基于检测的深水大跨连续刚构桥技术状况评估

彭 伟，吴成忠，陈忆前，谭 新

(1.重庆安济建设加固工程有限责任公司，重庆 401120；2.招商局重庆交通科研设计院有限公司桥梁工程结构动力学国家重点实验室，重庆 400067；3.长江科学院 重庆分院，重庆 400026)

基于检测的深水大跨连续刚构桥技术状况评估

彭 伟1，2，吴成忠1，陈忆前2，谭 新3

(1.重庆安济建设加固工程有限责任公司，重庆 401120；2.招商局重庆交通科研设计院有限公司桥梁工程结构动力学国家重点实验室，重庆 400067；3.长江科学院 重庆分院，重庆 400026)

为了解某深水大跨连续刚构桥工作状况，对桥梁主体结构及附属构件进行外观检查与材质状况专项检查，结合水下摄像及探摸对主桥水下墩柱及承台进行检查，通过分析各构件病害标度与部件权重后综合评定全桥技术状况等级，为桥梁养护管理提出技术建议。

刚构桥；深水桥墩；材质状况；水下检测；技术状况评估

大跨预应力混凝土连续刚构桥融连续梁和T型刚构于一体，利用主墩柔性参与结构整体受力，使结构有较大跨越能力，尤其符合我国中西部地形特点。随着运营年限增加，预应力混凝土连续刚构桥的病害和问题也逐渐体现出来[1-3]，例如箱梁底板、顶板和腹板开裂，钢筋锈胀，薄壁墩身开裂，跨中下挠过大及基础冲刷等。为保证桥梁正常运营与通行安全，需定期进行桥梁养护维修，而针对桥梁病害的检查与结构技术状况科学评估则是制订桥梁管养方案的技术基础。

1 工程概况

某深水大跨连续刚构桥(见图1)位于三峡库区，是连接当地工业园与居民区的重要通道，桥梁原设计荷载为城-A级、人群荷载3.0 kN/m2，主桥为连续刚构，跨径布置为90 m+150 m+90 m，两岸引桥均为3×30 m预应力混凝土连续弯梁桥。桥面横向布置为1.5 m(人行道)+15 m(行车道)+1.5 m(人行道)。主桥与引桥上部为箱梁(见图2～图3)，下部为矩形墩，墩底为嵌岩桩基础；两岸均用混凝土重力式桥台，台底为扩大基础。桥面采用沥青混凝土铺装，并在0#台、3#和6#过渡墩、9#台处各设1道伸缩缝。

由于路线等级调整，当地移交了该桥养护与管理权限。为及时了解桥梁既存缺陷和病害对结构运营的影响，本文根据行业有关规范[4-9]与该桥资料进行桥梁外观和材质状况等专项检查，运用水下摄像及探摸等方式对桥梁水下构件进行了检查，可为其他同类型桥梁的检测提供参考。

图1 受检刚构桥立面示意图

图2 主桥箱梁标准横断面

图3 引桥单幅箱梁标准横断面图

2 深水大跨连续刚构桥检测内容

根据现有大跨连续刚构桥共性病害和该桥特点，本次桥梁现状检测主要内容如下：

1)外观检查：对全桥上、下部结构及桥面系，结合目测与专项仪器进行全面检查，包括箱梁内外有无裂缝、渗水、露筋等；墩台是否开裂、外鼓、沉降等；护坡有无冲刷、铺砌缺损；桥面铺装与排水情况，伸缩缝是否有破损、淤塞等，桥头有无跳车现象；支座老化与偏位情况。

2)构件材质状况与状态参数：按规范抽取主桥和引桥的代表性截面进行回弹强度、氯离子含量、保护层厚度及碳化状况等检测；结构自振频率实测值与理论值比较。

3)专项检查：对墩顶偏位和桥面高层进行测量；根据现场情况，利用人工水下摄像及探摸，对主桥水下墩身破损、锈蚀等及承台冲刷进行检查。

3 桥梁技术状况评估方法

目前我国公路桥梁技术状况评估主要有JTG H11—2004《公路桥涵养护规范》、JTG/T H21—2011《公路桥梁技术状况评定标准》，两种评估过程如下。

3.1 《养护规范》方法

该方法基于加权算术平均、加权几何平均及两者综合进行一般评定或适应性评定：前者以检测资料为依据，引入部件权重或直接根据重要构件最差缺损状况进行打分评定，并判断桥梁技术状况等级；后者对桥梁实际承载能力进行评价，通常以特殊检查资料为基础，并结合结构验算或荷载试验。

一般评定的流程[2]为：1)按部件缺损的程度、发展趋势及对结构使用的影响，对桥梁各部件的缺损状况进行评定分类；2)将桥梁构件划分为17个部分进行评分，并规定上部主要承重构件、桥墩及基础、支座这三部分的构件评定时按照最差状态评分；3)根据各构件评分情况，按部件权重和评定计算公式计算技术状况得分值；4)根据技术状况得分，桥梁划分为1～5类，其中3～5类对应桥梁处于较差、差、危险状态。

