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分类号:U44510710-20118190专业硕士学位论文桥梁下部结构病害分析及检测加固措施研究吴进军导师姓名职称郝宪武教授专业学位类别申请学位类别工程硕士建筑与土木工程及领域名称论文提交日期2016年4月20论文答辩日期2016年5月31日学位授予单位长安大学 AnalysisanddetectionreinforcementmeasuresandbridgesubstructureDiseasesAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WuJinjunSupervisor：Prof.HaoXianwuChang’anUniversity,Xi’an,China I 摘要随着我国交通运输行业迅速发展，大量的基础设施需求也使公路建设事业也蓬勃发展；在过去几十年时间中建造了大量桥梁，我国也成为了世界上的桥梁大国。由于一直以来都处于发展阶段，在建设桥梁初期，虽然考虑了当时的技术要求和先进材料，任然难以摆脱历史局限性；并且当时经济状况的制约下，加上现在大型车，重车与日俱进，超载、超限现象越来越严重，运营一段时间的桥梁开始出现缺陷和病害，对于桥梁健康和交通安全损害严重，倘若推到重建既浪费金钱也消耗时间，所以桥梁检测维修加固成为了时下逐渐热门的研究领域。现在桥梁检测加固也受到交通部门重视，但是由于这方面的技术处于不成熟阶段，检测工作也比较局限，不能对桥梁进行全方位的检查，这使桥梁病害不能彻底查明，也存在安全隐患。例如现在对于大多数梁桥的检测加固大多注重上部结构，而下部结构的检测加固工作还很欠缺；加上两个部位受力环境不同但又相互联系，出现偏移、变位后影响程度有差异但又互相制约，所以对于梁桥检测加固时，上、下部结构应该同时考虑，充分分析其病害类型和影响程度，采用针对有效的方法进行维修加固处理。本文主要讨论梁桥下部结构病害类型，对它们产生的原因和对桥梁整体影响进行分析，通过力学软件MIDAS对其中一种进行具体分析，并且阐述现在已有的检测加固方法和具体的操作流程，对于存在的不足之处进行改进，探讨出对于梁桥下部结构新的检测加固方法，更加有利于桥梁健康，延长使用寿命。关键词：梁桥,下部结构,检测,加固 ABSTRACTAlongwiththerapiddevelopmentoftransportationindustryinChina,alotofinfrastructurerequirementsalsomakethehighwayconstructionisbooming;BuiltalargenumberofBridgesinthepastdecades,Chinahasbecomethepowerofthebridgeintheworld.Becausehasalwaysbeenatthedevelopmentstage,atthebeginningoftheconstructionofBridges,whileconsideringthetechnicalrequirementsandadvancedmaterials,stilldifficulttogetridofthehistoricallimitations;Andunderthecontroloftheeconomyatthetime,andnowalargecar,heavytruck,improvinglittlebylittleeveryday,overloadandoverrunphenomenonmoreandmoreserious,tooperateforaperiodoftimethebridgebegantoappeardefectanddisease,seriousdamageforbridgehealthandtrafficsafety,ifpushedtothereconstructionisawasteofmoneyortimeconsuming,sothedetectionofbridgemaintenancetobecomethecurrentofthehotresearchfieldsgradually.Nowthebridgeinspectionhasalsobeenreinforcedemphasisonthetransportsector,butduetothistechnologyintheimmaturestage,testingworkalsomorelimited,cannotbridgeafullrangeofinspection,whichmakesbridgedefectscannotbecompletelyidentified,therearealsosecurityrisks.Forexample,nowmostofthegirderbridgemostlyfocusonthedetectionofreinforcingthesuperstructure,substructuredetectreinforcementworkisstilllacking;plusthedifferencebetweenthetwopartsoftheenvironmentbutrelatedstressappearsoffsetdisplacementaftertheimpacttheredifferencebutmutualconstraints,sothebridgedetectionbeamreinforcement,thesubstructureshouldalsoconsiderthefullanalysisofthediseasetypeandextentofitsinfluence,theuseofreinforcementfortheeffectivemaintenancemethods.ThisarticlefocusesonthetypeofgirderBridgeofdiseasebecausetheyproduceandtheoverallimpactofthebridgeontheanalysis,bymechanicssoftwareMIDASforonespecificanalysisanddetectionnowhasreinforcedelaboratemethodsandspecificoperatingprocedures,forshortcomingsexisttoimprove,explorethegirderbridgeofthenewdetectionmethodreinforcement,moreconducivetobridgehealthandprolonglife.Keywords:bridge,substructure,detection,strengthenII 