混凝土橋梁檢測(cè)
2015-04-07
一、橋梁檢測(cè)與監(jiān)測(cè)技術(shù)
1.橋梁結(jié)構(gòu)檢查的重要性
橋梁結(jié)構(gòu)的使用性能及耐久年限，主要由設(shè)計(jì)、施工和所用材料的質(zhì)量等諸多因素共同確定。此外，橋梁在營(yíng)運(yùn)使用中又會(huì)受到不可避免的人為損傷及各種大自然侵蝕，帶來后天病害。先天缺陷和后天病害的不利影響往往會(huì)結(jié)合在一起，如果再遇上荷載和外力的臨界組合，則很容易使橋梁發(fā)生不可預(yù)見的損壞。所以，確保建成的橋梁保持良好的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)和正常的使用功能，在尚未出現(xiàn)更大的損傷之前采取維修養(yǎng)護(hù)措施，以控制病害發(fā)展或把病害清除，而要達(dá)到此目的,就必須對(duì)橋梁進(jìn)行檢查。
2.橋面結(jié)構(gòu)的檢測(cè)
用于預(yù)測(cè)橋面病害的一般方法是:測(cè)量氯化物含量和電勢(shì)，并進(jìn)行肉眼觀測(cè)。但此種方法既費(fèi)時(shí)間，又妨礙交通，而且更遺憾的是，這種方法不能就瀝青橋面鋪裝的整個(gè)病害情況提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。因?yàn)樵摲椒ㄖ话炎⒁饬性谟捎诟g而導(dǎo)致的頂面鋼筋保護(hù)層的層裂上，而忽視了由于凍融循環(huán)造成的瀝青鋪裝層下的混凝土裂崩的檢測(cè)。
3.橋梁結(jié)構(gòu)體系的監(jiān)測(cè)
一般用于結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的傳統(tǒng)傳感器，其測(cè)量能力只局限于逐點(diǎn)檢測(cè)，當(dāng)臨界斷面檢測(cè)得不準(zhǔn)確時(shí)，其效果就會(huì)很不理想。任何監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都必須具備在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)提供可靠、精確和長(zhǎng)期的檢測(cè)結(jié)果，這樣才能保證結(jié)構(gòu)處于高度的安全狀態(tài)。
混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)用于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的一種新技術(shù)是光纖傳感器技術(shù)。它運(yùn)用了光纖的兩個(gè)特性來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量：1、光損矢量的測(cè)量,即利用纖維某些局部產(chǎn)生微小彎曲后所產(chǎn)生光矢量變化的效應(yīng)原理。2、光傳輸時(shí)間原理,即:光沿傳感器到達(dá)反射鏡，再反射回到光源處的傳輸時(shí)間。
4.橋梁基礎(chǔ)的監(jiān)測(cè)
橋梁結(jié)構(gòu)水面或地面以上部分的材料狀況和整體性能狀況的檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法與上部結(jié)構(gòu)類似。水面或地面以下基礎(chǔ)狀況的診斷,對(duì)于明顯的病害，一般只能通過觀測(cè)墩臺(tái)的沉降、傾斜、位移和裂縫等變形狀況來分析判斷。對(duì)已建橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降觀測(cè)，有的采用激光系統(tǒng)和連通管水平測(cè)量裝置。在基礎(chǔ)不均勻沉降引起的傾斜測(cè)量中，采用水準(zhǔn)式、擺式傾斜儀，以及各種電測(cè)的測(cè)斜儀。
二、橋梁病害診斷
混凝土結(jié)構(gòu)的病害表現(xiàn)形式多種多樣，引起病害的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，從引起病害的原因來分析，可以將其劃分為兩大類：
第一類為由環(huán)境作用引起的混凝土結(jié)構(gòu)損傷與破壞。
第二類為由荷載作用或設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)造成的混凝土結(jié)構(gòu)損傷。
1.環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)損傷或破壞
1.1混凝土的碳化
混凝土的碳化是指混凝土中氫氧化鈣與滲透進(jìn)混凝土中的二氧化碳或其它酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程。一般情況下混凝土呈堿性，在鋼筋表面形成堿性薄膜，保護(hù)鋼筋免遭酸性介質(zhì)的侵蝕，起到了“鈍化”保護(hù)作用。
1.2氯離子的侵蝕
氯離子對(duì)混凝土的侵蝕是氯離子從外界環(huán)境侵入已硬化的混凝土造成的。海水是氯離子的主要來源，北方寒冷地區(qū)冬季道路 、橋面撒鹽化雪除冰都有可能使氯離子滲入混凝土中。
