二○○四年十一月，受西安城墻景區(qū)管理委員會委托，我公司對西安護城河上15座橋涵進行檢測、荷載試驗及橋梁基礎(chǔ)地質(zhì)工程勘察評估工作。 在時間緊，任務(wù)重的情況下，為了順利完成本次任務(wù)，我公司成立了以許宏元總經(jīng)理為首的領(lǐng)導(dǎo)小組，并確定了項目組成員，由經(jīng)驗豐富的專業(yè)技術(shù)人員組成，根據(jù)工作內(nèi)容分了三個小組①檢測組②荷載試驗組③基礎(chǔ)地質(zhì)工程勘察組，并且制定了工作大綱和安全細則。
一、 工作概述 本次檢測、荷載試驗的目的是確定橋梁各部位的損傷和工作狀態(tài)，進而確定是否需要進行大修、加固；通過對護城河橋梁的全面檢查、系統(tǒng)收集橋梁技術(shù)資料、為結(jié)構(gòu)物的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性評估提供基礎(chǔ)資料；建立和累積技術(shù)資料，為建立橋梁數(shù)據(jù)庫，加強橋梁科學(xué)管理和提高橋梁技術(shù)水平提供必要條件，這也是橋梁養(yǎng)護、加固、護城河改造工程的科學(xué)依據(jù)。
檢測組于11月1日～11月15日完成外業(yè)檢測任務(wù)；荷載試驗組于11月1日～11月15日完成荷載試驗方案，并于11月16日～11月20日完成現(xiàn)場荷載試驗，報告整理于11月30日前全部完成。
1.1 依據(jù) 本次橋梁檢測、試驗評估工作按下列規(guī)范或技術(shù)文件執(zhí)行：
1、《公路橋涵設(shè)計規(guī)范》（合訂本）
2、《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》（JTG H11－2004）
3、《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》
4、《橋梁工程檢測手冊》
5、《混凝土強度檢驗評定標準》（GBJ107-87）
6、《公路工程技術(shù)標準》（JTJ B01-2003）
7、《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTJ021-89）
8、《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》1982/10 北京
9、《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》（JTJ071-98）
10、《公路養(yǎng)護質(zhì)量檢查評定標準》（JTJ075-94）
11、《公路舊橋承載能力鑒定方法》（交通部部頒標準）
12、《回彈法評定混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T23-2001）
1.2 檢測、試驗結(jié)果 根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》（JTG H11－2004）橋梁技術(shù)狀況評定等級分為一類、二類、三類、四類、五類，五個等級。
對于一般評定劃定的各類橋梁，分別采取不同的養(yǎng)護措施，一類橋梁需進行正常保養(yǎng)；二類橋梁進行小修；三類橋梁需進行中修，酌情進行交通管制；四類橋梁需進行大修或改造，及時進行交通管制，如限載、限速、通過，當缺損較嚴重時應(yīng)關(guān)閉交通；五類橋梁需進行改建或重建，及時關(guān)閉交通。
1.2.1 三類橋梁 本次檢測中發(fā)現(xiàn)病害比較嚴重的三座橋梁有建國門橋、朱雀門橋、西門橋，根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》（JTG H11－2004）這三座橋梁均被評為三類橋，雖然荷載試驗結(jié)果表明以上三橋均能滿足汽—20、掛—100的荷載要求，工作狀態(tài)仍處在彈性范圍內(nèi)，但是仍需要進行加固處理，否則將影響橋梁的安全運營。
