钢筋混凝土病害桥梁检测技术分析

秦立朝

湖南高速铁路职业技术学院

钢筋混凝土病害桥梁检测技术分析

秦立朝

湖南高速铁路职业技术学院

钢筋混凝土桥梁作为桥梁工程中的重要组成部分，随着运营条件及年久的变化，病害桥梁日益增多，必须加强对钢筋混凝土桥梁的安全控制，本文就一工程案例，分析了钢筋混凝土桥梁检测技术，并提出整改意见，以保证其安全性。

钢筋混凝土；桥梁；检测

1　前言

随着我国社会经济的快速发展和交通运输行业的不断进步，钢筋混凝土桥梁以其刚度大、强度高、造价低、噪音环保、结构样式多、维修费用低，具有较好的稳定性和耐久性等优点作为了桥梁建设的主要类型；随着桥梁的老化、运营条件的提高和病害的不断发展，钢筋混凝土桥梁的刚度和强度大大降低，据不完全统计，我国病害桥梁占我国桥梁总数的45%左右，主要表现在桥梁的裂纹、混凝土钢筋的锈蚀、混凝土的炭化露筋、支撑块的破损、桥面的积水等；钢筋混凝土桥梁的病害会直接危机桥梁自身的安全性，影响到交通运输系统的安全稳定，由于发生原因复杂，病害将无法完全避免，只能通过各种检测技术，控制各个病害环节，降低病害危险程度。

2　工程概况

上海市宝山区杨盛河桥是一座东西走向的三跨混凝土简支梁桥，建于1987年，无设计和竣工资料可查。实测桥全长48.6m，三跨简支梁跨度均为16.0m。全桥宽为20.5m，桥宽双向3m人行道+ 17.0m机动车道，桥面两端设橡胶条伸缩装置，跨间桥面连续；桥面设0.08m～0.165m钢筋混凝土铺装层；三跨简支梁每跨均由20片混凝土空心板梁组成；梁底均采用板式橡胶支座。两桥墩均为桩柱式桥墩，下设6根Φ0.80m的圆形立柱，盖梁高0.90m，长20.6m、上部宽1.20m、底宽0.60m。该桥长期无车辆通行，根据规划，决定重新启用该桥，确定该桥的载重等级。

3　桥梁检测目的

通过对杨盛河桥的检测，分析构件缺陷及损伤的原因，评价其对桥梁承载力和耐久性的影响；通过静载试验，测试桥梁结构在试验荷载作用下控制截面的应变（应力）和挠度，评价桥的工作状态和承载能力，确定其载重等级；通过动载试验，测试空心板梁的在汽车动荷载下的冲击系数和自振频率等自振特性，评价空心板梁在动荷载作用下的工作状况。

4　桥梁表观结构检测

4.1全桥外观缺陷检查

桥梁外观缺陷检查先可采用目测法，对混凝土梁、墩台、支座和桥面附属设施等进行全面检查，对于裂缝用仪器测定其宽度和深度，仪器测定可采用超声测试仪、雷达检测技术、红外线—热检测技术等，超声波在混凝土传播过程中遇到裂缝，将产生反射、折射、绕射等物理现象，使超声波声时延长，根据声时测算裂缝的深度。经过对杨盛河桥全面检查，发现铺装混凝土水灰比较大，强度较低，水泥易流失；桥梁板底、桥台混凝土收缩及预应力的横向效应，产生了较多小于0.2mm的纵向裂缝、网状裂缝；两桥台处均有渗水现象，橡胶支座有不同程度的老化，全桥支座钢垫板均已锈蚀。

4.2混凝土无损检测

采用瑞士PROFOMETER5钢筋保护层检测仪，利用电磁感应原理对钢筋混凝土结构中钢筋直径、位置、间距和混凝土保护层厚度进行无损检测；混凝土强度无损检测常用回弹仪法、超声波法、超声回弹综合法，超声回弹综合法由于误差小而被广泛采用，但考虑本桥主梁为空心板梁，无法采用超声回弹综合检测，故采用回弹法检测混凝土强度。通过检测，板梁主筋混凝土保护层厚度、板梁箍筋混凝土保护层厚度均不符合规范要求，板梁混凝土强度达到C40混凝土强度要求，其他构件混凝土推定强度为21.3MPa～ 56.0MPa，大于C20混凝土强度等级，满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）中的要求。

4.3混凝土碳化深度检测

由于混凝土中水泥水化物呈弱碱性，其在钢筋表面形成具有保护作用的“钝化膜”，随着时间的流逝，空气中的CO2和水分子与混凝土的碱性成份缓慢发生化学反应，作为保护层的混凝土由外到内逐渐碳化，失去保护作用。混凝土碳化深度检测是通过混凝土表面钻孔，露出孔内新鲜混凝土内壁表面，并除净表面粉尘，然后用1%酚酞酒精喷涂，检测其变色与不变色的临界面深度，得出混凝土碳化深度，变红表示未被碳化，不变色则表示已碳化。经检测，该桥抽检构件表层混凝土均已发生不同程度的碳化，碳化深度平均值为0.1mm～5.3mm。

