彭 偉，吳成忠，陳憶前，譚 新

(1.重慶安濟建設加固工程有限責任公司，重慶 401120；2.招商局重慶交通科研設計院有限公司橋梁工程結構動力學國家重點實驗室，重慶 400067；3.長江科學院 重慶分院，重慶 400026)

基于檢測的深水大跨連續(xù)剛構橋技術狀況評估

彭 偉1，2，吳成忠1，陳憶前2，譚 新3

(1.重慶安濟建設加固工程有限責任公司，重慶 401120；2.招商局重慶交通科研設計院有限公司橋梁工程結構動力學國家重點實驗室，重慶 400067；3.長江科學院 重慶分院，重慶 400026)

為了解某深水大跨連續(xù)剛構橋工作狀況，對橋梁主體結構及附屬構件進行外觀檢查與材質狀況專項檢查，結合水下攝像及探摸對主橋水下墩柱及承臺進行檢查，通過分析各構件病害標度與部件權重后綜合評定全橋技術狀況等級，為橋梁養(yǎng)護管理提出技術建議。

剛構橋；深水橋墩；材質狀況；水下檢測；技術狀況評估

大跨預應力混凝土連續(xù)剛構橋融連續(xù)梁和T型剛構于一體，利用主墩柔性參與結構整體受力，使結構有較大跨越能力，尤其符合我國中西部地形特點。隨著運營年限增加，預應力混凝土連續(xù)剛構橋的病害和問題也逐漸體現(xiàn)出來[1-3]，例如箱梁底板、頂板和腹板開裂，鋼筋銹脹，薄壁墩身開裂，跨中下?lián)线^大及基礎沖刷等。為保證橋梁正常運營與通行安全，需定期進行橋梁養(yǎng)護維修，而針對橋梁病害的檢查與結構技術狀況科學評估則是制訂橋梁管養(yǎng)方案的技術基礎。

1 工程概況

某深水大跨連續(xù)剛構橋(見圖1)位于三峽庫區(qū)，是連接當?shù)毓I(yè)園與居民區(qū)的重要通道，橋梁原設計荷載為城-A級、人群荷載3.0 kN/m2，主橋為連續(xù)剛構，跨徑布置為90 m+150 m+90 m，兩岸引橋均為3×30 m預應力混凝土連續(xù)彎梁橋。橋面橫向布置為1.5 m(人行道)+15 m(行車道)+1.5 m(人行道)。主橋與引橋上部為箱梁(見圖2～圖3)，下部為矩形墩，墩底為嵌巖樁基礎；兩岸均用混凝土重力式橋臺，臺底為擴大基礎。橋面采用瀝青混凝土鋪裝，并在0#臺、3#和6#過渡墩、9#臺處各設1道伸縮縫。

由于路線等級調(diào)整，當?shù)匾平涣嗽摌蝠B(yǎng)護與管理權限。為及時了解橋梁既存缺陷和病害對結構運營的影響，本文根據(jù)行業(yè)有關規(guī)范[4-9]與該橋資料進行橋梁外觀和材質狀況等專項檢查，運用水下攝像及探摸等方式對橋梁水下構件進行了檢查，可為其他同類型橋梁的檢測提供參考。

圖1 受檢剛構橋立面示意圖

圖2 主橋箱梁標準橫斷面

圖3 引橋單幅箱梁標準橫斷面圖

2 深水大跨連續(xù)剛構橋檢測內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)有大跨連續(xù)剛構橋共性病害和該橋特點，本次橋梁現(xiàn)狀檢測主要內(nèi)容如下：

1)外觀檢查：對全橋上、下部結構及橋面系，結合目測與專項儀器進行全面檢查，包括箱梁內(nèi)外有無裂縫、滲水、露筋等；墩臺是否開裂、外鼓、沉降等；護坡有無沖刷、鋪砌缺損；橋面鋪裝與排水情況，伸縮縫是否有破損、淤塞等，橋頭有無跳車現(xiàn)象；支座老化與偏位情況。

