桥梁检测与加固技术分析

桥梁检测与加固技术分析

陈浦霞

云南云路工程检测有限公司，云南 昆明 650217

摘要：现阶段，我国早期建设的桥梁，因为当时经济条件较差与施工技术还不成熟，大量既有桥梁的承载力等设计标准均已不满足如今的使用要求，同时在自然环境的侵蚀、车辆荷载的不断增大以及车流量增大等外部因素的影响下，导致了桥梁自身材料和结构的疲劳，使得桥梁寿命在不断缩短，需要应用有效的加固措施确保桥梁安全。下面本文就桥梁检测与加固技术进行简要探讨。

关键词：桥梁检测；质量；加固技术；

1 桥梁工程施工的特点

桥梁工程施工的过程中，以技术管理为核心，依靠多元化的技术确保各项施工内容顺利完成，便于增强工程实施质量。此外，除了利用到多元化的技术手段，技术人员也需要对技术实施方法进行明确，或者依据工程开展所需对技术手段应用方法进行调整，对技术应用方案进行提前设定，这样才能使技术实施得更为合理，借助技术力量加快工程施工工期，确保大量工程内容顺利完成。当然，随着时代的迅速变革和社会经济的显著提升，桥梁工程在实施之前，首先要对工程注入大量的投资资金，这样才能引进先进技术，引进专业水平较高的管理人员和施工人员，让施工技术跟进时代发展的潮流，让施工管理人员和施工人员执行的工作内容达到工程实施新标准，这样不仅可以提高桥梁建设的整体质量，而且还能延长桥梁在社会中使用的寿命，提高社会经济发展实力，既能彰显桥梁工程施工的特点，又能突出桥梁工程建设和完善的价值[1]。

2 桥梁进行加固处理的重要性

2.1 提升桥梁运行质量

桥梁长时间运行会产生老化的现象或存在较多的质量问题，如果不对其进行加固，那么很有可能在后期运行中出现突发性的病害，使驾驶人员在桥梁中进行驾驶时存在较多不可控的影响，威胁到驾驶人员的人身安全。因此，依据实际情况和桥梁运行所需对加固施工技术进行正确实施，不仅能够提高桥梁运行的质量，还可以为驾驶人员创造安全的驾驶环境，提高桥梁在社会中的运行能力，延长其使用寿命。

2.2 促进社会可持续发展

若是桥梁在运行的过程中处于健康的状态，那么区域货物流通的频率就会增大，有效带动区域经济发展，达到推动社会经济可持续发展的目标。例如，对桥梁实施加固技术，可以让桥梁在运行中存在的质量问题得到解决，满足群众在日常生活中对桥梁的使用需求，符合可持续发展的科学理念，因此可以促进社会可持续发展力量[2]。

3工程概况

某桥梁工程项目建设完工于2003年，桥梁设计总长约为598.5m。项目设计荷载水平为：汽车-超20，挂-120，其洪水灾害的设计频率为1/300，设计抗震烈度为7度，按照四级通航标准进行设计。桥面布置有坡度为1%的纵坡及坡度为2%的人字横坡，以此T梁顶部构成横坡向。

3.1墩柱、桥跨编号

由于下游段沿行车方向布置有坡度为-1%的斜坡，这对于T梁结构受力有显著的不利影响。

3.2主拱圈检测评估

3.2.1主拱圈的拱轴线测量

以交汇法为基础，借助全站仪对该项目的拱轴线开展测量。在测量桥线形时选用假定坐标开展工作，由此测量得到的高程也就是相对高程。桥台具有较大的刚度，其在水平、竖直方向上的变形也比较有限，以此为基点确定X、Y、Z方向[1]。测量的结果如图1所示。针对上述测点数据进行曲线拟合，并将拟合图与竣工验收资料的拱腹图展开比对。在将实测拱腹线、竣工拱腹线进行比对时，若前者更高，那么应将两者的高差标注于上侧，反之则应标注在下侧。由图1测量结果即可确定运营阶段中该桥梁的拱轴线基本未发生变化，保持较好线形。

图1主拱线形的测量结果

3.2.2主拱圈混凝土检测

在实际运营过程中，受到外界环境的侵入，主拱拱肋的混凝土不可避免地会发生碳化反应，其碳化深度大多处于0~2mm的范围，影响较为微弱。借助回弹法来开展拱肋混凝土的检测工作，同时选定2mm的碳化厚度修正值，测得各跨拱肋的检测结果。通过推算可以发现各跨拱肋的混凝土强度均达到设计方案所规定的C40强度要求。考虑到混凝土试件的龄期均大于1000d，因此检测的结果仅作为参考。通过检测发现，拱肋的混凝土整体保存良好，未出现开裂现象，但部分节段的吊装孔未能完全封闭，且部分位置存在麻面、不密实等病害。

