碳化深度平均值与实测保护层厚度平均值的比值Kc，按表3的标准确定混凝土碳化评定标度。

    表3 混凝土碳化评定标准

    本次检测对桥梁主要承重部件的混凝土碳化深度进行抽检，抽检测区与回弹测区一致，以便于同时对混凝土回弹强度进行修正。所选测区混凝土碳化深度的评定标度均为1，碳化深度对钢筋的锈蚀影响程度轻微。

    3.5 钢筋保护层厚度检测

    混凝土对钢筋的保护作用主要体现在两个方面，一是因混凝土具有高碱性可以使钢筋表面形成一层钝化膜；
    二是保护层可以对外界的腐蚀介质、氧气及水分等一些物质的渗入起到阻止作用。而后一种作用大小主要根据混凝土的密实度和保护层厚度决定。从钢筋混凝土耐久性方面考虑，很多国家的规范都规定了钢筋混凝土的最小保护层厚度的极限值[6]。

    根据测量部位实测保护层厚度特征值Dne与设计值DnD的比值，按表4确定钢筋保护层厚度评定标度。

    表4 钢筋保护层厚度评定标准

    在对混凝土保护层厚度测量时，通常采用非破损的检测方法来确定钢筋的位置，然后通过现场修正确定保护层厚度，提高准确度，厚度的量测值应准确至毫米，本次检测调查的范围主要为承重构件的主要受力位置。采用上述方法对保护层的厚度进行了测量，根据测量结果可知保护层厚度评定标度值均为1，保护层对钢筋结构耐久性影响不是很显著。

    该桥分为左幅与右幅两部分独立进行技术状况评定。按分层综合评定法评定桥梁左右两幅技术状况等级均为3类。

    4.1 桥面系病害及分析

    （1）如果伸缩缝锚固区的混凝土因为配合比不良，长期在重载车辆作用下，很容易出现开裂；
    同时伸缩缝日常养护不及时或者方法不合适，极易引起堵塞。

    （2）现场调查时伸缩缝止水带严重破损主要是Ⅰ伸缩缝的止水带橡胶老化和开裂；
    Ⅱ伸缩缝内由于砂石阻塞后，又在车辆的反复作用下，导致伸缩缝止水带出现开裂和破损。

    4.2 上部结构病害及分析

    （1）箱梁的底部出现横向裂缝的主要原因是预应力损失所造成的；
    而箱梁底部的纵向裂缝主要是因为梁体内两侧的预应力在进行张拉过程中产生了横向附加拉应力，超出了梁底混凝土的最大抗拉强度从而造成了梁底中部沿预应力筋方向产生了纵向裂缝。

    （2）箱梁腹板竖向裂缝产生的主要原因可能是Ⅰ伸缩缝在施工过程中养生不到位。

    （3）桥梁湿接缝出现水蚀泛碱的主要原因是桥面排水不畅或者防水层防水性较差。

    （4）桥梁横隔梁出现的L形和U形裂缝的主要原因是由于箱梁横向连接薄弱，从而横隔板出现竖向裂缝。

    （5）桥梁支座出现局部脱空的主要原因是由于施工质量不佳，标高控制不严而引起的。

    （6）桥梁支座出现老化开裂的主要原因是由于支座橡胶的老化或抗剪弹性模量不足引起。

    4.3 下部结构病害及分析

    （1）桥墩出现竖向裂缝的主要原因是施工时顶部养护不到位或钢筋锈蚀。

    （2）挡块开裂原因是主梁挤压所致。

    综上，本文首先对某大桥外观、基本构件、混凝土强度、混凝土碳化深度、钢筋保护层厚度等进行了全面检测，然后对预应力钢筋混凝土箱梁桥检测出的病害结果进行整理并加以剖析，最后对预应力钢筋混凝土箱梁桥病害进行了量化分析，通过对质量检测结果进行综合分析，对桥梁结构的实际工作状况进行综合评价，为预应力钢筋混凝土箱梁桥检测和评定提供技术参考。

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