2)構件材質狀況與狀態(tài)參數(shù)：按規(guī)范抽取主橋和引橋的代表性截面進行回彈強度、氯離子含量、保護層厚度及碳化狀況等檢測；結構自振頻率實測值與理論值比較。

3)專項檢查：對墩頂偏位和橋面高層進行測量；根據(jù)現(xiàn)場情況，利用人工水下攝像及探摸，對主橋水下墩身破損、銹蝕等及承臺沖刷進行檢查。

3 橋梁技術狀況評估方法

目前我國公路橋梁技術狀況評估主要有JTG H11—2004《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》、JTG/T H21—2011《公路橋梁技術狀況評定標準》，兩種評估過程如下。

3.1 《養(yǎng)護規(guī)范》方法

該方法基于加權算術平均、加權幾何平均及兩者綜合進行一般評定或適應性評定：前者以檢測資料為依據(jù)，引入部件權重或直接根據(jù)重要構件最差缺損狀況進行打分評定，并判斷橋梁技術狀況等級；后者對橋梁實際承載能力進行評價，通常以特殊檢查資料為基礎，并結合結構驗算或荷載試驗。

一般評定的流程[2]為：1)按部件缺損的程度、發(fā)展趨勢及對結構使用的影響，對橋梁各部件的缺損狀況進行評定分類；2)將橋梁構件劃分為17個部分進行評分，并規(guī)定上部主要承重構件、橋墩及基礎、支座這三部分的構件評定時按照最差狀態(tài)評分；3)根據(jù)各構件評分情況，按部件權重和評定計算公式計算技術狀況得分值；4)根據(jù)技術狀況得分，橋梁劃分為1～5類，其中3～5類對應橋梁處于較差、差、危險狀態(tài)。

3.2 《評定標準》方法

根據(jù)《評定標準》，公路橋梁技術狀況評定采用分層綜合評定與單項指標控制相結合，見圖4，其中，條件a、b，分別指是否滿足5類橋梁單項控制指標。

3.2.1 分層綜合評定

根據(jù)橋梁評估指標體系，按‘基層先評’的原則逐級打分。對所檢橋梁，按橋型劃分檢查部件及權重，根據(jù)《評定標準》，剛構橋上部結構部件及權重見表1。

根據(jù)檢查結果評定構件病害標度，橋梁上部構件(PMCIl)、上部部件(PCCIi)、上部結構(SPCI)的技術狀況評分按下列公式逐項計算：

(1)

(2)

(3)

同理計算下部結構(SBCI)、橋面系(BDCI)的技術狀況評分，最終計算總體技術狀況評分Dr。

Dr=SPCI×Wsp+SBCI×WSB+BDCI×WD

(4)

對比Dr與《評定標準》Dj值域，可判斷受檢橋梁技術狀況類別。

圖4 橋梁技術狀況評定流程圖表1 剛構橋上部結構各部件及權重

類別i評價部件權重Wi1上部承重構件(主梁)0.702上部一般構件(濕接縫、橫隔板等)0.183支座0.12

3.2.2 單項控制指標

當橋梁出現(xiàn)《評定標準》4.3.1節(jié)情況，其技術狀況應評為5類，例如上部結構落梁，結構明顯出現(xiàn)大于規(guī)范值的永久變形，橋墩嚴重傾斜、下沉等。

3.3 兩種評定方法比較

《養(yǎng)護規(guī)范》與《評定標準》都基于層次分析法且都采用定權重[10]，橋梁等級都分為5類。前者從部件到全橋逐級評定，過程簡單但病害描述相對模糊、主觀性大；后者從構件、部件到全橋逐級評定，過程復雜但結果相對客觀，病害描述相對具體、主觀性小但現(xiàn)場檢測工作量大。由于《評定標準》的實用性更強，本文采用該方法進行評定。