3.2.3拱肋、横系梁连接

桥梁工程所用的拱肋以工厂预制、现场拼装的方式完成施工，接缝整体性比较好，但部分区域的接缝仍存在混凝土浇筑不密实、钢筋锈蚀等问题。此外，拱肋、横系梁的连接部位也有破损、露筋等问题。

3.3拱上排架检测评估

在该项目中，立柱及盖梁的碳化深度大多处于1~2mm的范围，影响较为微弱。借助回弹法开展混凝土检测[2-3]，同时选定2mm的碳化厚度修正值。各排架混凝土强度均达到40.2MPa，满足设计方案所规定的25号强度要求。考虑到混凝土试件的龄期均大于1000d，因此检测结果仅作为参考。立柱部分整体比较完好：盖梁上端受到铰缝所滴落的污染物影响，覆盖有较厚的钙化层，其中部分位置还存在混凝土破损、集料外露、麻面等病害。立柱、拱肋之间的连接良好，但在立柱、盖梁的连接位置沿纵横方向均出现了混凝土剥落、露筋等问题，这也就表明接头位置的钢筋连接不牢靠。

3.4桥面板检测评估

3.4.1桥面板混凝土

（1）桥面板的碳化深度大多处于0~2mm的范围，影响较为微弱。借助回弹法来开展混凝土检测，同时选定碳化厚度修正值为2mm。各排架的混凝土强度均达到39.5MPa，满足设计方案规定的C30强度要求。（2）桥面板底部存在较多的裂缝分布，且其宽度大多较大，裂缝主要分布于内侧车道的桥面板底部，其中有较多裂缝为横向贯通分布，宽度处于0.10~0.12mm的范围内。在第三跨的拱脚上部桥面板存在板底断裂，其裂缝宽度约为0.40mm；在第一跨拱脚上部桥面板存在面板端部断裂、露筋，桥面下陷约3~4cm。对于桥面板中宽度大于0.15mm裂缝，应当测量其深度，得出裂缝的平均深度范围为69~104mm，由此可见，裂缝整体深度较大。

3.4.2板间铰缝相邻

桥面板间的铰缝存在严重的渗水钙化现象，并伴随混凝土破损等问题。此外，对于地板存在较大高差的铰缝，其连接状态大多也较差。

3.4.3桥面板其他部位

桥面板、盖梁间未设置支座，且桥面板底部的砂浆垫层有部分脱落、部分桥面板存在脱空现象。

3.5其他检测评估

（1）桥面铺装：T梁分布有大量沿纵、横向的裂缝，其宽度范围介于0.1~0.5mm。纵向裂缝、横向裂缝的长度范围分别介于200~4500cm、120~725cm。桥面混凝土存在破损、露筋等病害且其覆盖面积、病害程度不尽相同。下陷的深度为3~14cm。（2）伸缩缝：检测发现，该项目伸缩缝的最大高差达16mm，且大多数伸缩缝的高差范围为1~3mm。此外，大部分伸缩缝存在止水带破裂的现象且有细沙填充其中。（3）在桥台位置发现大面积的渗水痕迹，且其中存在宽约1.5mm的开裂。桥台位置侧面的开裂宽度较大，为0.18~0.20mm。1#及2#墩处拱座之下部分被水完全淹没，1#墩位置还有较为严重冲刷痕迹，通过对该位置水深检测，初步判定该处河床较承台底更低，可能存在桩基出露问题。

4 加固方案

4.1加固建议

结合桥梁病害检测结果及桥梁评定等级，对病害原因进行了分析，根据《公路桥涵养护规范》（JTGH11—2004）提出以下养护及维修建议。

4.1.1上部承重构件

①针对T梁混凝土施工缺陷、蜂窝、麻面、破损、空洞及露筋病害，建议先凿除病害周边酥松混凝土并对外露钢筋进行除锈，然后采用环氧砂浆或环氧混凝土进行修补；当钢筋保护层不足时，用水泥基渗透结晶型材料配制成的浆液涂刷构件混凝土表面。②针对渗水碱化病害，对渗碱部位酥松混凝土进行清理后，修复混凝土破损表面，并适时对桥面防水混凝土进行修复。③针对梁体结构性竖向裂缝，应对竖向裂缝进行封闭，并进行加固；对于非结构性竖向裂缝应进行封闭处理。④针对梁体纵向裂缝，对裂缝宽度≥0.15mm的裂缝建议采用压浆法进行修补；对裂缝宽度<0.15mm的裂缝建议采用表面封闭法进行修补。⑤针对T梁纵向偏位处，应注意加强观测，必要时进行处置。