1.3堿—骨料反應(yīng)
堿—骨料反應(yīng)一般指水泥中的堿和骨料中的活性硅發(fā)生反應(yīng)，生成堿—硅酸鹽凝膠，并吸水產(chǎn)生膨脹壓力，造成混凝土開裂。
堿—骨料反應(yīng)引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞程度，比其他耐久性破壞發(fā)展更快，后果更為嚴(yán)重。堿—骨料反應(yīng)一旦發(fā)生，很難加以控制，一般不到兩年就會(huì)使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯開裂，所以有時(shí)也稱堿骨料反應(yīng)是混凝土結(jié)構(gòu)的“癌癥”。
堿—骨料反應(yīng)破壞的最重要特征之一是混凝土表面開裂，裂縫的形態(tài)與結(jié)構(gòu)中鋼筋形成的限制和約束狀態(tài)有關(guān)：鋼筋限制、約束力強(qiáng)的混凝土形成順筋裂縫；鋼筋限制約束作用弱的混凝土形成網(wǎng)狀或地圖狀裂縫，在裂縫處有白色凝膠物滲出。
1.4鋼筋銹蝕
混凝土中鋼筋腐蝕的首要條件是鈍化膜壞，混凝土的碳化及氯離子侵蝕都會(huì)造成覆蓋鋼筋表面的堿性鈍化膜的破壞，加之有水分和氧的侵入，就可能引起鋼筋的腐蝕。鋼筋腐蝕伴有體積膨脹，使混凝土出現(xiàn)沿鋼筋的縱向裂縫，造成鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力破壞，鋼筋截面面積減少，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力降低，變形和裂縫增大等一系列不良后果。
2.混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析
實(shí)踐表明，混凝土結(jié)構(gòu)的任何損傷與破壞，一般都是首先在混凝土中出現(xiàn)裂縫，裂縫是反映混凝土結(jié)構(gòu)病害的晴雨表。所以，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的損傷檢測(cè)，首先應(yīng)從對(duì)結(jié)構(gòu)的裂縫調(diào)查、檢測(cè)與分析入手。
混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是由材料內(nèi)部的初始缺陷、微裂縫的擴(kuò)展而引起的。引起裂縫的原因很多，但可歸納為兩大類：
第一類：由外荷載引起的裂縫，稱為結(jié)構(gòu)性裂縫（又稱為受力裂縫），其裂縫的分布及寬度與外荷載有關(guān)。
第二類：由變形引起的裂縫，稱為非結(jié)構(gòu)性裂縫，如溫度變化、混凝土收縮等因素引起的結(jié)構(gòu)變形受到限制時(shí)，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度極限值時(shí)，即會(huì)引起混凝土裂縫。
兩類裂縫有明顯的區(qū)別，危害效果也不相同，有時(shí)兩類裂縫融在一起。調(diào)查資料表明，在兩類裂縫中以變形引起的裂縫占主導(dǎo)的約占80%；以荷載引起的裂縫占主導(dǎo)的約占20%。對(duì)裂縫原因的分析是裂縫危害性評(píng)定，裂縫修補(bǔ)和加固的依據(jù)。
2.1結(jié)構(gòu)性裂縫（受力裂縫）
眾所周知，混凝土的抗拉強(qiáng)度很低，抗拉極限應(yīng)變大約為。換句話說，混凝土即將開裂的瞬間，鋼筋的應(yīng)力只有事實(shí)上，在正常使用階段鋼筋的應(yīng)力遠(yuǎn)大于此值，所以說在正常使用階段，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫是不可避免的。在橋梁檢查中常會(huì)遇見的幾種結(jié)構(gòu)性裂縫：
（1）鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的跨中截面附近下緣受拉區(qū)的豎向裂縫，是最常見的結(jié)構(gòu)性裂縫。在正常設(shè)計(jì)和使用情況下，裂縫寬度不大，間距較密，分布均勻。若豎直裂縫寬度過大，預(yù)示結(jié)構(gòu)正截面承載力不足。
鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的支點(diǎn)（或腹板寬度變化處）附近截面由主拉應(yīng)力引起的斜裂縫，在正常設(shè)計(jì)和使用情況下很少出現(xiàn)斜裂縫，即使出現(xiàn)裂縫寬度也很小。
（3）另外，鋼筋混凝土墩柱受壓構(gòu)件由于縱向壓力過大引起的縱向裂縫、預(yù)應(yīng)力筋錨固區(qū)由于局部應(yīng)力過大引起的劈裂裂縫等都屬于結(jié)構(gòu)性裂縫。
2.2非結(jié)構(gòu)性裂縫
非結(jié)構(gòu)性裂縫的產(chǎn)生，受混凝土材料組成、澆筑方法，養(yǎng)護(hù)條件和使用環(huán)境等等多種因素影響。非結(jié)構(gòu)性裂縫可以分為三種：收縮裂縫、溫度裂縫和鋼筋銹蝕引起的裂縫。
