预应力混凝土桥梁检测与加固技术研究

付向斌

（中钢集团郑州金属制品研究院有限公司，河南 郑州 450001）

桥梁是社会交通运输中不可缺少的一部分，并发挥着关键性作用。在当前桥梁技术等级进一步提升的情况下，桥梁结构型式也愈加丰富，出现了悬索桥和斜拉桥等，其施工技术愈加复杂、施工难度大。我国虽然在桥梁建设方面积累了丰富经验，且技术水平有很大提升，但在桥梁使用过程中，难免会受到行车荷载和环境因素等影响，出现性能衰退、结构安全性降低等问题，而导致桥梁使用寿命缩短，存在严重的质量安全隐患。

1 预应力混凝土桥梁检测加固的意义

1.1 延长桥梁使用寿命

我国桥梁建设当前还在不断发展中，桥梁项目数量也在增加，施工中会使用到多种施工技术和方法。当前我国桥梁建设经验丰富，技术水平得到有效提高。在改革创新中，不少新技术产生和应用，特别是预应力混凝土结构影响了桥梁主体结构稳定性。通过检测加固，可以在一定程度上延长桥梁使用寿命，提高其使用安全性、稳定性。如果预应力混凝土结构不合理，则容易产生大的外部荷载破坏，威胁到桥梁交通运输安全。因此，技术人员需深入分析桥梁检测技术，不断提高检测技艺、延长桥梁耐用性。

1.2 桥梁质量事故判定依据

对预应力混凝土桥梁工程进行检测，可以依据检测结果分析判断其存在的质量缺陷，并进行必要的技术评估。依据检测得到的多项数据，还可以进行桥梁质量缺陷检验、事故特征判定，各部门能履行自身职责，更好地控制各类事故。

1.3 准确判断桥梁损伤

检查人员通过对桥梁的检测得到数据，即可分析获取桥梁损伤程度，以及引发损伤的原因，在此基础上，针对性地采取措施，加强质量控制，避免缺陷和损伤发展下去威胁到整体质量，而引发安全事故等。

1.4 确保桥梁行车安全

社会经济不断发展，使交通车流量越来越多，很多车辆存在严重的超载问题，使得桥梁在使用中已超出初始荷载和容量，加大结构问题和安全隐患，影响桥梁工程的耐久性。而采用科学的检测方法，可以及时掌握桥梁存在问题，并实施有效的维护保养，保证桥梁质量良好，提升其行车安全性。

2 预应力混凝土桥梁常见病害

2.1 跨中长期下挠

预应力混凝土桥梁工程，跨中长期下挠是常见现象，特别是在一些大跨径梁式桥中，会同时出现跨中下挠、梁体跨中段垂直裂缝等问题，其下挠会发展到较大值。当前这一问题仍比较复杂，主要引起原因是混凝土收缩徐变、预应力损失和设计理念不足等。

2.2 梁体开裂

在已建成的连续梁桥梁中，一些桥梁上部结构会出现裂缝，比如箱梁顶板纵向裂缝、箱梁腹板斜向裂缝等，很多为受力裂缝，其宽度一般比较大。（1）表面龟裂。其主要是在连续梁施工过程中，缺乏及时养护，或者温度出现较大变化而引起的。由于施工中高空养护条件差，因此极容易出现养护浇水不及时等问题，导致混凝土表面快速干缩，最终开裂。（2）腹板斜裂缝。桥梁上部结构出现最多的是梁体裂缝，一般最先在剪应力较大支座附近产生，同时裂缝数量也会持续增加，向跨中发展。（3）纵向裂缝。其一般出现在顶底板部位，原因是结构设计中施工的纵向预应力过大、未设横向预应力、对温差应力估计不足等。（4）垂直裂缝。这种裂缝一般出现较少，产生的原因一方面是施工中疏忽了梁式桥正截面强度和应力，导致实际有效应力不足；另一方面是在施工中浇筑梁悬臂过程中，没有经过预压重和挂篮挂索调整，挂篮下挠而导致与上一段梁连接处出现垂直裂缝。

3 预应力混凝土桥梁检测技术的应用

3.1 预应力混凝土桥梁无损检测技术

无损检测是采用专业设备对被测构件检测，在使用过程中不但不会损伤构件，还可以探测结构内部特征，以此来推断其整体性能。

（1）声发射技术。这种技术在美国应用比较广泛，可以应用该技术检测桥梁预应力损失时效性、锚固端滑移影响，有学者使用该技术检测了预应力混凝土预应力锚索在锚固区滑移，要想声发射技术在实践中得到进一步的高效使用，还需加大研究开发力度。

（2）电磁效应检测法。电磁效应检测方法主要有三种：涡流、测漏磁和磁粉检测。利用磁通量泄露原理，对预应力筋预应力损失加以检测，在应力变化的情况下，受物体伸缩影响，磁通会发生变化，并引发感应器线圈感应电流变化，进一步检测应力变化。其优势在于实际测量速度较快，且属于非接触测量，在发生应力变化时可以远距离测量。但在现场检测过程中也会受到不少因素影响，进而影响其可靠性、精确度，加大量值标定难度。由于材质相对敏感，因此一般在铁磁材料中应用。磁性法工作中需要依靠外部激励磁场，所以容易引发磁化不均的问题，且实际检测中存在设备笨重、能源消耗大、磁污染等问题。