1.2.2 二類橋梁 本次檢測即荷載試驗結(jié)果表明下列橋梁除次要部件有少量缺損外，沒有發(fā)現(xiàn)較大病害，這些橋梁為：和平門橋、文昌門橋、南門東橋、南門西橋、小南門橋、玉祥門橋、北門橋、火車站系列橋、朝陽門橋、小東門橋，根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》（JTG H11－2004）這十座橋梁均被評為二類橋，荷載試驗結(jié)果表明以上均能滿足汽—20、掛—100的荷載要求。
1.2.3 小橋涵 本次檢測結(jié)果表明尚武門和東門涵洞兩座橋涵運營正常，沒有發(fā)現(xiàn)較大病害，次要部件有少量缺損，根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》（JTG H11－2004）這兩座橋梁均被評為二類橋。
二、 典型橋梁的檢測及荷載試驗
圖1－1 建國門橋全貌 2.1 橋梁概述： 某橋建于1985年，上部結(jié)構(gòu)形式為變截面混凝土懸鏈線無鉸板拱，拱軸系數(shù)m=1.988，L0=24m，f0=4.8m， f0/L0=1/5，計算跨徑L =24.44m，計算矢高f =4.88 m。拱上腹拱及臺上小拱采用預(yù)制混凝土圓弧拱，緊靠橋臺處的腹拱為三鉸拱。橋梁總長為43米，總寬25.6米，拱圈厚度55～65cm。
下部結(jié)構(gòu)：橋臺形式采用箱形，基礎(chǔ)采用擴大基礎(chǔ)。
本橋橋面鋪裝為瀝青混凝土鋪裝；欄桿為仿古石雕欄桿。
設(shè)計荷載等級：汽—20、掛—100。
2.2 檢測目的 1、該橋至今已運營二十余年，營運年限較長，主要部位不同程度出現(xiàn)缺陷，如裂縫、錯位、老化等。通過檢測確定各部位的損傷狀態(tài)，進而確定是否需要通過大修、加固來提高荷載等級。
2、通過對該橋的全面檢查、系統(tǒng)收集橋梁技術(shù)資料、為結(jié)構(gòu)物的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性評估提供基礎(chǔ)資料。
3、重新建立和累積技術(shù)資料，為建立橋梁數(shù)據(jù)庫，加強橋梁科學(xué)管理和提高橋梁技術(shù)水平提供必要條件，這也是橋梁養(yǎng)護、加固、護城河改造與維修工作的科學(xué)依據(jù)，從而更好地養(yǎng)護管理橋梁，發(fā)揮其最佳經(jīng)濟效益。
2.3 檢測內(nèi)容 2.3.1 橋跨結(jié)構(gòu) 主拱圈及腹拱拱圈、腹拱墩結(jié)構(gòu)損傷程度，包括截面尺寸、跨徑、拱軸線、橋面線形、鋼筋保護層厚度；
結(jié)構(gòu)混凝土的空洞、峰窩、剝落、層裂、風化隆起、露筋、裂縫、破碎及鋼筋銹蝕等。
橋跨結(jié)構(gòu)的不正常變形、裂縫及橫向聯(lián)系的開裂、脫落和失效；
橋跨結(jié)構(gòu)混凝土強度、碳化深度及均勻性；
2.3.2 下部結(jié)構(gòu) 橋臺材料的風化、剝落、側(cè)墻鼓膨、開裂、錯位、下沉及水平位移或轉(zhuǎn)動，基礎(chǔ)沖刷等。
2.3.3 橋面系及附屬結(jié)構(gòu) 橋面鋪裝的開裂、剝離、洼地積水、坑穴、波浪和鼓包；
人行道的功能及路緣石的剝落、破損；
欄桿系的撞擊損壞、松動、開裂、下?lián)?、上拱、歪斜及?gòu)件混凝土破損；
橋面排水設(shè)施的破損、堵塞和漏水；
2.4 檢查評估方法 2.4.1 主要儀器設(shè)備 本次檢測所用的主要儀器設(shè)備及其技術(shù)指標如表1-1所示。
表3.3-1 檢測儀器主要性能指標
序號
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名 稱
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精度
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作 用
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產(chǎn)地
