公路桥梁检测技术的重要性与工程应用研究

2020-08-19冯树

四川建材 2020年8期

冯树

(中交二公局第六工程有限公司，陕西西安 710075)

1 工程概况

伊犁河大桥建设于市政主干道，总长309 m，主桥为九跨空腹式钢筋混凝土板拱。跨径为31.74 m，矢跨比1/6，跨径布置为9×31.74 m。桥梁所在道路交叉口2处，并分别在该段起终点设置十字交叉。

拱桥同其他桥梁一样，也是由桥跨结构(上部结构)及下部结构两大部分组成。拱圈是拱桥的主要承重结构，由于拱圈是曲线形，一般情况下车辆都无法直接在弧面上行驶，所以在桥面系与拱圈之间需要有传递压力的构件或填充物，以便车辆能在平顺的桥面上行驶。桥面系和这些传力构件或填充物统称为拱上结构或拱上建筑。桥面系包括行车道、人行道及两侧的栏杆或砌筑的矮墙(又称雉墙)等构造。拱桥的下部结构由桥墩、桥台及基础等组成，用以支撑桥跨结构至地基，并与两岸路堤相连接。

2 公路桥梁检测的意义和必要性

公路桥梁建设工作中除了选择合适的技术外，科学的检测方式也尤为关键，是路桥施工质量的重要保证，并与施工效率、施工成本等方面息息相关[1]。公路桥梁建设周期较长，含原材料采购、设备管理、现场施工等方面，检测工作应深入到各环节之中，全方位保证各处的质量，以便给公路桥梁的开展创造良好条件。桥梁检测工作具有必要意义，其与施工等环节具有同等地位，提高施工质量也必须依赖于科学的检测技术而实现。

1)全面确保路桥施工质量。基于对各施工环节的检测，能够为实际施工提供可靠的指导，创造安全的施工环境，打造高品质桥梁工程。从工程建设状况来看，路桥工程中质量问题普遍存在，在其影响下又进一步引发安全事故，威胁到人员的人身安全且伴随负面社会影响，甚至对城市化建设带来阻碍。鉴于此，有必要采取科学的检测技术，将其作为路桥施工的质量“保护伞”。

2)减少施工成本。现阶段公路桥梁的构成较为复杂，伴随其技术水平的持续提高，选择先进的技术并配套高精度仪器具有必要性，严格依据规程完成检测工作。做好上述工作后可显著加快施工进度，从而减少在人工等多方面的成本投入，提供工程项目的效益性。

3)提高施工效率。基于合适的检测技术可以帮助施工人员更为准确地掌握施工情况，以便给后续环节的施工作业提供指导，以高效的方式完成各环节施工。

3 公路桥梁检测技术的应用

3.1 地基与基础检测技术

公路桥梁具有稳定性的前提在于地基和基础施工质量足够优良，从而承受上部产生的荷载，应根据桥梁结构的特点选择与之相适应的检测技术。桩基础是全桥的重要组成部分，检测工作主要围绕其完整性而展开，现阶段应用较为广泛的有低应变检测技术，其基本操作是敲击桩顶，所产生的应力波会发生传播并到达桩端处，形成反射后由速度传感器(设置于桩顶处)接收。基于低应变检测技术的应用可实现对桩结构缺陷的准确捕捉与定位，且所用的低应变检测仪在实际操作中更为简单、易于携带，覆盖的信号范围较宽，存在特殊需求时可扩展成无线采集模式，为检测工作提供更多的便捷。此外，声波透射法也具有较好的应用效果，预埋声测管是重要环节，利用该装置发射声波，向结构中传导后再接收，从中掌握声波在桩结构传播过程中的声学参数情况，明确其变化规律，以实现对桩身完整性的准确检测。从声波透射检测的应用特点来看，所需的设备体积小，更便于携带和检测，操作流程精简，所得检测数据可较好地反映桩结构的实际情况。

3.2 公路桥梁现浇施工支架安装质量检测技术

现浇支架施工质量对全桥的整体品质具有重要影响，其中最为关键的是支架安装作业，为确保其具有稳定性需在正式施工前展开分析，掌握其强度与稳定性情况，并将支架设置方案交给专业人员评估[2]。实际施工中以支架安装方案为基本依据，有序完成各环节施工。结束支架安装后为之适配相应的配套装置，如剪力杆、横梁。根据现阶段的行业发展状况，支架性能检测所用设备为传感器，将其设置于支架上从而掌握各构件(钢管)的实际使用情况，如应变、位移等；此外加速度传感器也是较为合适的仪器，其主要作用在于检测以支架频率为代表的相关动力参数。

