桥梁检测与加固技术应用
摘要：本文通过对我国桥梁质量检测与加固的发展趋势表明，桥梁检测及加固的重大意义。
之后分别介绍检测和加固的方法，举一个实例来进行分析。
关键词：桥梁检测 桥梁加固
1、桥梁检测与加固的发展及意义
随着我国经济的快速发展，对于公路桥梁的需求日益增加。在我国20世纪50、60年代甚至70年代建设的桥梁，已经运营30—40年，很多都已经超限服役，病害和缺陷累累，很难适应当今经济的发展。因此，维修和加固旧桥便成为一个有待研究解决的问题。
通过检查确定桥梁营运多年后各部位由于出现如裂缝、错位、沉降等缺陷而引起的损坏程度与实际承载能力损失，为进行桥梁的修复加固提供可靠依据；可以评定一些重要的大桥或特大桥梁，在建成之后其设计与施工质量，确定工程的可靠度；通过检测评价，可验证采用新型结构桥梁理论的实践性与可靠性，以便对结构设计理论及结构形式加以改进，使其更完善；通过对维修加固的桥梁进行竣工检查可检验维修加固的质量，并验证加固方法的合理性与可靠性；
总之，桥梁检测是桥梁新型结构性能研究、桥梁施工质量与结构承载能力评定的重要手段。普及桥梁检测技术，做检测工作并给出桥梁结构性能的正确评价，对于推动我国桥梁工程建设，提高施工质量，延长现役桥梁承载能力，都具有十分重要的意义。
2、桥梁检测的常用方法
桥梁检测是对桥梁的结构直接测试的一项科学实验工作。它包括常规检测和荷载实验，其主要任务是通过有计划地对结构物加载后的性能进行观测和对测量参数进行分析，以便了解桥梁实际工作状态，对结构物的工作性能做出评价以及对桥梁结构的承载能力和使用条件做出正确估计，并为桥梁加固提供可靠的数据依据。
桥梁检测的方法有：无破损检测法、半破损检测法、半破损与无破损的综合使用法及荷载试验。其中前三项是对混凝土强度、内部缺陷等的检测。一般来说，混凝土梁的无损检测包括完整性和强度检测两部分。荷载试验包括静力荷载试验和动力荷载试验。
桥梁常规检测 检测内容 设计资料 施工方式 施工质量 使用材料 混凝土强度 内部缺陷 初期检查 ○ ○ ○ ○ ○ 日常检查 详细检查 △ 临时检查 ○或△ 裂 缝 长度 宽度 深度 发展状态 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ △ △ △ ○ ○ ○ △ △ △ △ △ △ △ ○或△ ○或△ ○或△ ○ ○ ○ △ △ △ △ △ △ ○ ○ ○或△ ○ ○ 起皮、剥落 钢筋外露、锈迹 钢筋锈蚀度及位置 保护层厚度 材料活性 残存膨胀量 碳化深度 氯离子含量 表面石灰质凝结物 漏水 变形 支座 异常响声 混凝土检测法分类及测定内容 种类 混凝土无破损检测方法 射线法 表面硬度法 超声脉冲法 综合法 超声法与回弹法 超声法与声波衰减率法 振动弹性系数与对数衰减率法 X射线法 r射线法 r线辐射法 中子法 混凝土破损检测方法 钻（取）芯法 拔出法 拔脱法 射击法 测定混凝土的含水率 测定混凝土强度 有使用 内部缺陷探伤、钢筋探测 因x射线和中子使用的有限，故尚未实际使用 测定混凝土强度 尚未采用 能提高测试精度 正处于研究阶段 超声脉冲法 冲击波法 表面波法 回弹法 对混凝土表面进行打击，测定其反弹硬度 测定混凝土的强度、内部缺陷，测运用得最多，但准确性相应差些 超声波法采用较多冲击波 压痕法 测定内容 对混凝土表面进行撞击，以测定凹痕的深度、直径、面积等 说明 已不大使用 定混凝土的厚度及振动弹性系数。 法和表面波法未被采用 静力荷载试验是将静止的荷载作用于桥梁上的指定位置，以便能够测试出结构的静应变、静位移以及裂缝等，从而推断桥梁结构在荷载作用下的工作状态和使用能力的试验。
桥梁静载试验的目的是：
1）检验桥梁结构设计与施工质量； 2）验证桥梁结构设计理论和计算方法；
3）直接了解桥梁结构承载情况，借以判断桥梁结构实际的承载能力；
4）积累科学技术资料，充实与发展桥梁计算理论和施工技术。 静载试验大体上分为三个阶段，即：桥梁结构的考察和试验方案的设计阶段；加载试验与观测阶段；测试结果的分析与总结阶段等。
桥梁动力荷载试验是指采用动力荷载，如行驶的汽车荷载或其他动力荷载作用于桥梁结构上，以测出结构的动力特性，如振动变形，从而判断出桥梁结构的动力荷载下受冲击和振动影响的试验。