目录第一章绪论.........................................................................................................................11.1研究背景..................................................................................................................11.2国内外研究现状.......................................................................................................21.3研究的目的及意义...................................................................................................51.4本章小结..................................................................................................................5第二章桥梁下部结构病害..................................................................................................62.1墩台开裂..................................................................................................................62.2墩柱位移偏位...........................................................................................................82.3盖梁开裂.................................................................................................................82.4支座病害..................................................................................................................92.5其他情况和原因.....................................................................................................10第三章检测措施研究........................................................................................................123.1检测主要内容.........................................................................................................123.1.1桥梁外观检查...............................................................................................123.1.2桥梁主要构件的无损检测............................................................................123.1.3桥梁荷载试验...............................................................................................133.1.4桥梁检测总体流程.......................................................................................133.2检测主要设备及技术要求.....................................................................................143.2.1外观检查方法...............................................................................................143.2.2无损检测.......................................................................................................153.3外观检测结果.........................................................................................................183.3.1上部结构检测..............................................................................................183.3.2下部结构检查...............................................................................................193.3.3支座检查.......................................................................................................193.3.4桥面系及附属设施检查................................................................................193.4特殊检测................................................................................................................203.4.1混泥土强度测试...........................................................................................20iii 3.4.2碳化深度测试...............................................................................................213.4.3测量裂缝的深度和宽度...............................................................................213.4.4钢筋位置及保护层厚度测试........................................................................223.4.5钢筋锈蚀度测试...........................................................................................243.5荷载试验................................................................................................................263.5.1试验加载原则..............................................................................................263.5.2荷载试验测点布置和试验加载设计............................................................26第四章加固施工方法研究................................................................................................294.1墩台的沉陷和损坏.................................................................................................294.2墩台基础被冲刷挖空.............................................................................................304.3墩台表面发生裂缝.................................................................................................314.4墩台承载能力不够.................................................................................................324.4.1扩大基础加固法...........................................................................................324.4.2增补桩基加固法...........................................................................................334.4.3高压旋喷注浆法...........................................................................................354.5施工现场管理.........................................................................................................364.5.1施工准备......................................................................................................374.5.2工期保证措施...............................................................................................384.5.3质量保证措施...............................................................................................384.5.4安全保证措施...............................................................................................394.5.5其他注意事项...............................................................................................39第五章加固工程实例........................................................................................................405.1工程简介................................................................................................................405.2加固方案................................