（3）超声波检测法。在非破损检测中，超声波检测法的应用较多，其原理是在混凝土中传播时，超声波的传播参数会改变，可根据其变化获取结构内部信息，再通过信息分析评价混凝土构件性能。由于混凝土材料的组成颗粒小、密度大，实际分布相对比较均匀，因而其内部超声波的传播也是均匀的。实际检测中，混凝土波速与抗压强度之间呈现正相关关系，因此评价结构性能时可以参考声波速度，准确、有效检测桥梁结构内部缺陷程度和缺陷位置。同时还可采用超声波检测技术，对预应力混凝土桥梁裂缝深度、结构耐久性加以分析判断，以此为依据制定修补、加固处理措施。

（4）动力检测法。这种方法检测是基于梁振动方程中频率与刚度间的相关性，通过检测振动频率，对梁振动刚度进行计算，进而推算得到梁有效预应力，最终应用在预应力混凝土结构中。这种检测技术简便、快捷、无损伤，可根据结构自振频率判断整体特性。

3.2 预应力混凝土桥梁局部破损检测方法

局部破损检测技术在检测中使用仪器进行损伤试验，对象为构件局部，获取得到数据后推断构件的整体性能。主要技术方法如下。

（1）预应力筋直接检测技术。这种检测技术的应用需要在预应力筋上设置传感器来测试其应力状态，当前常用方法就是粘贴光纤光栅传感器，但受孔道中摩擦、挤压影响，会出现检测数据失真的问题，还需进一步完善传感器复合工艺。

（2）应力释放法。这种检测方法是使用机械切割，进而产生应力释放，对切割前后构件应变进行检测，可以根据材料本构关系，对构件应力状态加以分析。当前在使用该技术时主要是释放单点应力，其测试精度比较高。在实际检测中，需要结合实际桥梁结构模型以及现实中影响因素进行合理应用。

4 预应力混凝土桥梁加固处理措施

4.1 遵循加固施工原则

在对预应力混凝土桥梁进行加固处理时，需要坚持以下原则：首先是全面检测桥梁恶劣程度、受损情况，并详细记录好检测结果，出具桥梁缺陷检测报告；其次是依据检测报告，评估桥梁的安全性能和实际运输能力，以此确定损伤对桥梁的影响，包括桥梁耐久性、承载力；最后是在加固处理时需要考虑原材料耗费、施工进度、对交通运输的应用等。此外是在不改动桥梁结构的情况下，加大处理桥梁构件，以此来提高桥梁承载性能。加固施工中还要考虑经济因素，完善加固施工方案进行施工。

4.2 合理应用加固处理技术

（1）粘钢加固法。这种方法也被称为直接加固法，可以在混凝土构件表面直接利用建筑结构胶粘贴混凝土钢板，使其与混凝土实现紧密结合，进一步提高混凝土承载力。对于钢筋混凝土受弯构件，在其受压区使用该方法，可以增强受压区高度、扩大截面面积，也会增加混凝土现浇层，提升构件正截面承载力、斜截面抗剪性能，有效改善受弯承载力和截面刚度。

（2）表面封闭法。①表面涂抹法。一般适合处理混凝土表面宽度较小裂缝，通过涂抹树脂保护膜，起到有效加固作用。在裂缝宽度变化下还可选择使用焦油环氧树脂材料，这种材料追踪性较强，能够很好地适应裂缝变化，在混凝土结构有较多密集裂缝的情况下，如果存在老化、砂浆离析等缺陷，保护膜可以大面积涂抹。②表面喷砂法。其需要先对裂缝表面做凿毛处理，在上面喷射一层水泥砂浆保护层，这种保护层具有良好密实度和强度，因此可以取得良好的修补成效。

（3）间接加固法。间接加固法在加固预应力混凝土结构时，需要利用预应力钢绞线拉杆等结构，利用预应力钢筋可以改善原结构内部预应力分布，解决其中应力应变滞后问题。后加入部分应力与原结构可以共同作用，从而提高结构承载能力，并对裂缝宽度加以控制。利用该方法时，预应力与新增外部荷载的作用共同发生，在受拉下，预应力水平拉杆会产生轴向力，该力会通过杆端锚固节点传递到构件，混凝土构件在偏心受压作用下克服外荷载弯矩，以降低其影响，混凝土构件抗弯性能也可得到改善。

4.3 控制好加固技术要点

以桥面系横隔梁钢板粘贴工艺为例，先处理被粘贴的混凝土、横隔板连接钢板表面，用砂轮磨光机磨平混凝土表面，使其达到粗骨料程度，用丙酮清洗干净钢板表面。然后制作粘贴加固钢板，处理好其表面，依据需要的尺寸切割钢板，将其切割成菱形等形状刻痕，使其黏结性能增强。用稠度较高的粘钢胶填塞钢板与混凝土表面存在缝隙，在清理好黏结面、粘贴好钢板之后，需要对钢板表面除锈，并涂抹两层防锈漆。

5 结束语

预应力混凝土桥梁在运营中，相关人员要始终关注其损伤和质量问题，采取科学的检测技术探测存在损伤、损伤程度和位置等。并根据检测结果进行必要的加固处理，以保证桥梁承载性能、耐久性等提升，延长其使用寿命，实现安全通车。