桥梁动力荷载试验的目的是：
1）测定动荷载的动力特性，即引结构产生振动的作用力的数值、方向、频率和作用规律等；
2）测定结构的动力特性，如结构的自振频率，阻尼特性及固有振型等； 3）测定结构在动荷载作用下的强迫振动的响应，如振幅、动应力、冲击系数及疲劳性能等。
3、桥梁加固目的、要求及方法 3.1桥梁加固目的
随着公路交通运输事业的快速发展，道路交通运输量和大吨位车辆在逐年增加，由此导致既有桥梁“健康状况”逐年降低，损坏速度加快，此时，对既有桥梁进行合理而有效的加固，提高桥梁的运行能力和承载标准具有重要的意义，则相应的桥梁加固应做到：
(1)确保桥梁工程的安全、完整、适用与耐久。 (2)提高既有桥梁的运行能力与承载能力。 3.2桥梁加固的具体要求为：
(1)桥梁结构由于结构失效或损伤经评估不满足结构安全或正常使用要求时，必须进行加固。加固内容与范围应根据评估结论和委托方提出的要求确定，可以包括整座桥梁，亦可以是指定的区段或特定的构件。
(2)加固后桥梁结构整体寿命应达到原设计桥梁的寿命。
(3)加固设计与施工方法应紧密结合，并采取有效措施保证新老结构连接的可靠与协同工作。
(4)对于大桥、特大桥，主要承重构件需要加固补强时，加固设计方案应不少于2个，并对方案进行比选和经济评价。
(5)加固设计与施工应尽量不损伤原结构，并保留具有利用价值的构件，避免不必要的拆除或更换。
(6)加固设计应进行承载力验算。
(7)加固施工中应尽可能减少对桥上下通行车辆与行人的干扰，同时减小对周围环境的污染。
(8)加固施工过程中若发现原结构或相关工程隐蔽部位的构造存在严重缺陷，应立即停止施工，并与工程参与各方进行协商、研究，对其采取有效措施处理后方能继续施工。
(9)加固施工过程中应采取安全监测措施，确保人员!结构的安全。 3.3桥梁加固方法
主要分为桥梁结构表层加固方法、桥梁上部结构加固方法、桥梁下部结构加固方法
3.3.1桥梁结构表层加固方法 1、结构表层常用加固方法： （1）混凝土修补法
（2）水泥砂浆修补法：a水泥砂浆人工涂抹法 b喷浆修补法 （3）粘结剂修补法
2、结构钢筋锈蚀加固方法：
桥梁结构钢筋锈蚀修补应首先凿除松脱、剥离等已经损坏的部分混凝土，其次，对钢筋作除锈处理，并清除老混凝土上的灰尘,然后，对钢筋进行防锈处理，涂环氧胶液等粘结剂，最后，立模、配料浇筑或喷浆、涂抹施工，并对新喷涂或浇筑的混凝土面进行表面处理。 3、桥梁结构裂缝加固方法： （1）表面封闭加固法 （2）压力灌浆加固法 （3）表面粘贴修补法 （4）打箍加固封闭法
3.3.2桥梁上部结构加固方法 1、桥面板加固方法 2、主梁加固方法
（1）增大梁截面和配筋加固法（2）粘贴碳纤维加固法（3）.体外预应力加固法（4）.改变结构受力体系法（5）增加辅助构件加固法 3.3.3桥梁下部结构加固方法
1.扩大基础加固法 2.增补桩基加固法 3.高压旋喷注浆加固法 4.顶推法调整拱桥拱脚水平位移加固法 4、工程实例 4.1 工程概况
该桥梁全长251.5m，桥梁中心桩号为0K+424.75，桥面组合为净—7.0m+1m×2 人行道。桥梁上部结构为4 孔净跨径为52.5m、净矢跨比f0/L0=1/8、拱轴系数m0= 3.50 的变截面悬链线双曲拱桥。主拱圈全宽9m，由6 肋5 波外加2个悬半波组成。拱肋采用变高度矩形截面，分为3 段预制，采用湿接法进行连接，横向由13道横系梁连接成整体。拱波为混凝土预制圆弧形构件，矢跨比为1/3。主拱上共设6个腹拱，腹拱墩和拱波均为素混凝土构件。桥梁设计荷载等级为汽车- 15级、挂- 80，于1973年9月建成通车。 4.2质量检测的内容及结果分析
1)全桥主要部位裂缝检测，着重于桥墩台、主拱圈、腹拱、横墙等，裂缝宽度用裂缝观测仪测量，深度采用超声波检测。通过检查发现，拱肋跨中以横系梁为轴线两侧各6m区段存在径向裂缝。 2)钢筋锈蚀电位的检测，在主要承重构件或承重构件的主要受力部位，或钢筋可能存在锈蚀的部位布设测区。应用铜—硫酸铜为参考电极的半电池电位法进行检测，测定测区的电势差，以评定构件内钢筋可能出现锈蚀的概率。