................................................................................405.3加固计算................................................................................................................405.3.1荷载系数计算...............................................................................................405.3.2建模计算.......................................................................................................425.4加固施工................................................................................................................465.4.1施工平台搭建...............................................................................................46iv 5.4.2墩柱纠偏.......................................................................................................475.4.3支座更换.......................................................................................................515.4.4裂缝封闭.......................................................................................................525.5加固结果................................................................................................................53结论与展望.........................................................................................................................55结论..............................................................................................................................55展望..............................................................................................................................55参考文献.............................................................................................................................57致谢...................................................................................................................................59v 第一章绪论第一章绪论1.1研究背景伴随着国民经济迅速发展，交通事业日新月异。从上世纪八十年代前修建的大部分桥梁已经不再适应现在交通运输发展的需求。因为这类桥梁修建年代时间的局限性，其设计荷载较低、承载能力不足、功能缺乏、桥面窄小等，加上现在汽车数量大增，超载超限现象日剧频繁，致使这些旧桥出现各种各样病害，影响公路交通的安全和畅通。现在面对如此数目巨大的存在病害的旧桥、危桥，倘若将其全部推倒重建，这回带来庞大的经济开支，而且我国正在处于发展阶段的重要时期，国外的一些发达国家尚且不能达到，这和我国的可持续发展基本国策相违背，既不现实，也不科学。所以对于旧桥的检测加固成为了一项现下高度重视的议题，在这近二十年的时间中，桥梁检测、维修、加固、改造成为了我国政府交通部门的重点工作，各界桥梁行业学者将这一领域作为重点研究方向，各种相关的研究成果也是层出不穷，但桥梁检测和桥梁加固改造这门新兴的学科，我国的技术研究还不够完善，所以需要更全面更深入的检测加固技术才能使我国的桥梁长久地安全健康运营。桥梁一般分为上部结构、下部结构和基础，上部结构作为桥跨结构一般为直接受力部分，负责车辆与人群通过，所以往往对于这部分的一些病害常常比较容易发现受到重视，而下部结构位于上部结构和基础之间，是负责将荷载传递的部分，关系到桥梁结构物是否在同一高程和平面上，下部结构在地面和上部结构之间，因为直接裸露在外部环境，会受到多种因素的影响，例如桥墩可能会受到流水压力，填土侧压力，横风风力，船只漂浮物冲撞力等，这些对于桥梁本身不利的外界力都直接作用在桥墩和桥台上；长此以往，桥梁下部结构处于疲劳受力情况下，其强度、稳定性和承载能力都会受到影响，出现墩台开裂、下降、位移、倾斜以及转动等情况，这不仅会影响到桥梁上部结构，而且严重时甚至导致全桥垮塌，威胁群众的人生安全，造成严重的经济损失。下部结构是桥梁的重要组成部分，其受力环境和方式与上部结构完全不同，一般来讲，这部分结构不是直接与车辆荷载直接接触，不容易受到损害，可也是由于这个原因，会受到工作人员忽视。当这部分构件出现病害而要进行检测加固工作时，也会因为条件的限制很难全面的开展工作，比如跨河流的大桥，桥墩处于河流中，工作人员和一些设备必须借用船只才能到达，工作环境也是在不稳定平台上，容易产生误差，或者一些高墩大跨桥梁，使用大型升降设备进行检测加固工作也会多有不便，加上一些人员因素和1 长安大学硕士学位论文场外因素，使得这部检测加固工作开展起来十分困难。