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1
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ZC3-A回彈儀
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-
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測試混凝土強度
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國產(chǎn)
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2
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JC10讀數(shù)顯微鏡
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0.01mm
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測量裂縫寬度
|
國產(chǎn)
|
3
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精密全站儀
|
0.01mm
|
測量拱軸線
|
瑞士
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4
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酚酞試劑
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1.0mm
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測試碳化深度
|
國產(chǎn)
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5
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塞尺、放大鏡
|
0.1mm
|
測量裂縫寬度
|
國產(chǎn)
|
6
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皮尺
|
1.0mm
|
測量橋長、寬度等
|
國產(chǎn)
|
7
|
發(fā)電機
|
-
|
|
國產(chǎn)
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8
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鋼筋保護層測試儀
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2.0mm
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鋼筋保護層/位置
|
瑞士
|
9
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精密水準儀
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0.01mm
|
測量橋面線形
|
瑞士
|
2.4.2 主體受力構(gòu)件的破損情況 對該橋的主體受力構(gòu)件，如主拱圈、腹孔墩及拱圈等構(gòu)造的破損情況進行近距離內(nèi)觀測。對于開裂較嚴重的部位，長度利用鋼卷尺量測；寬度較大的裂縫用塞尺量測；對于細小的裂縫用刻度放大鏡測讀裂縫寬度。
2.4.3 混凝土抗壓強度檢驗 混凝土抗壓強度檢測采用超聲回彈綜合法進行。