3) 混凝土强度检测，在主要承重构件或主要受力部位布设测区，应用超声波测试仪和回弹仪，采用混凝土超声- 回弹综合法进行检测。
4)分别对主拱圈上下缘用全站仪进行测量，拟合拱背和拱腹曲线后，找出拱轴线型。
5) 按照偏心受压构件对拱圈截面强度进行复核， 拱肋控制截面在荷载作用下能够满足规范要求。
6)挠度计算得到拱肋最大竖向挠度为59.0mm，比规定拱在正常使用极限状态下汽车荷载产生的竖向最大挠度允许值66mm(L/800)小，满足规范要求。 7) 根据目前该桥的交通状况，取活载进行修正ξq= 1.0。计算结构抗力，基于检测结果的承载能力评定表明：拱脚截面抗力在组合2 不利荷载组合下不满足规范要求，其余截面均能满足规范要求。
通过全面的质量检查、结构计算及评价分析，该桥目前存在的主要问题有： 第一，行车道质量较差，在检查过程中发现桥面约有45%的铺装有开裂现象存在。 第二，台背填土存在下沉现象，桥头跳车现象明显，加大了车辆荷载对桥跨的冲击作用。
第三，由于雨水侵蚀和风化作用的影响，栏杆表层砂浆存在脱落现象。栏杆多处存在钢筋锈蚀，混凝土胀裂、脱落现象，部分栏杆构件缺失，个别栏杆扶手开裂。人行道道板存在开裂现象。
第四，拱肋在拱顶10m 区段范围内存在径向裂缝，多数裂缝在拱肋的上游侧、底面以及下游侧均有具体表现。
第五，统计表明，全桥约24.73%的拱波存在开裂现象，其中部缝表口伴随有白色晶体状物质析出，部缝存在渗水现象，侵蚀拱肋。此外，约有5.1%的拱波与拱肋结合处存在开裂。
第六，拱上腹孔的拱波混凝土多处开裂，且裂缝多数横向贯通。 4.3加固设计 1、主拱圈加固
在拱肋上缘局部增大主拱圈截面，跨中实腹段部分采用外包碳纤维法加固，拱波挂钢丝网喷射混凝土。 对拱肋和拱波的现有病害、缺陷进行修补。清除拱肋拱背上面的浮渣和风化层，将拱背混凝土凿毛并冲洗干净。在拱背拱脚至1/4 区段上浇注10cm厚的钢纤维混凝土，以提高拱脚截面的截面抗力。对跨中实腹段采用粘贴两道宽26cm 的双层（厚0.167mm）碳纤维布。对碳纤维外涂防护材料。对拱波挂钢丝网，喷射3cm 厚的水泥砂浆。 2、桥面铺装
由于该桥桥面铺装多处开裂，且渗水侵蚀桥跨结构，所以考虑在更换桥面铺装的时候可更换为聚丙烯纤维混凝土，同时为了使更换后的桥面铺装具有良好的防水性，可加铺一层4cm 厚的沥青混凝土。 3、桥头与路堤连接处
由于该桥桥头跳车现象明显，所以考虑在大桥两侧铺设12m 的格栅，以缓解过往车辆对大桥所产生的冲击作用，同时改善行车舒适性。 4、其他
对于腹孔拱波及立墙上的裂缝，仅选择裂缝宽度大于0.25mm 的裂缝进行压水泥浆修补，一般小裂缝用环氧树脂砂浆作抹面处理。 5、结语
桥梁检测工作技术复杂、操作难度大、科技含量高， 而且是高空和危险作业，担负任务的工程技术人员责任重大。旧桥加固是一项繁杂的系统工作，工程量往往不大，但涉及面广，并关系到诸多隐蔽工程，其病害原因、加固方法常常因桥、因地而异， 且施工工艺多具特殊性和复杂性。桥梁检测和加固不仅要求工程技术人员有丰富的实际经验，还要有坚实的理论基础。只有把实践和理论充分结合起来，工程技术人员才能对桥梁作出正确的检测和评估,设计出切实可行的加固方法，从而增强桥梁的使用能力，延长桥梁的使用寿命。
参考文献
[1]
张明义，王永欣，陈铮，等．Ni-Al-V合金L12相间有序畴界面的微观相场模拟[J/OL]．金属学报，2007，43（10）：1101-1106．
[2] 徐日叔，干博仪，赵家奎.桥梁检测=M].北京:人民交通出版社,19,7:11一16 [3] 徐森.桥梁检测与维修加固百问[M>.北京:人民交通出版社,2002,6:8一35 [4] 杨文渊，徐彝.桥梁维修与加固〔M8.人民交通出版社,1992,12:45一87
[5] 交通部.公路旧桥承载能力鉴定方法[M〕.北京:人民交通出版社,1988,5:56一81
[6] 刘真岩，周建斌.旧桥维修加固施l:方法与实例=Ml.北京:人民交通出版社,2005,6:87一99
[7] 张俊平.桥梁检测〔M].人民交通出版社,2002,9:35一48 [8] 盖国晖，黄江明，岳渠.《钢筋混凝土拱桥检测及加固设计》 [9] 夏占武.《桥梁检测与加固技术应用》