混凝土橋梁檢測技術(shù)和應(yīng)用
2011-09-28 來源：中國百科網(wǎng)
橋梁同其它土木工程一樣，有一定的周期性，即都有從建設(shè)期到建設(shè)和維修并重期，再到維修期的過程。在一些發(fā)達(dá)國家，公路橋梁已經(jīng)進(jìn)入了維修的高峰期。在我國，隨著近年來公路建設(shè)的大發(fā)展，全國性的骨架公路交通網(wǎng)絡(luò)己基本形成，公路交通從單純的建設(shè)正在向建設(shè)和維修并重過渡，大量的公路橋梁已經(jīng)達(dá)到或接近設(shè)計基準(zhǔn)期，或出現(xiàn)由于各種原因引起的橋梁結(jié)構(gòu)病害與損傷。因此，建立對舊橋和病害橋梁的檢測和評價體系成為各橋梁管理部門的迫切需求，也逐漸成為橋梁領(lǐng)域的研究熱點。
一、鋼筋銹蝕檢測方法
鋼筋混凝土構(gòu)件在鋼筋表面形成的保護(hù)層若因混凝土裂縫致使氧氣、水汽侵入，變?yōu)檠趸F，則發(fā)生鋼筋銹蝕。鋼筋銹蝕的檢測主要是對鋼筋銹蝕的評定，鋼筋銹蝕的評定有間接和直接兩種評定方法。間接評定方法包括：用保護(hù)層測定儀檢測鋼筋的保護(hù)層厚度是否足夠，此法經(jīng)常用來探測鋼筋位置，估測鋼筋直徑；用四電極測量法測定混凝土電阻率，以判斷鋼筋是否銹蝕。電阻率越高，銹蝕電流越弱，鋼筋的銹蝕可能性越小。當(dāng)電阻率超過1200Ω.m時，不會銹蝕；低于500Ω.m，肯定銹蝕。另外還包括測試混凝土的碳化深度、測試混凝土的氯離子含量和氣透性檢測等，其中氣透性檢測主要用來評定混凝土對碳化合物有害離子侵蝕的抵抗力，從而間接評定鋼筋銹蝕的可能性。
二、混凝土強(qiáng)度檢測方法
目前主要的混凝土強(qiáng)度檢測方法有鉆芯法、回彈法、超聲一回彈綜合法、拔出法等。
1、鉆芯法
鉆芯法是利用鉆芯機(jī)、鉆頭、切割機(jī)等配套機(jī)具，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上鉆取芯樣，通過芯樣抗壓強(qiáng)度直接推定結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度或缺陷，無需通過立方體試塊或其它參數(shù)等環(huán)節(jié)，此方法是國內(nèi)外近年來推行較廣的一種半破損檢測結(jié)構(gòu)中混凝土強(qiáng)度和混凝土質(zhì)量的有效方法。
2、回彈法
回彈法是利用混凝土回彈儀檢測普通混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗壓強(qiáng)度的方法。在用回彈儀進(jìn)行測定時，根據(jù)重錘打擊混凝土表面后的回彈數(shù)值，并結(jié)合混凝土碳化深度，來推定結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土的強(qiáng)度。
3、超聲一回彈綜合法
超聲一回彈綜合法是同時利用超聲波法和回彈法對混凝土同一測區(qū)進(jìn)行檢測的方法。它可以彌補(bǔ)單一方法的固有缺陷，做到互補(bǔ)，使檢測結(jié)果更加準(zhǔn)確。
超聲波法主要用于橋梁工程鉆孔灌注樁、水下混凝土灌注質(zhì)量的檢測，其檢測結(jié)果準(zhǔn)確性較高，并且廣泛應(yīng)用于混凝土構(gòu)件裂縫、碎裂、空洞等缺損檢測。其常用的檢測方法有超聲波探傷法、聲波檢測法和雷達(dá)檢測法。
4、拔出法
拔出法是指將安裝在混凝土中的錨固件拔出，測出極限拔出力，并根據(jù)事先建立的極限拔出力和混凝土強(qiáng)度間的相關(guān)關(guān)系，推定被測混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度的方法。它是一種微破損檢測混凝土強(qiáng)度的方法，分為兩類：一類是預(yù)埋（或先裝）拔出法，即將預(yù)埋入混凝土中的錨固件從混凝土中拔出，并用測力計測量拔出時的力；另一類是后裝拔出法，即在已硬化的混凝土上鉆孔，再錨入錨固件進(jìn)行拔出試驗。拔出法可以用來測定后張法施加預(yù)應(yīng)力時、模板和支撐拆除時、冬季施工防護(hù)和養(yǎng)護(hù)結(jié)束時的結(jié)構(gòu)混凝土或混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度。
三、裂縫檢測方法
裂縫檢測方法主要有以下幾種：
1、超聲波檢測
超聲波法用于非破損檢測，是以超聲波為媒介，獲得物體內(nèi)部信息的一種方法。目前超聲法己應(yīng)用于醫(yī)療診斷、鋼材探傷、魚群探測等許多領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域里，由于組成顆粒小密度大，密度分部也很均勻，所以聲波能很好地傳播，對其內(nèi)部缺陷及其位置等都能準(zhǔn)確地檢測出來。掌握混凝土表面產(chǎn)生的裂縫深度，對耐久性診斷和研究修補(bǔ)、加固對策有重要意義。測定裂縫深度，基本上都是將發(fā)射探頭和接收探頭，布置在混凝土同一面上的裂縫附近，但由于所選用的波形種類（縱波、橫波及表面波）和聲學(xué)參數(shù)（聲速、頻率、相位等）的不同，已有許多種具體方法。