3.4.4 定位鋼筋網(wǎng)和保護層厚度檢測方法 3.4.5 拱軸線測量 拱橋的拱軸線形狀不僅直接影響主拱圈內(nèi)力分布及截面應(yīng)力的大小，而且它與結(jié)構(gòu)的耐久性和經(jīng)濟合理性等有密切的關(guān)系。在拱橋設(shè)計中選擇拱軸線的原則就是要盡可能降低由于荷載產(chǎn)生的彎矩。該橋是20年前建成拱橋，由于當時施工放樣的偏差，以及在使用過程中混凝土收縮、徐變和基礎(chǔ)沉降等原因，該橋目前實際的拱軸線與設(shè)計的理想狀態(tài)相比已有較大的偏差。因此必須對該橋的拱軸線型作準確的測量，才能為結(jié)構(gòu)的承載力分析提供可靠的依據(jù)。
本次測量的方法是在主拱底面上沿縱橋向設(shè)置若干個測點。將測量棱鏡定位在各測點上，用全站儀逐個測及各測點的座標值，再將主拱圈上各測點的座標值用樣條函數(shù)擬合的方法，求拱圈底面或頂面的縱座標值。
圖3.8-1 拱軸線設(shè)計與實際偏差對照表
3.4.6 橋面線形測量 橋上路面已經(jīng)經(jīng)過多次改造，已經(jīng)測不出橋面的下沉量，但從橋梁欄桿底座的高差可以看出拱橋跨中已經(jīng)產(chǎn)生了一定程度的沉陷。本次橋面線形測量采用精密水準儀進行測量，選擇欄桿底座內(nèi)側(cè)進行測量（見圖3.9-1）。
經(jīng)過檢測，該橋東側(cè)欄桿最大沉降約為1.2136cm
西側(cè)欄桿最大沉降約為3.35cm
圖3.9-1 欄桿線形表
3.5 檢測結(jié)果 3.5.1主拱圈 經(jīng)檢測，主拱裂縫較嚴重，并存在不同程度的滲水、鈣化現(xiàn)象。其中：① 距跨中約2.0m偏南，兩段拱圈間間隔槽處有一條橫向貫通拱頂?shù)牧芽p延伸至拱圈上緣，裂縫最大寬度8.0mm（見圖4.1-1）。
圖4.1-1 主拱圈裂縫 圖4.1-2 主拱拱腳裂縫
圖4.1-3 拱頂側(cè)墻處裂縫
?。ㄗⅲ亨徑鼧蚺_的腹拱以下稱①號腹拱；靠近跨中的腹拱以下稱②號腹拱。）
?、?主拱圈四個拱腳處均有豎向裂縫,最大裂縫貫通整個拱圈橫截面，裂縫最大寬度可達4.0mm（見圖4.1-2）。
③ 主拱圈底面兩幅之間施工縫開裂、有滲水、鈣化現(xiàn)象嚴重；主拱圈東面北側(cè)拱頂與橋臺連接處有滲水、鈣化現(xiàn)象。
?、軚|側(cè)主拱拱頂側(cè)墻處有一條縱向裂縫，貫通整個拱頂側(cè)墻，長度約10m，裂縫最大寬度約1.0mm（見圖4.1-3）。
2.5.2 腹拱 ① 南北兩側(cè)①號腹拱東西兩面拱頂鉸縫以及兩側(cè)變形縫處分別開裂嚴重，大多延伸至橋面,寬度多在10mm—15mm，最大寬度可達20mm，部分裂縫有滲水現(xiàn)象嚴重（見圖4.2-1）。
圖4.2-1 ①號腹拱拱頂、拱鉸裂縫、滲水
圖4.2-2 ②號腹拱拱頂處裂縫 圖4.2-3 北側(cè)①號腹拱側(cè)墻裂縫
② 兩側(cè)①號腹拱內(nèi)部頂板間鉸縫開裂過大，拱鉸滲水、鈣化現(xiàn)象嚴重。
③ 北側(cè)②號腹拱拱頂距東側(cè)邊緣2.0m處有一條豎向裂縫，長1.5m，最大寬度2.0mm（見圖4.2-2）；
?、?北側(cè)①號腹拱橋臺前墻距西側(cè)邊緣3m處有一條裂縫向上延伸，裂縫長度為2.0m，最大寬度為2mm（見圖4.2-3），局部有滲水、鈣化現(xiàn)象；北側(cè)側(cè)墻距東側(cè)邊緣有兩處豎向裂縫，長度分別約為1.5m、1.0m，最大寬度約為0.15mm。
圖4.2-4 南側(cè)①號腹拱頂板滲水 圖4.2-5 南側(cè)②號腹拱拱鉸處滲水
⑤ 南側(cè)①號腹橋臺前墻與頂板連接處，距東側(cè)約2米，有嚴重的滲水現(xiàn)象（見圖4.2-4）；南側(cè)②號腹拱北側(cè)拱鉸距西側(cè)邊緣3m處有漏水、掉塊現(xiàn)象，長約1.3米（見圖4.2-5）；南側(cè)②號腹拱與立柱西側(cè)連接處砌縫開裂嚴重、有滲水、鈣化現(xiàn)象（見圖4.2-6）。2號腹拱拱圈第二塊與第三塊接處砌縫未填充。
⑥ 南側(cè)①號腹拱立柱南側(cè)距西側(cè)邊緣3m處有一條豎向貫通裂縫，長約2.0m，裂縫寬度為2mm（見圖4.2-7）。
圖4.2-6 南側(cè)②號腹拱滲水、鈣化 圖4.2-7 南側(cè)立柱裂縫
?、?南北兩側(cè)②號腹拱靠近跨中拱鉸均有豎向裂縫，裂縫大多向上延伸至橋面、部分裂縫向下延伸至腹拱拱鉸內(nèi)部，最大寬度為5mm，并且多數(shù)存在滲水、鈣化現(xiàn)象（見圖4.2-8）。