4.1.2上部一般构件

①针对横隔板、湿接缝混凝土施工缺陷、蜂窝、麻面、破损、空洞及露筋病害，建议先凿除病害周边酥松混凝土并对外露钢筋进行除锈，然后采用环氧砂浆或环氧混凝土进行修补；当钢筋保护层不足时，用水泥基渗透结晶型材料配制成的浆液涂刷构件混凝土表面。②对于未拆除的模板进行模板拆除。③针对渗水碱化病害，对渗碱部位酥松混凝土进行清理后，修复混凝土破损表面，并适时对桥面防水混凝土进行修复。④针对横隔板裂缝，先对裂缝封闭或灌缝处理，并加强观察，若裂缝重新开展，采取粘贴钢板、增设横系梁、增加横向预应力等方法予以加固。

4.1.3支座

①垫实局部脱空的支座。②采用环氧砂浆修补破损的垫石。③针对老化开裂、剪切变形、外鼓的支座，建议对其进行顶升更换。④建议对偏位的的支座进行顶升复位。

4.1.4桥墩

①针对混凝土施工缺陷、蜂窝、麻面、破损、空洞及露筋病害，建议先凿除病害周边酥松混凝土并对外露钢筋进行除锈，然后采用环氧砂浆或环氧混凝土进行修补；当钢筋保护层不足时，用水泥基渗透结晶型材料配制成的浆液涂刷构件混凝土表面。②针对混凝土构件裂缝，对缝宽≥0.15mm的裂缝采用压浆法进行修补；对缝宽<0.15mm的裂缝采用封闭法进行修补；裂缝处理完毕后，在裂缝区域混凝土表面涂刷水泥砂浆，避免色泽差异。③清理盖梁上垃圾。

4.1.5伸缩缝

针对伸缩缝锚固区混凝土纵桥向裂缝，采用沥青灌缝胶进行封闭处理。在排水设施方面，疏通堵塞的泄水孔。加强桥梁的日常养护和维修保养，完善桥梁的限载标志、标牌，定期清理伸缩缝和泄水孔垃圾，加强巡视检查，发现问题及时处治，确保桥梁耐久性。

4.2加固方法

粘贴碳纤维纤维复合材料加固法（CarbonFi⁃berReinforcedPolymer，简称CFRP）是近些年才兴起的加固方法，碳纤维复合材料主要是由基体与纤维构成，是将高强度、高弹性模量的连续碳纤维单项排列成束，然后浸渍树脂，放入模型中固化，后连续拉挤成型［2］。与钢材料不同的是，其本构呈完全弹性，不存在塑性区，也无屈服点，具有良好的抗拉性能，耐腐蚀性能好，CFRP的应力应变曲线见图2。当碳纤维材料参与工作时，会和被加固构件共同受力，从而限制裂缝的发展，增强构件刚度，优化梁体受力情况。同时，CFRP不仅能够加强桥梁部件的抗剪承载力，对构件的变形程度也能大大减小。该方法也是通过使用黏结剂将纤维增强复合材料与原桥黏结，形成一个复合材料体，使两者协同工作从而增强桥梁刚度与整体承载力。CFRP加固法在进行加固作业时主要应用于对承重构件的加固，例如主梁等，其次也可对非承重构件进行加固。纤维增强复合材料自身性能优秀，具有强度高、密度小、耐高温等优点，不会像钢板一样在加固后仍需进行长期的养护工作。该方法在加固过程中施工方便，并且如果碳纤维材料的密度大小范围只有200～300g/mm2时，它的设计厚度的大小范围只有0.111～0.167mm，对截面尺寸和结构自重不会产生影响，桥下区域的净空高度不会改变，因此能在众多加固方法中脱颖而出。与传统方法相比，通过碳纤维布对桥梁进行加固不会使结构内应力发生改变，并且还可以确保在设计载荷的区间中和原来的结构一起受力。但是，碳纤维材料的价格较高，因此加固成本也会随之水涨船高，并且该技术要求工人的工艺水平较高，所以需要专业人员来进行加固施工工作。