3.2 《评定标准》方法

根据《评定标准》，公路桥梁技术状况评定采用分层综合评定与单项指标控制相结合，见图4，其中，条件a、b，分别指是否满足5类桥梁单项控制指标。

3.2.1 分层综合评定

根据桥梁评估指标体系，按‘基层先评’的原则逐级打分。对所检桥梁，按桥型划分检查部件及权重，根据《评定标准》，刚构桥上部结构部件及权重见表1。

根据检查结果评定构件病害标度，桥梁上部构件(PMCIl)、上部部件(PCCIi)、上部结构(SPCI)的技术状况评分按下列公式逐项计算：

(1)

(2)

(3)

同理计算下部结构(SBCI)、桥面系(BDCI)的技术状况评分，最终计算总体技术状况评分Dr。

Dr=SPCI×Wsp+SBCI×WSB+BDCI×WD

(4)

对比Dr与《评定标准》Dj值域，可判断受检桥梁技术状况类别。

图4 桥梁技术状况评定流程图表1 刚构桥上部结构各部件及权重

类别i评价部件权重Wi1上部承重构件(主梁)0.702上部一般构件(湿接缝、横隔板等)0.183支座0.12

3.2.2 单项控制指标

当桥梁出现《评定标准》4.3.1节情况，其技术状况应评为5类，例如上部结构落梁，结构明显出现大于规范值的永久变形，桥墩严重倾斜、下沉等。

3.3 两种评定方法比较

《养护规范》与《评定标准》都基于层次分析法且都采用定权重[10]，桥梁等级都分为5类。前者从部件到全桥逐级评定，过程简单但病害描述相对模糊、主观性大；后者从构件、部件到全桥逐级评定，过程复杂但结果相对客观，病害描述相对具体、主观性小但现场检测工作量大。由于《评定标准》的实用性更强，本文采用该方法进行评定。

4 案例桥梁检测内容与结果

为便于分析描述，约定以居民区到园区为正方向对构件编号，见图1。限于篇幅，主要病害如下所述。

4.1 箱梁裂缝与表观缺陷检查

主桥检查表明：箱内顶板共5条纵向泛碱泌死裂缝，缝长在0.5～3.0 m，裂缝总长6.2 m，主要分布于边跨端部；中跨中腹板1处网状裂缝，均泛碱泌死；箱梁内腹板局部轻空洞、孔洞，箱外底板局部蜂窝麻面；上部一般构件共3条裂缝，总长2.6 m，最大缝宽为0.06 mm，均位于边跨横隔板；主桥施工孔均不同程度破损、露筋、泛碱，且部分施工模板未拆。

引桥检查表明：箱梁翼缘板端部共5处剥落、掉角，总面积1.23 m2；箱梁底板局部蜂窝麻面，且轻微空洞、孔洞；箱梁底板1处渗水、泛碱，面积6 m2；引桥2#～4#铰缝脱落，脱落总长为25 m。

4.2 桥梁线形测量

该桥未设置测控网且部分桥面高程永久观测点已被破坏，故检测前补设相应监控点并按工程测量规范要求[8]进行测量，气温为14 ℃。

以0#伸缩缝为起点，沿桥面左右幅布置2条测线(共58个测点)。自定义观测基准点高程为100 m，主桥桥面实测线形见图5，可见主桥桥面线形较平顺，经与设计线形比较，主桥跨中约有3 cm的预拱度。

图5 主桥桥面实测线形

4.3 下部结构及桥面系检查

经检查，主桥3#墩边跨侧局部水渍青苔；0#台前墙填土从左至右斜向开裂，长度10 m；0#台前墙有2条竖向裂缝，缝长为3.0 m，最大缝宽0.24 mm(见图6)。

经检查，桥面铺装局部严重拥包与车辙(见图7)，主要位于1#跨右侧及9#跨右侧桥面铺装；3#跨桥面铺装局部破损、划痕，面积0.09 m2。

图9 5#墩在水深7.8 m处钢筋锈蚀 图10 5#墩在水深10.6 m处钢筋锈蚀 图11 承台周围有石块堆积

4.4 水下墩柱及承台检查

位于水面以下的墩柱及基础等隐蔽构件无法通过常规方法检查成桥后的病害。目前，桥梁水下检测尚处在摸索和经验积累阶段[11]。鉴于该桥下水质好、能见度尚可，本次采用水下摄像结合探摸进行检查。前期就水下检查内容和注意事项与专业潜水员进行沟通，在岸边完成相关准备后，根据天气情况进行水下检查作业(潜水当天水位约169.8 m)，见图8。

检查结果表明：4#、5#墩河床表面水深分别约19.5 m、17 m，对应承台分别露出河床约3.7 m、1.3 m；5#墩墩身在水深7.8 m、10.6 m处各有3处钢筋锈蚀(见图9～图10)；承台部分施工临时结构未拆除，承台周围有石块堆积(见图11)，承台未见破损、露筋及冲刷病害。

4.5 主桥自振特性

采用脉动法测得主桥第1阶自振频率fmi=1.43 Hz。根据该桥竣工图，采用Midas软件建立主桥空间梁格有限元模型(见图12)，考虑墩底固结的边界条件，计算得第1阶自振频率fdi=0.87 Hz。经比较，fmi/fdi=1.64，对应评定标度为1。