圖4.2-8 ②號腹拱拱鉸裂縫現(xiàn)象 圖4.4-1 欄桿缺損
3.5.3 橋臺 經(jīng)檢測，橋臺基本完好，未發(fā)現(xiàn)裂縫、滲水、掉塊等明顯病害。
2.5.4 橋面系及附屬設(shè)施 （1）橋面
本橋橋面鋪裝為瀝青混凝土鋪裝，經(jīng)檢測，橋面基本完好，無破損，積水等異?，F(xiàn)
象。
（2）欄桿
經(jīng)檢測，路面兩側(cè)欄桿多處缺損、斷裂。
?。ㄈ鐖D4.3-1）。
?。?）人行道
經(jīng)檢測，兩側(cè)人行道基本完好，部分
地磚破損，無其他異?，F(xiàn)象。
2.6 荷載試驗 2.6.1 本次荷載試驗的性質(zhì)和目的 對該橋進行荷載試驗，以求達到以下目的：
1、通過荷載試驗，了解橋梁結(jié)構(gòu)在試驗荷載作用下的實際工作狀態(tài)，從而判斷橋梁結(jié)構(gòu)的安全承載能力評價橋梁的運營質(zhì)量；
2、了解結(jié)構(gòu)體系在試驗荷載作用下的實際工作狀態(tài)，為科學(xué)地評價結(jié)構(gòu)在使用階段的工作狀況提供強度、剛度和變形等方面的資料；
3、結(jié)合橋梁檢測與荷載試驗結(jié)論，確定該橋今后能否繼續(xù)正常使用。并為業(yè)主今后的橋梁養(yǎng)護工作及護城河改造提供依據(jù)。
主要工作內(nèi)容如下：
?、?、荷載試驗的準備工作；
⑵、靜載試驗；
?、?、試驗資料的整理及編制試驗報告。
2.6.2 加載試驗程序 1、試驗加載位置放樣和卸載位置的安排
荷載試驗前應(yīng)在橋面上對加載位置進行放樣，以便于加載試驗準確順利進行。荷載卸載的位置應(yīng)預(yù)先安排，選擇既要考慮加卸載方便，又要考慮使安放的荷載不影響測試部位的受力。
2、在正式加載試驗前，用兩輛載重加載車在關(guān)鍵控制截面進行橫橋向?qū)ΨQ預(yù)加載試驗，每一預(yù)加載載位持荷時間以不小于10分鐘為宜。預(yù)加載的目的在于，檢查測試系統(tǒng)和試驗組織是否工作正常。在確認測試系統(tǒng)和試驗組織工作正常后，方可進入正式加載試驗。
3、預(yù)加載卸到零荷載并在結(jié)構(gòu)得到充分的零荷恢復(fù)后，才可正式進入加載試驗。完成一個序號的加載工況后，應(yīng)使結(jié)構(gòu)得到充分的零荷恢復(fù)，方可進入下一個序號的加載工況。結(jié)構(gòu)零荷恢復(fù)的標志是加載試驗實測的結(jié)構(gòu)最大變位測點在卸零荷載后變位恢復(fù)最后一個5分鐘增量小于第一個5分鐘增量的15%，或小于所用測量儀器的最小分辨值。
2.6.3 靜載試驗規(guī)則 1、靜力試驗荷載持續(xù)時間，原則上取決于結(jié)構(gòu)變位或應(yīng)變達到相對穩(wěn)定所需要的時間，只有在結(jié)構(gòu)變位或應(yīng)變相對穩(wěn)定后，才能進入下一荷載階段。同一級荷載內(nèi)，若結(jié)構(gòu)變位或應(yīng)變最大的測點在最后5分鐘內(nèi)的增量小于第一個5分鐘增量的15%，或小于所用測量儀器的最小分辨值，即認為結(jié)構(gòu)變位或應(yīng)變達到相對穩(wěn)定。
2、全部測點(應(yīng)變或撓度)在正式加載試驗前應(yīng)進行零級荷載讀數(shù)，以后每次加載或卸載后應(yīng)立即讀數(shù)一次，并在結(jié)構(gòu)變位或應(yīng)變達到相對穩(wěn)定后，進入下一級荷載之前再讀數(shù)一次。只有結(jié)構(gòu)變位或應(yīng)變較大的測點宜每隔5分鐘觀測一次，以觀測結(jié)構(gòu)變位或應(yīng)變是否達到相對穩(wěn)定。
3、由于裂縫測量花費時間較多，可不受上述限制，每次加載或卸載完成后5分鐘后即可進行觀測。對加載過程中出現(xiàn)的新裂縫，宜在混凝土表面沿裂縫走向進行描繪，長度和寬度的變化情況，亦可在混凝土表面直接描繪記錄。
2.6.4 終止加載控制條件 若在加載過程中發(fā)生下列情況之一，應(yīng)立即停止加載試驗：
