混凝土橋梁檢測(cè)技術(shù)和應(yīng)用
2011-09-28 來(lái)源：中國(guó)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(guó)家，公路橋梁已經(jīng)進(jìn)入了維修的高峰期。在我國(guó)，隨著近年來(lái)公路建設(shè)的大發(fā)展，全國(guó)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(jì)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(duì)舊橋和病害橋梁的檢測(cè)和評(píng)價(jià)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(diǎn)。
一、鋼筋銹蝕檢測(cè)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(cè)主要是對(duì)鋼筋銹蝕的評(píng)定，鋼筋銹蝕的評(píng)定有間接和直接兩種評(píng)定方法。間接評(píng)定方法包括：用保護(hù)層測(cè)定儀檢測(cè)鋼筋的保護(hù)層厚度是否足夠，此法經(jīng)常用來(lái)探測(cè)鋼筋位置，估測(cè)鋼筋直徑；用四電極測(cè)量法測(cè)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(shí)，不會(huì)銹蝕；低于500Ω.m，肯定銹蝕。另外還包括測(cè)試混凝土的碳化深度、測(cè)試混凝土的氯離子含量和氣透性檢測(cè)等，其中氣透性檢測(cè)主要用來(lái)評(píng)定混凝土對(duì)碳化合物有害離子侵蝕的抵抗力，從而間接評(píng)定鋼筋銹蝕的可能性。
二、混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方法
目前主要的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)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(wú)需通過立方體試塊或其它參數(shù)等環(huán)節(jié)，此方法是國(guó)內(nèi)外近年來(lái)推行較廣的一種半破損檢測(cè)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(cè)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(cè)定時(shí)，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(lái)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(shí)利用超聲波法和回彈法對(duì)混凝土同一測(cè)區(qū)進(jìn)行檢測(cè)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(cè)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(cè)，其檢測(cè)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(cè)。其常用的檢測(cè)方法有超聲波探傷法、聲波檢測(cè)法和雷達(dá)檢測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)力計(jì)測(cè)量拔出時(shí)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(yàn)。拔出法可以用來(lái)測(cè)定后張法施加預(yù)應(yīng)力時(shí)、模板和支撐拆除時(shí)、冬季施工防護(hù)和養(yǎng)護(hù)結(jié)束時(shí)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(cè)方法
裂縫檢測(cè)方法主要有以下幾種：
1、超聲波檢測(cè)
超聲波法用于非破損檢測(cè)，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(cè)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(duì)其內(nèi)部缺陷及其位置等都能準(zhǔn)確地檢測(cè)出來(lái)。掌握混凝土表面產(chǎn)生的裂縫深度，對(duì)耐久性診斷和研究修補(bǔ)、加固對(duì)策有重要意義。測(cè)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(cè)彈性體內(nèi)的狀態(tài)，是廣義的彈性波探測(cè)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(cè)定的裂縫深度深。沖擊彈性波法只能檢測(cè)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(cè)法
攝影檢測(cè)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(cè)。
4、傳感儀器監(jiān)測(cè)
利用埋設(shè)在混凝土中的儀器進(jìn)行裂縫監(jiān)測(cè)，常規(guī)技術(shù)是利用卡爾遜式或弦式測(cè)縫計(jì)，其控制范圍為0.12～1.00mm，屬點(diǎn)式檢測(cè)。由于裂縫出現(xiàn)的空間隨機(jī)性，因此往往漏檢，為了及時(shí)無(wú)遺漏地監(jiān)測(cè)裂縫，必須實(shí)施大范圍的、連續(xù)、分布式監(jiān)測(cè)，即所謂全分布監(jiān)測(cè)。
5、光纖傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)
在各國(guó)競(jìng)相開發(fā)的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)高科技領(lǐng)域里，光纖傳感以其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)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(dòng)化遙測(cè)系統(tǒng)。光纖傳感應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程監(jiān)測(cè)始于20世紀(jì)90年代初，如航空航天器、橋梁等的溫度、振動(dòng)、應(yīng)變檢測(cè)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(cè)，而裂縫的定位可采用多模光纖在裂縫處的光強(qiáng)變化來(lái)診斷完成，通過衰減曲線上的裂縫損耗突變點(diǎn)，可以準(zhǔn)確地確定裂縫的位置。針對(duì)混凝土裂縫檢測(cè)的特點(diǎn)，研制出基于光時(shí)域反射技術(shù)的光纖裂縫傳感網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫的分布檢測(cè)，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(píng)估、鑒定及加固
根據(jù)各種檢測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果，對(duì)橋梁進(jìn)行科學(xué)評(píng)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(jì)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(cè)，如強(qiáng)度、尺寸、配筋和缺陷等，是否滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求；最后根據(jù)調(diào)查和檢測(cè)結(jié)果，建立計(jì)算模型，計(jì)算橋梁承載力和變形是否滿足要求，并通過靜動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)橋梁在荷載作用下的工作性能。
當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)無(wú)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(shí)，需要對(duì)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(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果來(lái)制定經(jīng)濟(jì)、施工可行的方案。
五、橋梁檢測(cè)的應(yīng)用及意義
通過對(duì)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(chǎng)檢測(cè)，明確缺陷和損傷的性質(zhì)、部位、嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢(shì)，尋找缺陷和損傷產(chǎn)生的原因，以便分析、評(píng)價(jià)缺陷和損傷對(duì)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(jì)提供及時(shí)、有針對(duì)性的第一手資料。
對(duì)橋梁進(jìn)行全面檢測(cè)，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(shí)橋梁數(shù)據(jù)庫(kù)、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(jì)檢測(cè)的方法，輔以布設(shè)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)設(shè)備，逐步建立橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，確保橋梁長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)，以發(fā)揮其最佳經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
