简支连续梁桥的施工控制及质量检验方法

范 婷

(山西远方路桥(集团)有限责任公司，山西 大同 037006)

0 引言

简支连续梁桥由于工艺简单，投资较少的原因，被广泛的应用于各等级公路工程中，比较特殊的桥梁除跨度或净高较大的主跨和过渡跨外，其余辅跨大多数也以简支连续梁结构为主。随着超声波检测技术、电磁感应检测技术、机械波传感及滤波技术的不断推广，各种无损快捷的检测方法得到了广泛的应用，下面以地基基础，下部结构，上部结构及荷载试验四个方面阐述检测方法的具体应用。

1 地基基础

按JTG D63—2007公路桥涵地基与基础设计规范,桥涵地基岩土分为岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和特殊性岩土六大类，而每一类地质又按硬度、完整程度、节理发育程度、粒度、棱角程度、标准贯入深度、含水量、孔隙比、液性指数将各大类岩土细分若干子类别，这些分类同时也是确定地基承载力基本容许值的基础，通过这一指标加上对基础尺寸的修正，就可以确定地基容许承载力，作为设计单位选择桥梁结构的前提，施工方应在基坑开挖后，现场验证实际承载力是否能够满足设计要求，现场承载力的确定一般采用平板荷载和圆锥动力触探的方法实施，而现场平板荷载试验由于过程复杂、深度有限等缺陷而很少被使用，大多被应用在复合地基的承载力检验上，而动力触探在桥涵基础中的应用范围就要广泛一些。

1.1 扩大基础

除确定扩大基础的承载力外，圆锥动力触探可以确定力学分层，评价地基的密实程度，确定地基土的变形模量，评价地基均匀性和确定持力层等，现场承载力检验应根据地基土的岩土分类选择合适的触探方法，各种动力触探的适用范围区别如表1所示[1]。

表1 圆锥动力触探的类型与规格

作为重型及超重型动力触控应对探杆长度、地下水位的影响进行修正，必须注意的是，动力触探试验在检验地基承载力时，应按照TB 10018—2003铁路工程地质原位测试规程或GB 50021—2001岩土工程勘察规范规定的结束条件进行试验，暨每层击数应达到90次，或每半层超过45次，不应以表层击数满足设计要求作为试验结束的条件，否则，会对基坑深层地质情况误判，造成严重的损失。

1.2 桩基础

灌注桩基础的应用十分广泛，其成孔属隐蔽工程，由于工艺要求高、质量环节多，加上地质情况复杂，在成孔过程中塌孔、缩径、孔底沉渣过厚的情况多有发生，另一方面，混凝土灌注过程中也有可能产生断桩、塌孔、离析、夹泥等病害，所以检测工作一定是全过程、全方位的，任何一个环节都有可能造成严重的质量事故。

1.2.1钻孔过程检测

除准确的定位和合理的护筒埋置深度外，整个钻进过程要保证泥浆指标在合理的范围内，泥浆性能应明确区分成孔前后指标的差别，对于成孔前的泥浆性能应按照钻进工艺区分，其中相对密度、黏度和含砂率三个指标相对重要。

1.2.2成孔检测

成孔检测包括孔径、孔深、倾斜度、沉渣厚度及清孔后的泥浆指标，工地上常用的测定方法比较简单直观，如采用吊入钢筋笼测孔器的方法测定孔径和倾斜度，采用垂球法测定孔深及沉渣厚度，这些方法测量结果较粗略，采用电阻率法测定沉渣厚度可以得到比较准确的结果，其利用电极之间导体电阻差异的原理，通过电流指针的变化来确定孔深和沉渣厚度，而超声波检测孔径和垂直度的试验方法，测量结果直观准确，其具体原理如图1所示。

直径R计算公式如下：

(√(Cd2+(O′b-O′a)2)+√(ab2+(O′d-O′c)2))/2;

任一深度探头偏心距S为：

(√((O′d-O′c)2+(O′b-O′a)2))/2;