1、控制測點應(yīng)力值已經(jīng)達到或超過用彈性理論按規(guī)范安全條件反算的控制應(yīng)力；
2、控制測點變位（或撓度）超過規(guī)范允許值；
3、現(xiàn)場檢測中，若實測撓度值大于相應(yīng)荷載作用下的理論計算值10%，則終止加載，并查明原因；
4、由于加載使結(jié)構(gòu)裂縫的長度、寬度急劇增加，新裂縫大量出現(xiàn)，縫寬超過允許值的裂縫大量出現(xiàn)；
5、加載試驗過程中，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)超過20%的相對殘余變形時；
6、發(fā)生其他損壞，影響橋梁承載能力或正常使用。
2.6.5 試驗過程 2004年11月15～16日，在在試驗孔下面搭設(shè)支架，接著在試驗孔測點打底找平，然后貼應(yīng)變片并作防潮處理，在貼應(yīng)變片的同時安裝測量用反光片，緊接著焊接導(dǎo)線及聯(lián)機調(diào)試等準備工作。
正式加載試驗前，先用一輛載重汽車，對各測點測試截面進行預(yù)加載試驗，以檢驗各測點應(yīng)變片、測試儀器及采集記錄儀器工作的可靠性，經(jīng)檢驗無誤后、開始正式加載測試。
為了盡量減小溫度變化對試驗結(jié)果的影響，靜載試驗應(yīng)選擇氣候變化不大和結(jié)構(gòu)溫度趨于穩(wěn)定的時間間隔內(nèi)進行，故決定在16日早晨開始試驗。
為了加載安全和了解結(jié)構(gòu)應(yīng)變和位移隨加載內(nèi)力增加的變化關(guān)系，根據(jù)《公路舊橋承載力鑒定辦法》中是規(guī)定，對橋梁主要控制截面內(nèi)力的加載應(yīng)分級進行，而且一般安排在開始的幾個工況中，而附加控制截面一般只按最大內(nèi)力一次加載。
本著上述原則，在工況1的試驗中，我們采取二級加載法，每級增加一輛車，每一級加載后測取一次數(shù)據(jù)，與計算值對比分析后，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的工作性能正常。所以在工況2改用一級加載法，兩輛汽車一次到位后進行測試。
在靜載試驗中，為了減少汽車動力的影響，各工況車輛到位后，關(guān)閉發(fā)動機5分鐘以上，待結(jié)構(gòu)的變形完全穩(wěn)定后再測取數(shù)據(jù)，以確保測試數(shù)據(jù)的可靠性。
2.6.6 本次試驗實際加載效率 本次荷載試驗均采用大噸位雙后軸解放自卸車（見圖1－2），實際加載效率見表1－2。
圖1－4 該橋加載現(xiàn)場
表1－2設(shè)計、試驗荷載及荷載效率
控制斷面位置
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設(shè)計荷載彎矩Mu（KN·m）
|
試驗荷載彎矩Mj（KN·m）
|
荷載效率
MJ/Mu
|
K1
|
拱頂
|
68.9
|
63.1
|
0.92
|
K2
|
拱腳
|
-95.9
|
-87.6
|
0.91
|
單位：KN·m
2.6.7 試驗結(jié)論
圖 1-5 試驗車輛縱向布載及測點布置示意圖
圖 1－6 拱頂加載位置及測點位置示意
圖 1－7 拱腳加載位置及應(yīng)力測點位置示意
實測該橋主要控制截面撓度及應(yīng)力效驗系數(shù)滿足正常運營要求。
2.6.8 裂縫觀測 本次試驗過程中派專人在可能開裂的部位進行觀測。觀測結(jié)果表明，在荷載試驗前與試驗后均未發(fā)現(xiàn)新增裂縫。
2.6.9 拱腳水平位移觀測 經(jīng)過觀測未發(fā)現(xiàn)主拱圈拱腳有水平位移。
三、 檢測結(jié)論 針對西安市護城河全線橋梁檢測，根據(jù)現(xiàn)行《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》和《城市橋梁養(yǎng)護規(guī)范》規(guī)定，其中三座橋梁評定為三類，十二座橋梁評定為二類。橋梁檢測工作扎實細致、荷載試驗詳實可靠，檢測報告經(jīng)過評審，受西安城墻景區(qū)管理委員會的好評。