所研究人员也在不断探讨，从技术上和施工工艺上解决这些问题。1.2国内外研究现状一个国家拥有现代化发达的交通网，证明其交通运输事业强大，这对于国家的稳定、人民的团结、经济的发展、文化的交流以及国防的巩固，都具有决定性的作用。我国桥梁这一行业经历近百年，大大小小的桥已经建了超过50万座。如此迅速的建设速度下，难免会出现一些问题，加上常年累月地运营，现在我们国家也像世界上许多国家一样出现了桥梁老化、病害等问题，甚至因此酿成悲剧：1999年01月04日，綦江彩虹桥垮塌；2000年08月27日，台湾高屏大桥断裂；2000年11月27日，深圳盐坝高架桥坍塌；2001年11月07日，宜宾南门大桥坍塌；2004年06月10日，辽宁盘锦田庄台大桥垮塌；2005年04月07日晨，江苏省吴江市海晏镇一座桥梁突然坍塌；2005年08月13日，强降雨导致抚顺大桥坍塌；2006年08月02日，强降雨导致辽宁营口熊岳大桥垮塌。除上述桥梁垮塌事故之外，近些年还存在很多大小事故。这些是已经酿成灾难的情况，现在还有大量存在安全隐患的旧桥、危桥；从历史数据总结成下表：表1-1近年全国危桥数据统计建成运营桥梁总数危旧桥数量危旧桥占其比例（%）年份座数延米座数延米按座数按延米2000年240630865511251761866322.152.162001年28411710649704101313579093.573.362002年29939711612187108043910433.613.372003年31077312466143104433784393.363.042004年32162613376416133034688884.143.512005年33661814747542146595373844.353.642006年5336202039909263094177817411.828.722007年5700162319181298623306870417.3013.232 第一章绪论由上表可以看出，虽然我国大力发展基建项目，全国桥梁数量逐渐上升，但是其中已建桥梁中的危桥数量也在上升，而且所占比例也越来越高，目前，在世界范围内，桥梁维修养护、检测加固技术已经成为交通领域重要课题，世界各国开展会议来探讨这类[28]问题，1980年的巴黎、1982年的华盛顿，都召开了关于旧桥问题的国际专题会议；[29]此外，近年来由西方24个发达国家参加的“关于道路桥梁维修管理国际会议”和“国际[30]桥梁与结构会议”中也着重讨论了现有桥梁的检查及维修加固等安全性评价方面，之间提出了众多有价值的研究意见。可以看出这是个全球性的研讨话题，同时发达国家对于桥梁的检查加固已经先于我们长达数十年之久，各方面技术设备趋于完善的同时，也不断创新出更科学的方法，这是值得我们学习借鉴的。目前我国桥梁耐久性技术研究刚处于起步阶段，技术水平远落后于欧美等发达国家。[10]为解决这一问题，我国交通主管部门设立了“桥梁耐久性关键技术研究”重大专项，针对我国公路桥梁在结构体系、材料组成与设计、构造、施工、养护维修与质量控制等环节存在的历史性问题进行了一系列研究项目布控，希望形成一套提升我国公路桥梁耐久性实用的技术。为了解决我国公路桥梁养护管理工作中的核心技术问题，我国交通部管理部门围绕桥梁养护等各个环节，长期持续展开了系统全面的研究以及技术开发工作，现阶段技术成果已经显著地提高，形成比较合理完整技术体系，该行业技术水平大幅提升，促进行业科技进步；尤其是“十五”规划以来，我国的部交通、西部交通及部省联合应用基础性研究科研项目平台全面大力倡导建立后，对于所涉及到公路桥梁管理养护方面的主要技术问题，各交通运输部将与国际先进接轨，从理论基础研究、应用技术研究、成果运用及推广等各方面建立百余项科研项目，并且取得了许多技术成果与创新。各项鉴定、检测、维修及加固技术接连出现，例如：“十五”期间设置“公路旧桥检测评定与[14]加固技术研究及推广应用”项目的实施，全面地研究和提升了国内外普遍的二十多种桥梁加固技术，并在危旧桥加固的基本原则、加固技术特点和材料要求、适用条件、质量控制、施工工序、质量检验评定以及加固后评价各方面突破创新，形成了全面完整的桥梁加固技术成果；编制了相关公路危旧桥加固的成套技术综合指南。我国早期在“六五”之间就开始在这方面进行理论和技术方面研究；在“九五”之前，出现“大跨度混凝土[14]桥梁试验方法”、“桥梁的检测和试验设备”、“旧桥承载力评定方法”和“用动力法[14]快速检测钢筋混凝土简支梁桥使用承载力的试验研究”这类实施项目，首次建立了使用荷载试验作为桥梁承载力的评定方法与技术体系，产生了部分桥梁检测设备仪器，使我国公路桥梁承载力的评定工作可以有很好的基础支撑。从“九五”之后，我国对桥3 长安大学硕士学位论文[14]梁检测和承载能力的评定技术研究逐渐提升，下表是我国“十五”和“十一五”期间在桥梁检测与加固方面的技术、设备和施工工艺研究成果：表1-2近年我国桥梁检测加固研究成果表序号项目类别及名称实施年限1检测技术与仪器设备（1）桥梁无线检测技术的研制与开发2004-2007（2）桥梁振动测试技术及其在检测中的应用2004.7-2007.6（3）稀土换能器及系统集成的桥梁无损检测技术开发研究2004-2006（4）既有桥梁结构测试数据采集优化、识别及安全评价技术研究2003.7-2005.12（5）大型钢管混凝土拱桥光纤传感无损监测系统的开发2001-2004（6）大、中跨径混凝土桥梁预应力检测技术研究2005.7.-2008.6（7）西部地区水下基础检测诊断技术及相关设备的研制2007.7-2010.6总的看来，虽然我国近年来各项技术迅猛发展，但是公路桥梁的总体状况不容乐观。我国虽已成为世界级桥梁大国，但在桥梁的养护维修各方面仍存在不足，需要解决的技术与管理问题很多；这些桥梁在不断地运营过程中，不停地显现和暴露这方面的问题，所以这也就成为了影响公路交通事业平稳健康发展的重要因由，我国要成为世界级桥梁强国所必须突破的一个重要环节。4 第一章绪论1.3研究的目的及意义我国存在数目庞大的桥梁建筑数量，这些桥梁分散在各地，大小不一。对于旧桥需要定期检测维护，危桥需要加固维修，所以我国的桥梁检测加固需要更全面细致的工作，目前这方面的研究正在走向深入和细化，对于那些结构形式不同桥梁的安全评价、损伤识别以及可靠性评估的研究项目处于实施过程中；基础和结构内部等隐蔽工程的缺损检测技术方法和设备仪器同样处于研发中。以往市场上一些检测公司在进行旧桥检测时，往往是很笼统的进行检测，对于桥梁各个结构，细部构件和隐蔽工程部分的专业检测不够，得出的往往是桥梁的一个整体状况，对于一些细微处理不到位，忽视了一些隐藏病害，同样桥梁处于一个不安全的运营状态，存在隐患。