3.3 拱架及主拱圈监测

在拱架拼装后粘贴应变计并进行初始数据采集，绑扎钢筋后与混凝土分段浇筑后都需继续进行数据采集，直至主拱圈浇筑完成，拱架卸落后停止拱架的形变监测，通过数据来分析钢拱架的受力和主拱圈的受力，振弦式应变计主要由左右端安装支座、钢弦和线圈组成，当被测结构物发生应变时，振弦式应变计左右端安装支座产生相对位移并传递给钢弦，使钢弦受力发生变化，从而改变钢弦的固有频率，测量仪表输出脉冲信号通过线圈激振钢弦并检测出线圈所感应信号的频率，振动频率的平方正比于应变计的应变，经换算得到被测结构物的应变量。

1)拱架吊装时的监测。吊装过程中，在两岸的中轴线上适当高程位置各设一个钢拱架轴线观测站，观测本岸吊装钢拱架节段顶面轴线，确保其顶面顺直，以便后续更好地开展施工，如发现其高程有参差不齐应及时通知现场并调整。

2)拱架安装完毕后的监测。

(1)应力监测。拱架安装完毕并且加固后，在拱脚铰座部位、L/8、L/4、3L/4、L/2处安装应变计，见图1。安装完成后记录应变计安装信息，如仪器编号、安装日期、测点编号等；24小时后，在被测结构物无外界因素影响下，用手簿读取表面应变计数据，每个应变计共读取5组数据，若数据波动2Hz以内则取其平均值作为安装初始值记录。

图1 拱脚处的受力监测

(2)位移及沉降监测。在拱架、双拼工字钢及拱座两侧布置监测点，采用全站仪进行位移及沉降监测，记录坐标及高程。

(3)主拱圈应力监测。按照设计方案确认内埋应变计测点位置；利用扎带把内埋式应变计沿着平行于拱圈应变监测方向绑扎至测点位置钢筋上；安装完成后及时记录内埋式应变计编号与测点位置编号的对应关系，见图2；在混凝土浇筑振捣时，内埋应变计安装位置半径0.5 m范围内禁止用机械振捣，应采用人工振捣；记录应变计安装信息，如仪器编号、安装日期、测点编号等；每天早晨8点采集各内埋应变计5组数据，若数据波动2Hz以内则取其平均值作为安装初始值记录。

图2 内埋应变计安装点位平面示意图(单位：m)

(4)主拱圈沉降监测。混凝土浇筑完成后的观测：混凝土浇筑完成后，在主拱圈混凝土顶面纵向每3 m一个断面(横向为左、中、右三个点)，进行主拱圈混凝土的位移监控；待主拱圈混凝土与拱架底模完全脱离后，加大主拱圈监控点的监测频率，确保主拱圈无异常变化后方可继续进行拱架的卸落；对拱架卸落时加大监测频率，保证安全施工。在拱架预压、拱圈混凝土浇筑、拱架卸落的全过程，安排专人用仪器观测其高程、平面位置的变化情况，并详细记录，一旦发现异常立即停止施工，采取可靠措施进行补救，确保工程质量和施工安全。

3.4 公路桥梁结构力学特性及几何参数检测技术

混凝土结构是构成桥梁整体的关键，其具备的力学特性以及几何参数等都将对全桥使用情况带来直接影响，同时该指标也直接反映出桥梁施工质量情况[3]。

现阶段主要有两类检测方法：一是以钻孔取芯法，二是以回弹法为代表的新型无损检测法。在混凝土收缩徐变等因素的影响下，预应力混凝土的结构特点发生变化，主要表现为应力分布的改变。针对混凝土承载能力的检验，较为典型的是荷载试验方法，但局限之处在于难以准确呈现整体应力水平。当前行业内出现了应力释放法，则核心在于选择存在初始约束应力的构件，对其采取切割处理措施，从而实现应力的合理释放；此后再对比分析处理前后构件的应变情况，从而掌握构件应力状态。

结构刚度也是衡量桥梁质量的重要指标，其主要指的是桥梁抵抗活载的变形能力，如主梁挠度、塔顶变形等，部分情况下还会考虑主梁横、纵向变位情况。桥梁挠度检测中所用设备丰富，其中接触式挠度计主要应用场景为桥下挠度测试，而诸如激光挠度仪等则是实现对桥面挠度检测的重要设备。纵观桥梁挠度测量的发展趋势，其逐步融入了数字图像技术，可有效对比结构变形前后的具体情况，省去了传感器的安装作业，精度更高、操作更为便捷。