2、沖擊彈性波法
一般把彈性體內(nèi)傳播的波總稱為彈性波。用人工發(fā)射彈性波到彈性體內(nèi)，探測彈性體內(nèi)的狀態(tài)，是廣義的彈性波探測法。沖擊彈性波法與超聲波法的原理是一樣的，但遠(yuǎn)比超聲波測定的裂縫深度深。沖擊彈性波法只能檢測擴(kuò)展方向與表面成直角，沒有分支的單純裂縫。
3、攝影檢測法
攝影檢測法主要用作混凝土表面的裂縫。攝影法包括普通照相機(jī)、錄象機(jī)、放射線、紅外線攝影等進(jìn)行攝影檢測。
4、傳感儀器監(jiān)測
利用埋設(shè)在混凝土中的儀器進(jìn)行裂縫監(jiān)測，常規(guī)技術(shù)是利用卡爾遜式或弦式測縫計，其控制范圍為0.12～1.00mm，屬點式檢測。由于裂縫出現(xiàn)的空間隨機(jī)性，因此往往漏檢，為了及時無遺漏地監(jiān)測裂縫，必須實施大范圍的、連續(xù)、分布式監(jiān)測，即所謂全分布監(jiān)測。
5、光纖傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測
在各國競相開發(fā)的結(jié)構(gòu)監(jiān)測高科技領(lǐng)域里，光纖傳感以其獨特優(yōu)勢居于中心地位，它靈巧、精度高、抗電磁干擾強(qiáng)，且可靠耐久，易于光纖傳輸組成自動化遙測系統(tǒng)。光纖傳感應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程監(jiān)測始于20世紀(jì)90年代初，如航空航天器、橋梁等的溫度、振動、應(yīng)變檢測等。裂縫的發(fā)生可以利用埋設(shè)在混凝土中光纖的光強(qiáng)變化進(jìn)行監(jiān)測，而裂縫的定位可采用多模光纖在裂縫處的光強(qiáng)變化來診斷完成，通過衰減曲線上的裂縫損耗突變點，可以準(zhǔn)確地確定裂縫的位置。針對混凝土裂縫檢測的特點，研制出基于光時域反射技術(shù)的光纖裂縫傳感網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫的分布檢測，凡裂縫與光纖傳感網(wǎng)絡(luò)相交，均可感知，并可定寬、定位、定向。
四、橋梁的評估、鑒定及加固
根據(jù)各種檢測的數(shù)據(jù)結(jié)果，對橋梁進(jìn)行科學(xué)評估、鑒定，并制定相應(yīng)的加固措施。首先調(diào)查橋梁所處環(huán)境和目前狀態(tài)，獲得橋梁養(yǎng)護(hù)維修和受災(zāi)害的情況；其次了解橋梁設(shè)計資料，熟悉建筑和結(jié)構(gòu)施工圖；再進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)混凝土材料性能的檢測，如強(qiáng)度、尺寸、配筋和缺陷等，是否滿足設(shè)計和規(guī)范要求；最后根據(jù)調(diào)查和檢測結(jié)果，建立計算模型，計算橋梁承載力和變形是否滿足要求，并通過靜動載試驗檢測橋梁在荷載作用下的工作性能。
當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)無法滿足承載能力、通行能力（交通量增加、受災(zāi)后等）等要求時，需要對橋梁進(jìn)行加固或技術(shù)改造。常用的加固方法,包括減輕恒載、加固臨界桿件、補(bǔ)充新桿件、改善原結(jié)構(gòu)的受力體系或加固主要承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件等，以達(dá)到提高橋梁整體承載能力的目的；常用的技術(shù)改造，包括滿足承載力要求的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，滿足通行能力要求的橋梁加寬、滿足使用要求的結(jié)構(gòu)受力性能改善。橋梁的加固和技術(shù)改造都要結(jié)合橋梁具體情況和檢測數(shù)據(jù)結(jié)果來制定經(jīng)濟(jì)、施工可行的方案。
五、橋梁檢測的應(yīng)用及意義
通過對橋梁的使用狀況、缺陷和損傷進(jìn)行全面、細(xì)致、深入的現(xiàn)場檢測，明確缺陷和損傷的性質(zhì)、部位、嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢，尋找缺陷和損傷產(chǎn)生的原因，以便分析、評價缺陷和損傷對橋梁使用性能和承載力的影響，為橋梁維護(hù)、加固、改造設(shè)計提供及時、有針對性的第一手資料。
對橋梁進(jìn)行全面檢測，系統(tǒng)地收集當(dāng)前橋梁技術(shù)數(shù)據(jù)，積累技術(shù)資料，為充實橋梁數(shù)據(jù)庫、加強(qiáng)橋梁科學(xué)管理和提高橋梁技術(shù)水平提供必要條件；通過合理設(shè)計檢測的方法，輔以布設(shè)長期監(jiān)測設(shè)備，逐步建立橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，確保橋梁長期安全運(yùn)營，以發(fā)揮其最佳經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