本文所注重的是桥梁下部结构的检测与加固技术研究探讨，主要是梁桥的桥墩和桥台这两个部分，下部结构处于上部结构和基础之间，是桥梁主要的支撑部件和传力构件，当它发生开裂、位移和偏转等对于桥跨结构影响巨大，直接影响桥梁整体稳定性。目前，虽然针对这部分的检测加固技术也存在一些，但还需要更加细致科学的新技术，需要对于这些存在技术进行总结归纳，针对不同梁桥下部结构进行分析，发掘之前技术设备和管理体系存在的弊端，改进后更加安全、便捷地运用在这部分结构检测加固工作中。1.4本章小结本文研究的内容主要是针对梁桥下部结构病害分析及检测加固措施的研究，论文从工程实际技术和经济出发，拟出以下的研究内容：（1）探讨梁桥下部结构经常出现的缺陷以及相关原因，总结出针对这些病害的检测方法，由于缺陷出现的原因不同，所用的检测方法也不同；着重研究了一般检测和特殊检测方法。（2）探讨针对这些梁桥下部结构的维修加固方法，在通过不同的检测方法检查出的缺陷，采用适合的维修加固方法，划分对不同等级的病害需要采取何种技术进行加固，重点介绍其中几种加固方法。（3）通过工程实例万州大桥匝道桥桥墩偏位情况分析，通过软件模拟旧桥所处状态，进行计算分析，得出理论值，并且讨论其实际加固工艺。5 长安大学硕士学位论文第二章桥梁下部结构病害桥梁是组合型结构体系，各个结构之间相互影响相互作用。下部结构出现病害缺陷的原因十分复杂，不仅是因为这部分结构受到外界影响，有时也是因为桥梁上部结构和基础所处状态发生变化而导致下部结构出现病害；因此，出现病害的类型也是各式各样，比如：混凝土开裂、蜂窝麻面、露筋和位移等等，不同的病害类型形成的原因也不同，有些甚至是多种原因导致结构出现缺陷。2.1墩台开裂桥墩桥台是大型混凝土结构，这部分开裂的情况比较常见，开裂的形式也很多，像横向裂缝、竖向裂缝、斜向裂缝和网状裂缝等等。桥墩桥台是桥梁的主要支撑结构，容易受到上部荷载的影响，加剧开裂。1.墩台竖向裂缝在桥墩和桥台上形成竖向开裂，混凝土浇筑后养护不到位，承受的竖向荷载过大，超过承载能力。图2.1桥墩竖向裂缝2.墩台水平裂缝桥墩和桥台出现水平方向开裂，大型混凝土结构分为多次浇筑时，接缝工艺没有处理好导致，也可能是长期处于水平外荷载导致。图2.2桥墩水平裂缝3.墩台斜向裂缝6 第二章桥梁下部结构病害混凝土结构出现斜向开裂，由于承受局部剪切应力，斜向开裂。图2.3桥台斜向裂缝4.墩台网状裂缝混凝土表面出现如网形状不规则开裂，由于混凝土内部水化热现象或者是外界温度变化产生温度应力导致开裂。图2.4墩台网状裂缝5.桥梁墩帽顺桥轴线横贯墩帽的水平裂缝这类裂缝是桥墩与支座处出现，比较常见，主要是局部应力导致的，由于支座的剪切变形无法满足上部结构的水平位移。图2.5台冒裂缝7 长安大学硕士学位论文2.2墩柱位移偏位桥梁的墩柱主要作为支撑结构，负责承受桥跨结构自重，车辆荷载，人群荷载等竖向荷载，对于其所处位置，在设计和施工时都会严格控制。而当墩柱偏移了原来所定的位置，发生位移、偏转后，上部结构竖向荷载传递给墩柱时，就不仅仅是承受竖向荷载。由于位置偏移，此时竖向荷载变成偏心荷载，设计时只承受竖向轴力，实际上变成承受轴力和弯矩，使墩柱负担加大，长期处于这种状态下，墩柱的偏位现象将更加严重，对于全桥的稳定性和承载能力造成影响。如下图所示，为梁桥桥墩偏位示意图，图中1#桥墩和2#桥墩发生偏位，原位置为实线位置，由于外界因素影响偏移到虚线位置。图2.6桥墩偏位图这些桥梁下部结构病害不同于一般的混凝土开裂，桥墩发生偏位原因很多，大多数是由于填土压力过大，侧向作用于桥墩上导致发生偏转位移，也可能是由于外界撞击（船撞、车撞），或者是自然因素，比如地震、火山爆发等。在施工过程对于墩柱施工过程中把握不严格，出现偏差的情况也是存在的。2.3盖梁开裂盖梁是梁桥下部结构中常见构件，位于桥墩和支座之间，主要作用是为了荷载传递和支撑的作用，同时兼顾横向稳定的作用。盖梁承受支座传递的竖向荷载，然后传递给桥墩，一般来说，盖梁开裂形式有两种，斜向开裂和竖向开裂，斜向开裂主要是因为局部剪应力存在形成，竖向裂缝发生原因主要有两种：8 第二章桥梁下部结构病害图2.7盖梁竖向开裂a.这种竖向开裂主要发生在桥墩对应的部位，由于墩台基础发生了不均匀沉降，导致一侧桥墩下降，盖梁无法维持在一个水平位置承受荷载，从而导致开裂。图2.8盖梁支座处竖向开裂b.这类开裂主要发生在支座下端的位置，由于上部结构荷载通过支座传递到盖梁位置，常年处于压力状态下，加上现在日益繁华的交通，重车大车增多。当承受荷载超出了当初设计值时，产生开裂。2.4支座病害支座是桥梁结构物中不可或缺的部件，虽然不规划于桥梁下部结构中，但是它位于上部结构和下部结构之间，满足桥跨结构水平位移的同时，起着连接的重要作用。当支座的工作出现问题，往往也会影响桥梁的上下结构，比如当支座剪切变形不能满足上部结构水平位移时，与其相连部位的混凝土就会差生局部应力，从而导致开裂，并有发展严重趋势。由于支座的种类很多，比如：板式橡胶支座，盆式橡胶支座及钢性链接板支座等；不同桥型、不同跨度的桥梁使用的支座类型也不同，所以出现病害中类也很多，通过下表简单归纳其主要病害类型：9 长安大学硕士学位论文表2-1支座病害类型和原因设施病害类型病害原因1）橡胶支座橡胶老化性能达不到要求；老化变质、开裂2）橡胶支座达到使用寿命。1）橡胶支座力学性能达不到要求；剪切超限2）车辆荷载所致。局部或全部脱空施工工艺控制不严。1）钢垫板未做防锈处理。活动支座滑动面不平整，2）未涂抹硅油或未及时更换硅油；生锈咬死3）施工工艺欠佳。支座钢垫板未做防锈处理。由于支座材质、加工和安装不当、受力不均、维修养护不到位等原因，都可能导致支座老化、锈蚀、变形、不灵活等病害施工支座安装技术措施和质量控制措施不到位所钢垫板锈蚀致。桥面雨水通过结构间缝隙渗入桥梁下部结构，严重锈蚀支座上下钢板，对桥梁今后的正常营运存在较大的影响。2.5其他情况和原因桥梁下部结构病害除了上述情况，还存在许多；以上详细阐述了混凝土结构物开裂的现象和原因，除此之外还有常见的露筋、蜂窝麻面、老化脱落等，这类病害主要是因为施工时期工艺问题以及使用时间过久出现的局部问题，比较容易检测，修复技术也相对简单。桥梁下部结构出现损害还由于其所处不同环境导致不一样的原因，其中包括由地基层不均匀沉陷、位移，发生地震、洪水及船舶冲击碰撞等；此外由于建材长年累月后发生质变或损坏，长期处于超负荷运营产生结构损害等多种复杂原因引起。通常分为以下几种情况:（1）桥梁桥台位置容易出现跳车现象，大多数是因为桥台产生了沉降、倾斜和位移，因为其所处地基土质松软或雨水浸泡，连接路堤处填土过高等导致；桥墩基础如果建在软土地基上，就很可能会因为软土的松动以及地基不均匀的沉降而导致结构损害。