4 案例橋梁檢測內(nèi)容與結果

為便于分析描述，約定以居民區(qū)到園區(qū)為正方向對構件編號，見圖1。限于篇幅，主要病害如下所述。

4.1 箱梁裂縫與表觀缺陷檢查

主橋檢查表明：箱內(nèi)頂板共5條縱向泛堿泌死裂縫，縫長在0.5～3.0 m，裂縫總長6.2 m，主要分布于邊跨端部；中跨中腹板1處網(wǎng)狀裂縫，均泛堿泌死；箱梁內(nèi)腹板局部輕空洞、孔洞，箱外底板局部蜂窩麻面；上部一般構件共3條裂縫，總長2.6 m，最大縫寬為0.06 mm，均位于邊跨橫隔板；主橋施工孔均不同程度破損、露筋、泛堿，且部分施工模板未拆。

引橋檢查表明：箱梁翼緣板端部共5處剝落、掉角，總面積1.23 m2；箱梁底板局部蜂窩麻面，且輕微空洞、孔洞；箱梁底板1處滲水、泛堿，面積6 m2；引橋2#～4#鉸縫脫落，脫落總長為25 m。

4.2 橋梁線形測量

該橋未設置測控網(wǎng)且部分橋面高程永久觀測點已被破壞，故檢測前補設相應監(jiān)控點并按工程測量規(guī)范要求[8]進行測量，氣溫為14 ℃。

以0#伸縮縫為起點，沿橋面左右幅布置2條測線(共58個測點)。自定義觀測基準點高程為100 m，主橋橋面實測線形見圖5，可見主橋橋面線形較平順，經(jīng)與設計線形比較，主橋跨中約有3 cm的預拱度。

圖5 主橋橋面實測線形

4.3 下部結構及橋面系檢查

經(jīng)檢查，主橋3#墩邊跨側局部水漬青苔；0#臺前墻填土從左至右斜向開裂，長度10 m；0#臺前墻有2條豎向裂縫，縫長為3.0 m，最大縫寬0.24 mm(見圖6)。

經(jīng)檢查，橋面鋪裝局部嚴重擁包與車轍(見圖7)，主要位于1#跨右側及9#跨右側橋面鋪裝；3#跨橋面鋪裝局部破損、劃痕，面積0.09 m2。

圖9 5#墩在水深7.8 m處鋼筋銹蝕 圖10 5#墩在水深10.6 m處鋼筋銹蝕 圖11 承臺周圍有石塊堆積

4.4 水下墩柱及承臺檢查

位于水面以下的墩柱及基礎等隱蔽構件無法通過常規(guī)方法檢查成橋后的病害。目前，橋梁水下檢測尚處在摸索和經(jīng)驗積累階段[11]。鑒于該橋下水質好、能見度尚可，本次采用水下攝像結合探摸進行檢查。前期就水下檢查內(nèi)容和注意事項與專業(yè)潛水員進行溝通，在岸邊完成相關準備后，根據(jù)天氣情況進行水下檢查作業(yè)(潛水當天水位約169.8 m)，見圖8。

檢查結果表明：4#、5#墩河床表面水深分別約19.5 m、17 m，對應承臺分別露出河床約3.7 m、1.3 m；5#墩墩身在水深7.8 m、10.6 m處各有3處鋼筋銹蝕(見圖9～圖10)；承臺部分施工臨時結構未拆除，承臺周圍有石塊堆積(見圖11)，承臺未見破損、露筋及沖刷病害。

4.5 主橋自振特性

采用脈動法測得主橋第1階自振頻率fmi=1.43 Hz。根據(jù)該橋竣工圖，采用Midas軟件建立主橋空間梁格有限元模型(見圖12)，考慮墩底固結的邊界條件，計算得第1階自振頻率fdi=0.87 Hz。經(jīng)比較，fmi/fdi=1.64，對應評定標度為1。