4.4钢筋锈蚀状况检测

当混凝土处于一个高碱性环境，会在钢筋表面形成一层保护膜，由于氯化物或碳化作用，这种保护膜会被破坏，发生锈蚀。锈蚀过程中，在钢筋表面形成阳极区和阴极区，导致钢筋离解，在阳极区生成膨胀的锈蚀产物。半电池电位钢筋锈蚀度测量法是目前在现场无损钢筋锈蚀度检测中较先进的一种方法，通过测量钢筋和混凝土表面之间的电位和电阻率，来评价腐蚀程度和保护层状况，腐蚀程度由电势的高低来判断。电势越高，腐蚀的可能性就越大；同时考虑电阻率的影响，电阻率低，表现为电势高；电阻率高，表现为电势低。

5　桥梁性能结构检测

5.1桥梁静载试验

由于桥的设计荷载不明，根据使用要求，期望承载能力达到汽车-20级、挂车-100，并能通行经常使用的特种车辆荷载。为此首先要计算经常使用的特种车辆荷载、汽-20级和挂-100车辆产生的荷载效应，其中最大的荷载效应确定为该桥的控制荷载，将该控制荷载作为“期望承载能力”。桥能否达到“期望承载能力”，则需要通过与“期望承载能力”相近的试验荷载作用在各跨中截面进行检验。

为了达到理想的试验效果和检测数据的可信度，一般要求加载试验所用试验荷载根据设计标准荷载的最不利效应值进行等效换算，等效换算的原则为使所用的静力试验荷载的效率ηq满足：

式中：ηq—静力试验荷载效率；一般要求在0.85～1.05范围内。

Sstate—试验荷载作用下控制截面内力计算值；

S—控制荷载作用下控制截面最不利内力计算值（不计冲击）；

（1+μ）—按规范取用的冲击系数。

各级试验荷载下空心板梁跨中弯矩及相应荷载等级表

各级荷载下应变测试结果表

图1　某立柱在试验荷载下时间—沉降曲线

图2　应变（应力）时程曲线（单位：με）

图3　挠度时程曲线（单位：mm）

对于桥墩基础承载能力测试则首先计算汽-20荷载在某一号墩盖梁某一号立柱上产生的最大反力（含冲击，包含人群荷载），将此荷载用加载车辆进行等效，逐级加载，用精密水准仪依次读数，并及时绘制时间-沉降曲线。（如图1）

由以上检测结果发现各应变片随着荷载增加应变增加趋势基本一致，表明随着荷载的逐级增大，承受荷载较大的梁并没有发生开裂，而且达到汽车-20级承载能力。在荷载作用下，立柱最大沉降1.02mm，卸载后剩余沉降为0.12mm，其相对残余变形小于《公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）》所规定的20%容许值，表明基础承载能力达到汽-20级载重等级。

5.2桥梁动载试验

由于桥梁结构在移动车辆、地震等动力荷载作用下会产生复杂的振动问题，仅靠理论分析还不能满足工程应用的需要，故桥梁动载试验就成为解决该问题必不可少的手段。桥梁动载试验通常检测结构的动力响应，主要包括振动和冲击。动载试验时，重车分别以5、10、15、20km/h匀速驶过桥面，记录所有动载测点的动应变和动挠度时程信号，由此计算冲击系数；自振频率及阻尼比检测采用脉动试验连续记录0.5小时的脉动时程信号，由此分析其自振频率和阻尼比。如图2、图3梁板跨中在5km/h速度下的应变（应力）时程曲线和挠度时程曲线。

6　结论

通过对本桥技术状况检测，按照《城市桥梁养护技术规范》（CJJ 99-2003）中技术状况评定，该桥技术状况为B类桥；根据动静载试验结果，判定本桥的承载能力满足汽车-20级、挂车-100荷载要求，亦能满足需要通行的特殊车辆的要求，但需对存在的病害进行维修。建议对露筋位置进行除锈，清理干净后用修补砂浆修补，梁板表面涂刷渗透结晶型浆料，提高构件的抗碳化能力；对于桥多数梁板在端部1～2m内产生的裂缝，建议表面刷渗透结晶型浆料，封闭裂缝，提高耐久性；由于桥面铺装凹凸不平，建议用钢筋钢纤维混凝土重建桥面铺装，修复梁间横向联系，对桥头接坡进行平顺处理。

［1］商峻.钢筋混凝土桥梁检测与损伤评价［J］.科技与企业，2012，7

［2］牛世久.钢筋混凝土桥梁耐久性病害特殊检测技术分析.山西建筑.2007年15期

［3］《城市桥梁技术状况鉴定准则（试行）》（SZ-19-2002）

秦立朝（1978-），男，河北省石家庄人，民族：汉，学位：本科，单位：湖南高速铁路职业技术学院铁道工程系，职称：副教授，研究方向：土木工程。