倾斜度：

(S-S0)/H。

通过任一位置声时测试结果可以完整绘制成孔断面图，确定出缺陷的类型及具体深度。

1.2.3桩基成桩检测

桩基成桩检测包括承载力检测和完整性检测，对于条件复杂的大、中型桥，一般都应用静载荷试验确定桩的承载力，为设计提供依据，我国惯用的是维持荷载法进行加载，承载力检验多用于试桩检验，在施工现场并不常见。而桩基完整性检测则由于机械波传感滤波技术和超声波检测技术的发展，被广泛应用于各等级公路桥梁的桩基检测中，最主要的检测方法有低应变反射波法和超声透射波法。

1)低应变反射波法。

低应变反射波法依据波陈面动量守恒定理，通过采集桩身反射波与入射波，由相位与深度判定桩基缺陷及位置，但在实际应用当中，经常会出现比较杂的反射波形，这时需要同时采用频域和时域综合分析，在频域分析中正常桩身相邻频差的间距Δf≈c/2L，L为设计桩长，如果相邻频差大于c/2L，则表示桩身存在缺陷，在实际操作中应注意以下几点：

a.桩底反射对于完整性判断是最为重要的，但有些缺陷的二次反射刚与桩底反射重合，很有可能将严重缺陷的多次反射当成桩底反射，如图2所示。

如图2，表面上看桩底反射比较明显，但事实上本桩为端承桩，桩底反射应与入射波相位相反，故应结合频域图进行分析，判定是否在L/2处的缺陷产生了多次反射，如果是则应判为Ⅳ类桩。

b.第一反射子波同相位，常常被认为是存在缩径或空洞缺陷的象征，但如果后续反射子波的相位也是同相位的，那么就是正常的阻尼振动，桩底反射明显的话应判为Ⅰ类桩，如图3所示。

c.为了得到良好的反射信号，试验过程中应根据锤激能量、锤头材料、脉冲宽度三个方面综合选择激发锤，一般情况下长大桩基应选择大质量弹性锤头，而短小桩可选用钢性锤头。

2)超声透射波法。

与低应变反射波法相比，超声测桩的结果更加直观和精确，但也应注意以下几个方面[2]：

a.施工单位应保证声测管焊接密实，且保证垂直布置，声测管顶端应高出桩顶30 cm～50 cm。

b.检测人员应始终保证径向探头处在水中，必要时向声测管中补水。

c.测试人员应根据管间跨距确定信号接收延时，尽量保证首波在屏显左侧1/3处。

d.数据处理过程中，应能从波列图中区分声速减小是否由于弯管造成，并能进行弯管校正。

e.对于缺陷位置，应进行斜测和扇形测，以明确缺陷的大小和形状。

2 下部结构

与基础相比，下部结构的现场检测比较简单，除了结构尺寸方面的检测外，主要检测钢筋保护层厚度和混凝土推定强度，钢筋保护层厚度测定仪以电磁感应原理为基础，电磁场强度的变化和金属物大小与探头距离存在一定的对应关系[3]，所以可以测定钢筋直径和保护层厚度，钢筋混凝土构件保护层厚度对于桥梁的安全性评价是十分重要的，保护层太大会在受拉区造成早期裂缝，而保护层太小则易产生钢筋锈蚀和混凝土剥落的现象，比较先进的保护层厚度测定仪可在轮式测距仪的帮助下绘制完整的钢筋布置图，间接的检验钢筋间距是否满足设计要求。混凝土强度推定值测定可以分别用回弹法和超声回弹法测定，超声回弹法的原理和检测设备与超声波测桩是相同的，只是将径向探头改为平面探头，与回弹法相比超声回弹法具备以下几个方面的特点[4]：

1)回弹法只能测定表面强度，对内部缺陷无法检测，而超声回弹法可以全面评价混凝土质量。

2)超声回弹法适用范围较宽，强度范围为10 MPa～70 MPa,龄期范围为7 d～2 000 d，都超过了回弹法。

3)当采用平测方法或对表面、底面进行超声回弹时，应进行波速修正。

4)超声回弹法试验时，由于碳化深度对声速与回弹值的影响一减一增，相互抵消，所以不需要进行碳化深度检测。

3 上部结构

上部结构对于桥梁安全起着决定性的作用，除了结构尺寸、钢筋保护层、强度外，还要对上部构件的裂缝、钢筋锈蚀电位、混凝土电阻率、混凝土碳化情况、氯离子含量，在桥梁荷载试验中，上部结构的位移、应力、应变也是重要检测项目。