（2）桥梁墩台长期处于水流冲刷环境，倘若基础埋置不够深，长期冲刷和发洪水使10 第二章桥梁下部结构病害基础周边砾石被掏空，基础持力减弱，威胁桥梁整体安全。（3）水流的冲刷作用同样会磨耗墩台本身，尤其是那些较轻的墩身，磨损更严重。（4）由于偶然因素，例如地震、不规则地壳运动，使桥梁支座发生位移，偏移墩柱中心，产生偏心压应力，导致弯矩，是墩柱发生开裂等。（5）由于硷干燥收缩及温度应力，台身产生纵横方向都有的龟裂。硷会有碳化反应发生，在钢筋锈蚀过程中产生膨胀力同样会导致裂缝产生。（6）在一些运营交通的河流上，船只漂浮物冲撞、洪水等，都会使桥墩损伤。（7）早期建成的桥梁具有历史局限性，由于其设计标准过低，面对日益增长交通，原设计的墩台基础所承受的实际荷载可能已经超过其设计值，在这种长期超负荷运营条件下，就很可能导致桥梁下部结构混凝土出现各种病害，甚至威胁结构安全。11 长安大学硕士学位论文第三章检测措施研究3.1检测主要内容3.1.1桥梁外观检查对桥梁（含桥头引道）的外观状态进行全面检查，进一步掌握桥梁的工作状态，至少应包括以下内容：a、桥梁的基本几何尺寸调查，包括截面尺寸、跨径等；b、检查梁体混凝土有无风化、剥落、破损、钢筋外露锈蚀等病害情况，并检查梁体是否存在不正常的变位；c、检查梁体是否有裂缝出现或裂缝的分布情况，对于预应力砼结构着重检查梁体有无裂缝出现，若存在裂缝的话则详细调查其分布情况（含长度、宽度、分布范围等），并详细分析裂缝产生的原因。对于普通钢筋砼结构需掌握裂缝的分布情况绘制相应的裂缝分布图，若裂缝宽度超出规范限值要求则应进行详细调查；d、检查支座工作是否正常，有无错位、断裂及脱空等情况；e、墩台与基础的检查，包括是否滑动、开裂和下沉，墩台和帽梁有无砼剥落及钢筋锈蚀等情况；f、桥梁结构的检查，包括混凝土裂缝、渗水、露筋及钢筋锈蚀情况；g、桥面系构造的检查，包括桥面铺装、伸缩缝、人行道构件、桥面横纵坡顺适、排水构造物、桥上交通设施的检查；ｈ、检测中发现的桥梁病害应作出记录，重要病害应在现场作出标记，超标的裂缝应该设永久裂缝观测标记，以便以后观测；ｉ、根据桥梁外观检查情况，分别计算出桥梁的桥面系、上部结构、下部结构的BCI值以及全桥的BCI值，划分其技术状态等级。3.1.2桥梁主要构件的无损检测对桥梁的梁体、墩柱、桥台等主要构件进行无损检测，至少应包含以下内容：a、检测混凝土的强度、碳化深度；b、测量裂缝深度和宽度；c、探测混凝土保护层厚度；d、根据桥梁外观检查结果对钢筋的锈蚀情况进行检测；e、检测不得对桥梁结构造成损坏，对桥梁砼及表面涂装必要的局部损坏，在检测12 第三章检测措施研究结束后负责原样恢复。3.1.3桥梁荷载试验a、结构荷载试验：要求全部桥梁进行桥梁静载试验、动载试验，进一步把握桥梁的实际工作状态，了解病害产生的原因和对结构的影响，检验其承载能力和实用性能。b、桥梁荷载试验，根据桥型布置及初步的检查结果确定相应的试验桥跨，对试验桥跨的控制截面进行应变（应力）、挠度等测试，应设置挠度固定观测点，测试内容应满足相关的试验规范要求，对于存在重大病害的桥梁，在进行静载试验时，除常规测试项目外，应增加针对病害部位的专项测试，检验病害部位应变（应力）等；c、静载试验时必须有保证桥梁安全的技术措施，同时还应满足桥梁安全状态评定的要求；d、结构承载能力评定：结合结构质量检查、结构验算和荷载试验评估桥梁承载能力，对桥梁技术状况进行综合评定e、若荷载试验结果显示桥梁结构的受力不满足设计或使用要求，应进行进一步的计算分析，明确原因；f、若荷载试验结果表明桥梁的承载能力或荷载等级不满足设计要求，需要降低桥梁的荷载等级使用时，应当给出限速限载建议值。3.1.4桥梁检测总体流程桥梁检测的总体流程如下图所示：13 长安大学硕士学位论文检测开始资资计料料划检测准备阶段收研编集读制针对性技术方案制定设备、人员等准备现场检测下次检测实施阶段检检测记录测数据整理分析评价检测成果阶段检测成果检测结束图3.1桥梁检测整体流程图3.2检测主要设备及技术要求3.2.1外观检查方法桥梁外观检查主要通过目测观察，也可以辅助一些测量仪器、照相机、望远镜等探查工具，在进行检查时必须对每个部位仔细记录其健康状况是否良好。桥梁检查中大多数检查项目属于外观检查，以目测为主。对于一些特殊项目也需要辅以必要的器材设备，如：（1）对于钢筋混凝土结构裂缝的长度采用钢卷尺辅助测量，裂缝宽度采用裂缝观测仪观测，为了观察细微裂缝的发展情况，首先在选定部位涂抹石膏，然后观察石膏表面，当裂缝宽度增大时，石膏表面将拉裂。（2）桥梁几何尺寸检查，将采用钢卷尺，水准仪等辅助测量。（3）在目测观察过程中，也需要望远镜、照相机等辅助观察。14 第三章检测措施研究桥梁检查中发现的各种缺损情况，将在现场用粉笔等将其范围及日期标记清楚，将作影像记录，并附病害状况说明。桥梁检查必须接近各部件仔细检查桥梁的缺损情况，因此必须创造接近各部件的条件。本次检查，我们将利用桥检车和搭设临时支架相结合手段进行检查。对于桥梁跨河跨，桥梁较高的情况，可采用桥梁检测车在桥面上作用，通过桥检车的折臂接近检测位置；对于非跨河跨，桥梁不是很高的情况。其它情况可以采用搭设支架的手段接近检测部位。裂缝宽度检测裂缝检测宽度仪：将探头与裂缝对准，用光学原理将裂缝放大显示在屏幕上，以此来测读出该裂缝的宽度；裂缝测读卡：用于一些较宽裂缝，将测读卡与裂缝紧贴，通过上面的刻度对比，测读出裂缝宽度（存在一定误差，多次测取平均值）。裂缝形状检查通过卷尺在裂缝的起止点和转折点位置测量得到裂缝长度、方向，用粉笔绘制裂缝，便于后期观测。3.2.2无损检测（1）回弹检测对桥梁的混凝土强度检测，我们将采用回弹法进行。回弹值测量使用回弹仪；使用超声回弹法测试需要根据中华人民共和国行业标准[20]《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T23－2001）执行。通过测定混凝土强度检测的位置，来确定现场量测碳化深度的位置。检测混凝土地碳化深度一般采用75％浓度酒精溶液和1～2％浓度酚酞溶剂，使用步骤是先将其喷散于混凝土结构物新鲜破损面，然后根据指示剂发生颜色变化，判断混凝土碳化的深度，测量精度取至毫米级。在进行混凝土构件碳化深度检测时，由于需要将混凝土表面凿毛，得到新鲜的破损面再滴入上述的化学试剂，所以凿面时需保证检测精度同时也要注意尽量减少对构件产生的破损面（2）超声波探伤1）超声波的产生与接收超声波的产生和接收是利用超声波探头中压电晶体片的压电效应来实现的。由超声波探伤仪产生的电振荡，以高频电压形式加载于探头中的压电晶体片的两面上，由于逆压电效应的结果，压电晶体片会在厚度方向上产生持续的伸缩变形，形成了机械振动。