4.6 其他检查

对主桥箱梁截面尺寸进行抽样检测恒载变异状况，选取边跨及中跨共5个截面，采用钢卷尺测量其底板宽度、底板及腹板厚度。测量结果表明结构尺寸与设计值基本吻合，尺寸偏差小于5%。

图12 主桥有限元模型

按规范要求，对主梁的混凝土强度、碳化深度、钢筋锈蚀电位、氯离子含量、混凝土电阻率、钢筋保护层厚度等进行抽测，各结果表明相应评定标度均为1，其中，由于混凝土自然养护龄期已超过1 000 d，回弹测强结果仅供参考。

5 案例桥梁技术状况评定与建议

综上所述，该桥主要病害及原因为：1)主桥箱梁微裂缝，主要为温度应力和混凝土收缩徐变所致；2)桥台前墙竖向开裂，由于桥台较宽但未设置变形缝所致；3)桥面铺装路线弯道处严重车辙、拥包，由车辆在该位置频繁启动和制动产生的较大离心力所致。

仔细核对4.1～4.6节构件病害，根据《评定标准》按式(1)～(3)逐级向上打分，见表2。主桥、引桥Dr值分别为88.2、88.7，全桥技术状况等级为2类，表明结构有轻微缺损，对桥梁使用功能无影响。

表2 刚构桥综合技术状况评定表

根据《养护规范》，结合评定结果，应对桥梁0#台前墙裂缝及桥面铺装车辙拥包病害进行处治，修补梁体孔洞、剥落等缺陷，并保护桥梁观测点。

6 结语

通过对某深水大跨连续刚构桥的外观与专项检查及技术状况评估，可得如下结论：

1) JTG/T H21—2011《公路桥梁技术状况评定标准》对处于评定最底层的各类构件及病害描述较具体明确，由于深水大跨刚构桥的构造相对复杂，在检测中应遵循全面和接近的原则，尽可能配合必要的措施以检查所有构件，以准确反映结构病害程度。

2)该桥综合评定结果为2类，应结合《养护规范》要求对现有主要病害及时维修并加强后期观测。

3)人工水下摄像能直观反映桥梁水下墩柱等构件的病害，可用于桥梁水下构件检测，但对水下能见度要求高，在水质混浊条件下的应用还需进一步研究。

[1]郭伟.贵州省7座在役连续刚构桥病害调查与分析[J].公路交通技术，2017，33(5)：100-104.

[2]杨俊，曹一山.大跨连续刚构桥底板纵向裂缝成因分析与处治措施[J].公路，2017(8)：156-158.

[3]陈常明.大跨度连续刚构桥检测评估与加固处治技术研究[D].北京：清华大学，2014.

[4]中华人民共和国交通运输部.公路桥涵养护规范JTG H11—2004[S].北京：人民交通出版社，2004.

[5]中华人民共和国交通运输部.公路桥梁技术状况评定标准JTG/T H21—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.

[6]中华人民共和国住房与城乡建设部.回弹法检测混凝土抗压强度技术规程JGJ/T 23—2011[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[7]中华人民共和国住房与城乡建设部.混凝土中钢筋检测技术规程JGJ/T 152—2008[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[8]中华人民共和国住房与城乡建设部.工程测量规范GB 50026—2007[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[9]中华人民共和国住房与城乡建设部.混凝土结构工程施工质量验收规范GB 50204—2015[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[10]赵晓燕.不同规范桥梁技术状况评估方法比较与分析[J].城市道桥与防洪，2014(11)：69-72.

[11]胡国喜，缪品柏.桥梁水下基础检测技术应用前景[J].公路交通技术，2012，4(2)：71-73.

TechnicalConditionEvaluationofaLargeContinuousRigid-FrameBridgeinDeepWaterbasedonInspection

PENGWei1，2，WUChengzhong1，CHENYiqian2，TANXin3

(1.Chongqing Anji Construction & Reinforcement Co.，Ltd.，Chongqing 401120， China；2.State Key Laboratory of Bridge Engineering Structure Dynamics， Chongqing Communication Research & Design Institute Co.， Ltd.，China Merchants Group， Chongqing 400067， China；3.Chongqing Branch, Changjiang River Scientific Research Institute， Chongqing 400026，China)

In order to evaluate the working condition of a large continuous rigid-frame bridge in deep water， visual inspection and special inspection of material condition were implemented in main structure and ancillary components of bridge， and underwater videography as well as artificial fumble were applied in defects inspection of piers and pile caps in deep water. Finally， through analyzing the rating scales of members and weights of components， the related technical suggestions were given for bridge management and maintenance.

rigid-frame bridge；pier in deep water；material condition；underwater inspection；technical condition evaluation

10.13542/j.cnki.51-1747/tn.2017.04.007

2017-11-14

彭伟(1980—)，男，高级工程师，博士，研究方向：结构病害诊治与工程防灾，电子邮箱：pwei99@126.com。

U446

A

2095-5383(2017)04-0033-05