图2CFRP应力应变曲线

5 有限元建模分析

Midas中文名是迈达斯，是一种有关结构设计有限元分析软件，分为建筑领域、桥梁领域、岩土领域、仿真领域四个大类，桥梁领域包含软件：MidasCivil、MidasSmartBDS、CivilDesigner。其中MidasCivil针对土木结构，特别是分析预应力箱型桥梁、悬索桥、斜拉桥等特殊的桥梁结构形式，同时可以作非线性边界分析、水化热分析、材料非线性分析、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析［3］。为能够迅速、准确地完成类似结构的分析和设计，填补目前土木结构分析、设计软件市场的空白，开发了“土木结构专用的结构分析与优化设计软件”。

5.1采用Midas有限元软件进行建模

MidasCivil软件是Midas系列软件中的一种，它不仅能满足工程师的需要，而且功能强大，简单易学。它是由国内外专家经过不懈的努力，并用Ｃ++在Windows环境下开发的。Midas的开发带来了很多便利，可以更为直观地从不同的角度展示结构模型的验证与分析，大大提高了工程的准确性和高效性。特别是针对桥梁结构，MidasCivil结合国内的规范与习惯，在建模、分析、后处理、设计等方面提供了很多便利的功能，目前已为各大公路、铁路部门的设计院所采用。利用MidasCivil软件建立有限元模型，对桥梁受力状态下病害特征进行验算分析。

5.2CFRP的模拟

在进行桥梁加固模拟时，采用平面应力单元来模拟T梁底粘贴的碳纤维布。通过自定义材料及界面功能输入加固设计所采用的碳纤维布的材料性能参数，同时设置界面间的边界条件来模拟碳纤维布与钢筋混凝土主梁之间的粘接，选用弹性链接选项中的刚性连接方式，将相应位置的碳纤维布单元节点与T梁节点向连接，来达到协调变形与位移，防止粘接失效与滑移破坏［5］。

5.3加固效应结果对比

本次结果主要选取中梁最中间T梁进行比较，对挠度变化选择中梁与边跨的中跨跨中位置，对T梁应力比较选择中梁最中间T梁进行比较。

4.3.1挠度

桥梁加固前后挠度对比如图3所示。

图3 桥梁加固前后挠度对比

图4 桥梁加固前后应力对比（单位：N/mm2）

4.3.2应力

桥梁加固前后应力对比如图4所示。通过对上述结果进行分析可以得到以下结论。①构件在承受相同弯矩时，加固后的T梁挠度，无论是在中梁或是在边梁，都明显小于原构件，减小了约60%，即该加固法对Ｔ梁的刚度有明显的改善。②在对于桥梁进行加固后，T梁的梁底应力得到了明显改善，中跨和边跨的应力值分别减小了30%甚至50%，对桥梁承载能力有了很大的改观。综上，对于损伤桥梁采用碳纤维加固措施不仅可以增加桥梁的刚度与承载能力，对于桥梁后期的开裂也能得到很好的抑制，因此CFRP针对桥梁的加固是有效的。

结论

综上所述，通过对桥梁进行检测，并进行加固模拟分析得到以下结论。①常规检测是发现桥梁的病害的有效手段，检测结果也是加固的依据。②对主梁裂缝封闭处理后采用碳纤维复合材料进行加固，可以有效提高桥梁承载力。虽然加固后桥梁的承载能力良好，但是处于自然环境和运营状态下的桥梁结构容易发生各种病害，导致结构性能退化。因此，桥梁在加固后的管养工作应正常进行，对桥梁的检测也应跟上，以保证桥梁后续的安全运行。

参考文献：

[1] 刘伍.公路桥梁工程中的伸缩缝施工技术及质量控制[J].中国高新科技，2020(18）：170-171.

[2] 于汇浛.公路桥梁施工技术的质量控制[J].中国建筑金属结构，2020（08）：156-157.

[3] 鲁成辉.高速公路桥梁工程中钻孔灌注桩施工技术及质量控制要点分析[J].工程技术研究，2020，5（21）：155-156.

[4] 刘伍.公路桥梁工程中的伸缩缝施工技术及质量控制[J].中国高新科技，2020（18）：170-171.

[5] 张中军.桥梁施工技术质量管理探讨[J].中小企业管理与科技（上旬刊）.2011（05）.177-178.

[6] 杨志惠.浅谈创精品工程施工质量控制措施[J].福建建设科技，2007（03）.153-155.