高速公路桥梁工程试验检测技术及成果应用研究

陈继岳

（广东省交通运输建设工程质量检测中心，广东 广州 510420）

1 桥梁试验检测的意义及内容

1.1 试验检测的重要意义

在高速公路中，桥梁是不可或缺的重要组成部分之一，它的质量和整体性能，不但关系到使用寿命，而且还与行车安全密切相关。所以对桥梁工程进行试验检测显得尤为必要。通过试验检测能够全面了解并掌握桥梁结构的实际情况，根据检测所得的结果，可以为桥梁建设施工提供详实可靠的数据支撑，这对于桥梁质量的进一步提升具有重要意义。随着城市化进程的逐步加快，交通运输业得到了快速发展，桥梁所承受的车辆荷载随之显著增加，这在一定程度上加剧了桥梁的老化速度。桥梁作为大型的构筑物，其本身具有一些特殊性，一旦建成后，无法通过损坏的方式对结构进行检测。换句话说，试验检测只能在桥梁结构尚未完成之前进行，或是在桥梁竣工后，采用无损检测技术。

1.2 试验检测的具体内容

1.2.1 桥面检查

水是影响桥面结构的主要因素之一，所以应该对桥面的排水功能进行必要的试验检测，可将重点放在排水设施上，检测其性能否完好，发现问题要及时处理，以免导致排水不畅；对桥面铺装层进行检查，看有无明显的病害问题，如松散、坑洼以及拥包等；对桥面的伸缩缝进行检查，看有无异常。

1.2.2 性能检测

对于桥梁来说，性能至关重要，所以应当对结构性能进行瞬时和长期试验。同时，还要进行静、动荷载试验，严格根据规范标准的规定要求，对桥梁构件的内力进行测定，主要包括剪力、弯矩以及轴向力等；对结构中存在的局部损坏情况进行如实记录，根据检测结果，对应力分布及大小进行记录，为后续处理提供依据。

1.2.3 支座检测

支座是桥梁的重要构件之一，与结构的整体稳定性密切相关。所以要对支座进行检测，具体内容如下：对支座的功能进行检查，看有无异常；对底座的完整性进行检查，看有无破损的情况，如果底座损坏，则应当及时进行处理，以免对结构的稳定性和安全性造成影响；对座板进行检查，看是否存在质量问题，如断裂、错位以及脱空等，针对具体的问题，采取相应的措施进行处理；对橡胶支座的有效性进行检查，看有无变形的现象。

1.2.4 检测难点

在对桥梁进行试验检测的过程中，如果相关的数据丢失，检测会难度随之增大。从设计阶段开始，到施工阶段的数据资料都应当妥善保存，从而为试验检测提供依据，这样能够降低检测难度，提升检测效率和质量。桥梁投用后，如果承载力下降，可能是因为地基不稳导致的，此时应当对地基进行试验检测。

2 工程概况

某高速公路工程项目中的一个合同段位于某省境内，全长4.568 km，沿线上有一座桥梁，采用的是简支转连续结构，施工工艺为箱梁预制、现场吊装、简支转连续。该桥按照双幅进行设置，其中每幅横向布设预制空心板10片，通过铰缝进行连接。为了保证该桥梁工程的整体质量，应当对混凝土空心板进行试验检测，以此来验证梁体腹板箍筋和锚下钢筋由带肋改为光圆时，对结构受力造成的影响，评定桥梁结构的安全状况。

3 高速公路桥梁工程试验检测技术及成果应用

3.1 锚下局部应力试验

3.1.1 试验内容

该试验检测主要包括以下内容：在空心板绑扎钢筋时，埋设应变计和应变片；在混凝土浇筑完毕后、预应力张拉前，在锚固区安装应变计，将压力传感器安装于锚下；测试锚固区局部应力。

3.1.2 布设测点

对锚下钢筋应力测点进行布设，并将单向应变计和应变片牢固粘贴在钢筋上，据此对应力变化进行测试。在每一片空心板上，共计布设应力测点12 个；为了对预应力钢筋的张拉力进行准确测控，可以将压力传感器布设在预应力张拉的一端，单片梁共计布设传感器6 个，并在梁端对混凝土应变测点进行布设[1]。

3.1.3 试验结果

在试验检测中，对边板预应力钢束的张拉值进行测试后得出如下结果：张拉力普遍小于设计值，一个截面内6根预应力钢束有5 根的张拉力误差比控制力大，其中最大误差为18.5%；边板钢筋应力监测结果为测点附近应变实测值与理论基本一致，锚下应力分布正常，梁体外观检测未发现明显的裂缝及破损。

中板的预应力钢束测试结果如下：张拉力比设计值普遍偏小，一个截面内6 根钢束有1/2 的张拉力误差超过控制力，最大误差为11.5%[2]。中板钢筋应力监测结果与边板相同。

3.1.4 成果应用

通过锚下应变测试得出如下结论：边板和中板在预应力张拉阶段，锚固区周围混凝土的变化与理论一致，应力分布正常；梁体外观无异常情况，该试验成果可为桥梁施工提供指导依据。

