混凝土橋梁檢測
2015-04-07
一、橋梁檢測與監(jiān)測技術(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、施工和所用材料的質(zhì)量等諸多因素共同確定。此外，橋梁在營運使用中又會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營狀態(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,就必須對橋梁進(jìn)行檢查。
2.橋面結(jié)構(gòu)的檢測
用于預(yù)測橋面病害的一般方法是:測量氯化物含量和電勢，并進(jìn)行肉眼觀測。但此種方法既費時間，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病害情況提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。因為該方法只把注意力集中在由于腐蝕而導(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。
3.橋梁結(jié)構(gòu)體系的監(jiān)測
一般用于結(jié)構(gòu)監(jiān)測的傳統(tǒng)傳感器，其測量能力只局限于逐點檢測，當(dāng)臨界斷面檢測得不準(zhǔn)確時，其效果就會很不理想。任何監(jiān)測系統(tǒng)都必須具備在較長時期內(nèi)提供可靠、精確和長期的檢測結(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)測用于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測的一種新技術(shù)是光纖傳感器技術(shù)。它運用了光纖的兩個特性來實現(xiàn)動態(tài)測量：1、光損矢量的測量,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間。
4.橋梁基礎(chǔ)的監(jiān)測
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及評價方法與上部結(jié)構(gòu)類似。水面或地面以下基礎(chǔ)狀況的診斷,對于明顯的病害，一般只能通過觀測墩臺的沉降、傾斜、位移和裂縫等變形狀況來分析判斷。對已建橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降觀測，有的采用激光系統(tǒng)和連通管水平測量裝置。在基礎(chǔ)不均勻沉降引起的傾斜測量中，采用水準(zhǔn)式、擺式傾斜儀，以及各種電測的測斜儀。
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、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，一般不到兩年就會使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯開裂，所以有時也稱堿骨料反應(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，對混凝土結(jié)構(gòu)的損傷檢測，首先應(yīng)從對結(jié)構(gòu)的裂縫調(diào)查、檢測與分析入手。
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，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部就會產(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，即會引起混凝土裂縫。
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%。對裂縫原因的分析是裂縫危害性評定，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。在橋梁檢查中常會遇見的幾種結(jié)構(gòu)性裂縫：
（1）鋼筋混凝土簡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。
鋼筋混凝土簡支梁的支點（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，在混凝土內(nèi)部就會產(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，即會引起混凝土裂縫，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估
混凝土結(jié)構(gòu)受到損傷后，需要對結(jié)構(gòu)損傷的原因和程度進(jìn)行分析，對損傷對結(jié)構(gòu)承載能力及耐久性的影響進(jìn)行評估，其主要內(nèi)容是：
1.結(jié)構(gòu)損傷影響的承載能力評估
2.結(jié)構(gòu)剩余使用壽命評估
在評估分析的基礎(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)的承載能力評定通常采用以下三個途徑：
相關(guān)規(guī)范要求對照橋梁的存在的缺陷及病害進(jìn)行綜合評定例如《公路橋涵養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中對橋梁技術(shù)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)和裂縫寬度，都做了規(guī)定。
現(xiàn)場荷載試驗評估方法
通過現(xiàn)場荷載試驗（靜載試驗和動載試驗）可直接檢測結(jié)構(gòu)的實際承載力。荷載試驗與理論計算分析相結(jié)合是比較符合實際的承載力評定方法。
理論計算分析評估方法
在現(xiàn)場調(diào)查和病害檢測分析的基礎(chǔ)上，考慮結(jié)構(gòu)病害、損傷的影響，按現(xiàn)行規(guī)范計算結(jié)構(gòu)承載力是承載力評估的主要方法。
已有結(jié)構(gòu)的耐久性檢測與評估：
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場踏勘和檢測是了解結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀和耐久性損傷程度的重要手段，是進(jìn)行耐久性評估的重要依據(jù)。檢測的內(nèi)容和方法如下，應(yīng)盡可能地采用非破損性的檢測手段：
調(diào)查結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的全貌
檢查外觀損傷
測試混凝土性能
④檢測鋼筋
⑤調(diào)研和測試環(huán)境條件
將全部的結(jié)構(gòu)現(xiàn)場觀察調(diào)研和試驗室檢測的詳細(xì)結(jié)果匯總后進(jìn)行統(tǒng)計分析，按照結(jié)構(gòu)的損傷和性能化的嚴(yán)重程度，評定各部分的耐久性的損傷等級。