4.6 其他檢查

對主橋箱梁截面尺寸進行抽樣檢測恒載變異狀況，選取邊跨及中跨共5個截面，采用鋼卷尺測量其底板寬度、底板及腹板厚度。測量結果表明結構尺寸與設計值基本吻合，尺寸偏差小于5%。

圖12 主橋有限元模型

按規(guī)范要求，對主梁的混凝土強度、碳化深度、鋼筋銹蝕電位、氯離子含量、混凝土電阻率、鋼筋保護層厚度等進行抽測，各結果表明相應評定標度均為1，其中，由于混凝土自然養(yǎng)護齡期已超過1 000 d，回彈測強結果僅供參考。

5 案例橋梁技術狀況評定與建議

綜上所述，該橋主要病害及原因為：1)主橋箱梁微裂縫，主要為溫度應力和混凝土收縮徐變所致；2)橋臺前墻豎向開裂，由于橋臺較寬但未設置變形縫所致；3)橋面鋪裝路線彎道處嚴重車轍、擁包，由車輛在該位置頻繁啟動和制動產(chǎn)生的較大離心力所致。

仔細核對4.1～4.6節(jié)構件病害，根據(jù)《評定標準》按式(1)～(3)逐級向上打分，見表2。主橋、引橋Dr值分別為88.2、88.7，全橋技術狀況等級為2類，表明結構有輕微缺損，對橋梁使用功能無影響。

表2 剛構橋綜合技術狀況評定表

根據(jù)《養(yǎng)護規(guī)范》，結合評定結果，應對橋梁0#臺前墻裂縫及橋面鋪裝車轍擁包病害進行處治，修補梁體孔洞、剝落等缺陷，并保護橋梁觀測點。

6 結語

通過對某深水大跨連續(xù)剛構橋的外觀與專項檢查及技術狀況評估，可得如下結論：

1) JTG/T H21—2011《公路橋梁技術狀況評定標準》對處于評定最底層的各類構件及病害描述較具體明確，由于深水大跨剛構橋的構造相對復雜，在檢測中應遵循全面和接近的原則，盡可能配合必要的措施以檢查所有構件，以準確反映結構病害程度。

2)該橋綜合評定結果為2類，應結合《養(yǎng)護規(guī)范》要求對現(xiàn)有主要病害及時維修并加強后期觀測。

3)人工水下攝像能直觀反映橋梁水下墩柱等構件的病害，可用于橋梁水下構件檢測，但對水下能見度要求高，在水質混濁條件下的應用還需進一步研究。

[1]郭偉.貴州省7座在役連續(xù)剛構橋病害調(diào)查與分析[J].公路交通技術，2017，33(5)：100-104.

[2]楊俊，曹一山.大跨連續(xù)剛構橋底板縱向裂縫成因分析與處治措施[J].公路，2017(8)：156-158.

[3]陳常明.大跨度連續(xù)剛構橋檢測評估與加固處治技術研究[D].北京：清華大學，2014.

[4]中華人民共和國交通運輸部.公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范JTG H11—2004[S].北京：人民交通出版社，2004.

[5]中華人民共和國交通運輸部.公路橋梁技術狀況評定標準JTG/T H21—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.

[6]中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設部.回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規(guī)程JGJ/T 23—2011[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[7]中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設部.混凝土中鋼筋檢測技術規(guī)程JGJ/T 152—2008[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[8]中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設部.工程測量規(guī)范GB 50026—2007[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[9]中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設部.混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范GB 50204—2015[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[10]趙曉燕.不同規(guī)范橋梁技術狀況評估方法比較與分析[J].城市道橋與防洪，2014(11)：69-72.

[11]胡國喜，繆品柏.橋梁水下基礎檢測技術應用前景[J].公路交通技術，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

彭偉(1980—)，男，高級工程師，博士，研究方向：結構病害診治與工程防災，電子郵箱：pwei99@126.com。

U446

A

2095-5383(2017)04-0033-05