3.2 抗剪承载力试验

3.2.1 试验内容

在对空心板钢筋骨架进行绑扎时，将应变计埋设于斜截面抗剪最不利的位置处；在浇筑完的空心板指定位置安装混凝土应变计；采用分级的方法进行加载试验，每一级加载后，对应变数据进行测试，同时对梁体进行检查，看有无裂缝出现。

3.2.2 布设测点

在对斜截面进行抗剪承载力试验时，可将钢筋应力测点布设在中板和边板的箍筋上，每1 片空心板的腹板两侧分别布设5 个测点，1 个测点为三向应变计，其余4 个测点均为单向应变计。

3.2.3 加载与控制

抗剪承载力试验通过千斤顶以单点的方式施加荷载，压力传感器安装在千斤顶上，这样能够对加载力的数值进行准确控制，加载过程如图1 所示。

在该工程中，抗剪承载力试验的加载和卸载分20 级进行，试验前应当进行预加载，其作用是使试件能够快速进入正常的工作状态。同时，要对加载设备及仪表进行检查，看是否正常。

3.2.3 试验结果

每级加载对边板两侧的腹板进行应变测试，三向应变计换算为主应力值。边板的内外侧腹板控制断面上的测点加载应变实测值，与理论值基本一致，由此表明，边板加载时，应变分布正常。当实测值比理论值小时，说明边板的抗剪强度良好；腹板主应力实测值与理论值之间的比值为0.50～0.80，可认为主应力方向与理论计算一致；在每级加载后，对结构外观进行检测，并未发现明显的裂缝和结构承载力不足的情况。

中板的内外侧腹板控制断面测点加载应变实测值与理论值基本一致，加载过程中应变分布正常。中板的其他试验检测结果与边板相同，在此不进行赘述。

3.2.4 成果应用

通过抗剪承载力试验得出如下结论：在对边板和中板进行加载的过程中，应变分布呈现为规律且正常的状态，同时，应变实测值小于理论值，表明结构的强度比较好；当加载达到限值时，结构并未出现承载力不足的情况，由此可以判断中板与边板满足设计抗剪承载力极限状态的要求。上述试验成果可为桥梁施工提供指导依据。

3.3 抗弯承载力试验

3.3.1 试验内容

在绑扎空心板钢筋骨架的过程中，对钢筋应变计进行埋设；当试验检测用的空心板混凝土浇筑完毕后，将表面应变计安装在指定的位置，采用分级的方式施加荷载，并对每级荷载施加后的应变数据进行测试，同时，对梁体进行检查，看有无明显的裂缝，宽度是否发生了变化。

3.3.2 布设测点

为了对桥梁跨中断面的应力分布状况及应力与荷载之间的关系进行考察，将应力监测点布设在试验梁的跨中断面处，底面的应变测点布设在底板最底层的钢筋上。腹板和顶板的应变测点布设在混凝土表面。单片空心板上布设3 个钢筋应力测点和10 个混凝土应变测点；在对抗弯承载力进行试验的过程中，观测控制截面的挠度变化，将挠度测点布设在梁体的四分点处，测试仪器为电子位移计，测点的布设情况分别如图2～图4 所示；在试验全过程中，观测空心板的裂缝情况，以此作为判定结构承载力的依据，测试采用目测与裂缝测宽仪联合的方法。

3.3.3 加载与控制

使用千斤顶在桥梁跨中断面上进行单点加载，并将压力传感器安装在千斤顶上，准确地控制加载力值。加载和卸载共分为26 级进行，加载过程参考抗剪承载力。

3.3.4 试验结果

在每级加载过程中，测试边板底面钢筋的拉应变和边板顶面混凝土的压应变，分析应变与荷载之间的关系。由施压结果可知，钢筋与混凝土的应变趋势全部处于正常状态，其中钢筋和混凝土的应变最大值分别为2 203 με和-831 με，二者均小于材料本身的极限应变，加载时对外观进行检测，无明显的裂缝；随着荷载的不断增加，边板的挠度未发生异常变化，卸载后，跨中残余的挠度值为2.07 mm，说明结构的刚度比较好。当增加至最大荷载时，边跨的最大挠度达到57.94 mm。

在每级加载过程中，对中板底面钢筋的拉应变和顶面混凝土的压应变进行测试，试验结果如下：中板钢筋与混凝土的应变变化趋势全部为正常状态，其中钢筋和混凝土的应变最大值分别为1 872 με 和-981 με，都比材质本身的极限应变小。加载时外观未出现裂缝，说明承载力符合要求。

图2 中板钢筋应力测点布设示意图

图3 边板钢筋应力测点布设示意图

图4 挠度测点的布设示意图

4 结论

综上所述，在高速公路桥梁工程建设中，应当对相关的试验检测技术进行合理运用，通过试验所得的成果，对桥梁施工过程进行指导，从而保证桥梁的整体质量。未来一段时期，要加大试验检测技术的研究力度，除了对现有的技术进行改进，还应该开发一些新的技术，更好地为桥梁建设服务。