?。?）收縮裂縫：在實(shí)際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮（干縮）是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和炭化收縮；
（2）溫度裂縫：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)隨著溫度變化將產(chǎn)生熱脹冷縮變形，這種溫度變形受到約束時(shí)，在混凝土內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度極限值時(shí)，即會(huì)引起混凝土裂縫，這種裂縫稱為溫度裂縫；
?。?）鋼筋銹蝕引起的裂縫：混凝土中鋼筋產(chǎn)生銹蝕后，由于銹皮會(huì)吸濕產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而膨脹，其體積將增大2～4倍，從而脹裂砼保護(hù)層。
三、混凝土結(jié)構(gòu)承載能力及耐久性評(píng)估
混凝土結(jié)構(gòu)受到損傷后，需要對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的原因和程度進(jìn)行分析，對(duì)損傷對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力及耐久性的影響進(jìn)行評(píng)估，其主要內(nèi)容是：
1.結(jié)構(gòu)損傷影響的承載能力評(píng)估
2.結(jié)構(gòu)剩余使用壽命評(píng)估
在評(píng)估分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件，制定科學(xué)的維修加固方案，提出結(jié)構(gòu)處理措施。
評(píng)估現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的安全可靠性的核心問題是確定考慮結(jié)構(gòu)病害損傷后的結(jié)構(gòu)承載能力。橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力評(píng)定通常采用以下三個(gè)途徑：
相關(guān)規(guī)范要求對(duì)照橋梁的存在的缺陷及病害進(jìn)行綜合評(píng)定例如《公路橋涵養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中對(duì)橋梁技術(shù)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)和裂縫寬度，都做了規(guī)定。
現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)評(píng)估方法
通過現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)（靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)）可直接檢測(cè)結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載力。荷載試驗(yàn)與理論計(jì)算分析相結(jié)合是比較符合實(shí)際的承載力評(píng)定方法。
理論計(jì)算分析評(píng)估方法
在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和病害檢測(cè)分析的基礎(chǔ)上，考慮結(jié)構(gòu)病害、損傷的影響，按現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算結(jié)構(gòu)承載力是承載力評(píng)估的主要方法。
已有結(jié)構(gòu)的耐久性檢測(cè)與評(píng)估：
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)踏勘和檢測(cè)是了解結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀和耐久性損傷程度的重要手段，是進(jìn)行耐久性評(píng)估的重要依據(jù)。檢測(cè)的內(nèi)容和方法如下，應(yīng)盡可能地采用非破損性的檢測(cè)手段：
調(diào)查結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的全貌
檢查外觀損傷
測(cè)試混凝土性能
④檢測(cè)鋼筋
?、菡{(diào)研和測(cè)試環(huán)境條件
將全部的結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)觀察調(diào)研和試驗(yàn)室檢測(cè)的詳細(xì)結(jié)果匯總后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，按照結(jié)構(gòu)的損傷和性能化的嚴(yán)重程度，評(píng)定各部分的耐久性的損傷等級(jí)。