钢筋保护层、钢筋锈蚀电位、混凝土电阻率、混凝土碳化情况、氯离子含量五个指标之间是相互关联的，他们共同决定了混凝土构件的恶化状况评定，而钢筋保护层厚度与钢筋锈蚀电位两个指标是评价桥梁承载力的必检项目，钢筋锈蚀一方面是由于保护层厚度太小而碳化深度远大于保护层厚度，使得钢筋表面的钙质钝化膜失去作用造成的，另一方面由于混凝土中氯离子含量过高或混凝土电阻率太小加速了钢筋锈蚀情况，而半电池电位法可以评价当前钢筋的锈蚀程度。

超声波测定仪通常是多功能的，除能完成前述的超声检测外，还可以进行混凝土内部缺陷及裂缝深度的检测，对于上部构件受拉区混凝土判定很有帮助，其原理如图4所示[5]。

在检验过程中，应对正常位置的波速应进行标定，如图4中在无裂缝处进行平测以及钻孔。

4 荷载试验

除新桥以及改扩建桥梁应对正常使用状态和承载能力进行验证外，出现下述情况时也要进行荷载试验：

1)技术状态等级为四、五类或桥梁经过承载力评定后作用效应与抗力效应之比在1～1.2之间。

2)拟提高荷载等级或需通过特殊重型车辆。

3)遭受重大自然灾害或意外事件。

桥梁荷载试验分为静载试验和动载试验，其目的是要获得桥梁结构作用与响应的各种参数，如图5所示。

静载试验是评估桥梁质量和承载能力最为常用和成熟的基本方法，其检验顺序基本如下[6]：

1)根据受力影响线计算设计荷载(汽车荷载等级和公路荷载等级验算)下各内力的设计控制值。

2)根据拟实际加载情况，确定某内力的实际加载计算值及加载效率系数，对交、竣工试验其值控制在0.85～1.05之间。

3)在待测应力、变形、位移处安装传感器、应变片及温度补偿片，必须保证非控制截面内力或位移不超过控制荷载作用下的最不利值，试验时先记录零荷载读数。

4)为保证试验安全，各工况应进行分级加载，当试验过程中出现实测弹性值已超过计算弹性值、裂缝宽度明显增加或桥梁发生异响时，应终止试验。

5)收集试验荷载弹性值，与试验荷载计算值进行比较，确定校验系数，并测定位移及卸荷后的相对残余。

5 结语

由于超声波检测技术的原理相对简单，所以已经得到了比较广泛的应用，而测量自振的动测技术必须借助频谱分析，且信号需经滤波、放大和调试后方可分析，比较专业的检测机构和设备才能得到准确的结论，但无论如何，除检测工程师外，作为一线施工的桥梁工程师也应该掌握一部分检测技术的原理和方法，这有利于桥梁施工过程中的质量控制。

参考文献:

[1] 赵昭熔,曹化平.动力触探试验技术的研究与应用[J].铁道工程学报,2005(S1):431-439.

[2] 郭文龙,韩之江,赵 雷,等.混凝土桩基础超声波探缺原理及典型缺陷对比验证分析[J].山西交通科技,2013(3):70-73.

[3] 刁传苏.浅谈钢筋保护层厚度检测技术与方法[J].公路交通科技(应用技术版),2013,9(6):153-156.

[4] 邓昌宁.超声回弹综合法检测混凝土强度中波速测量方法研究[J].北方交通,2013(1):42-45.

[5] 刘兆勇,王羿磊.超声波检测裂缝在桥梁中的应用[J].中国西部科技,2013,12(1):17-18.

[6] 白亮平.谈公路桥梁结构动静载荷试验[J].山西建筑,2013,39(26):150-151.