15 长安大学硕士学位论文若压电晶体片与工件表面有良好的耦合时，机械振动就以超声波形式传播进入被检工件，这就是超声波的产生。反之，当压电晶体片受到超声波作用而发生伸缩变形时，正压电效应的结果会使压电晶体片两表面产生具有不同极性的电荷，形成超声频率的高频电压，以回波电信号的形式经探伤仪显示，这就是超声波的接收。2）超声波射入异质界面时发生反射、折射、透射以及波型转换当超声波从一种介质垂直入射到第二种介质上时，能量的部分被反射而形成与入射方向相反的反射波，其余能量则透过界面产生与入射波方向相同的透射波。超声波反射能量W反与入射能量W入之比称之为超声波能量的反射系数K，即K=W反/W入。若超声波由一种介质倾斜入射到另一种介质时，在异质界面上将会产生波的反射和折射，并产生波型转换。不同波型的入射角、反射角、折射角的关系遵循几何光学的原理。超声波在异质界面上的反射是很严重的，超声波探伤中能探测到的缺陷尺寸为λ/2。3）超声波具有可穿透物质和在物质中衰减的特性超声波的能量很大，穿透能力较强。超声波在大多数介质中，尤其在钢等金属材料中传播时，传输损失少，传播距离最大可以达到数米远。超声波在一种介质里传播时，它的能量会伴随传播距离增加而渐渐减弱。在金属材料的超声波探伤中，引起超声波衰减的原因主要是散射，其声压按负指数规律衰减，其规律如下：PX=P0e-αx式中Px——离压电晶体片表面为X处的声压（Pa）；P0——超声波原始声压（Pa）；e——自然对数的底；α——金属材料的衰减系数（dB/m）；X——超声波在金属材料中传播的距离（m）。4）检测过程①借助支架，延伸到规定探伤的部位；②一般将探伤位置定为：受拉构件中最易发生裂纹的地方；③用工具将待探位置清理干净，然后涂抹化学浆液；⑤使用超声波探伤仪器，将探头放于待探位置进行扫描探伤；⑥用明显的记号标记裂纹位置（例如用粉笔图描裂缝走向），并且记录登记。（3）水下基础检测的实施方法16 第三章检测措施研究1）由潜水员潜入水下对桥梁1#、2#、3#、4#桥墩划分工作区进行有序的摸索缺陷、冲刷掏空等损坏情况。根据现场调查桥墩情况，对水下桥墩进行划分工作区，对每一个桥墩分为10个工作区：由潜水员按照在岸上预定编号的工作区进行水下摸索桥墩外观缺损及裂缝情况，并借助水下摄像机进行录像、拍照，尤其对病害部位进行有重点的拍照、录像，并根据分区进行记录病害部位。每个工作区工作完毕，潜水员出水汇报，并对拍照及录像病害信息对应分区进行编号，依次对桥墩每一个分区进行摸索检测完毕。水下摄像技术主要采用先进的QS水下摄像机进行水下检测的录像，其主要功能特点如下：独有的电控调焦功能普通水下摄像机为固定焦距，熟称傻瓜型。缺点是不会随被测物体距离远近而调整焦距，清晰度不高。通天电子QS水下摄像机实现了电控调焦。强光源水中存在大量的浮游生物，悬浮粒子和胶体粒子，对光波的传输产生散射作用。降低了摄像机成像的对比度，严重时甚至难以成像，胶体粒子对光波的散射作用是影响成像的主要原因。所以，解决好水混浊度问题，是摄像机能否拍摄到清晰度图像的关键。普通水下摄像机配置红外线或发光二级管冷光源受水体折射和吸收影响，色温穿透力弱，视距小。通天电子QS水下摄像机开发了卤素光源，穿透力强，视距大。耐腐蚀普通水下摄像机外壳采用塑料或铝合金。通天电子QS水下摄像机外壳采用耐腐蚀不锈钢，壳体光源一体化，体积小。安全性综合电缆及探头等水下部分均采用直流安全电压供电，安全性能好。图像数字化采集主控箱可配普通显示器显示图像，也可通过USB2.0接口由电脑将来自水下的视频信号转化为数字信号，监控编辑图像，转化VCD和DVD，实现数字化存储视频资料。2）根据摸索桥墩病害情况，潜水员在检测员配合下利用多用回声超声波数码厚度测量计进行桥墩的缺损状况量测。根据潜水员摸索桥墩情况，同样按照每个桥墩划分10个工作区，依次对桥墩进行量测。每个工作区工作完毕，潜水员出水汇报，并对量测的桥墩缺损情况进行分区编号记录。依次按照同样方法对桥墩进行全面检测完毕，并记录下量测结果，最后把结果通17 长安大学硕士学位论文过仪器配套软件进行分析。利用多用回声超声波数码厚度测量计进行水下混凝土强度的量测。3.3外观检测结果3.3.1上部结构检测1．引桥上部结构检查项目：（1）直接观测梁两端、底面损坏与否。（2）砼底板表面是否存在渗水、裂缝、剥落、表面风化、露筋锈蚀或者集料匹配不当导致龟裂等现象。通过网格法绘制裂缝区域，判断裂缝走向，并通过裂缝测宽仪测量裂缝宽度。表面混凝土是否严重碳化。（3）预应力筋束锚固的区段砼是否开裂，在预应力钢筋的混凝土表面有无纵向裂缝。通过对边板锚固端的表面观测，分析判断梁体使用情况。（4）梁结构的支点、跨中及变截面位置，砼有无缺损、开裂和钢筋锈蚀现象。由于变截面位置属于应力集中区，混凝土表面容易出现裂缝，检测过程中，重点对该区域进行检查，并对该区域混凝土出现剥落等病害重点监控。（5）裂缝的观测包括裂缝的位置、宽度、长度情况。裂缝宽度通过裂缝测宽仪观测。（6）桥联结部位的缺损状况，边梁有无横移或向外倾斜。（7）用回弹法测定主梁的混凝土强度。（8）引桥结构的整体尺寸：桥梁长度、宽度、跨径等。（9）桥梁构件尺寸：包括主要受力构件、次要构件的长度和截面尺寸等。2.主桥上部检测内容：钢筋混泥土和预应力混泥土梁桥的检查混凝土预应力（1）主梁的端部、底面是否存在损害，梁内部有无积水、通风效果等。（2）结构混凝土的检测主要观察其表面是否出现开裂、破损、露筋、蜂窝麻面等常见现象，此外，也要检测上面提到的碳化深度。（3）预应力钢束锚固区段混凝土有无开裂，沿预应力筋的混凝土表面是否存在纵向裂缝。（4）梁（板）式结构的支点、跨中及变截面处，中间铰部位或悬臂端牛腿，刚构桥的固结位置和桁架节点位置，混凝土是否缺损、开裂以及钢筋锈蚀等。（5）如果是装配式梁桥要注意联结位置混凝土状况：组合梁桥的梁与桥面板的结合部分及预制桥面板之间的接头处混凝土有无缺损、开裂；横向联结构件有无开裂，18 第三章检测措施研究钢板连接处焊缝是否锈蚀、断裂；边梁是否出现位移或者倾斜向外。3.3.2下部结构检查1.引桥墩台与基础的检查主要检查项目：（1）锥坡、护坡是否有冲刷、滑坍、沉陷等现象，坡顶高度有无显著下降，耳（翼）墙主要检查其是否有倾斜、开裂、沉陷、滑移或者挡土能力降低等情况。（2）墩台有无滑动、倾斜、下沉或冻拔。（3）台背填土有无沉降或挤压隆起。（4）混凝土墩台及帽梁有无风化、开裂、剥落、露筋等。（5）墩台顶面是否清洁，伸缩缝处是否漏水。2.主桥基础检查：基础冲刷检查，对于桥梁墩台与基础在水下的部分，进行有侧重的到位排查，按照其评定标准，主要检查内容如下：（1）墩身(水下部分)是否开裂，局部外鼓、表面剥落、空洞，是否有倾斜、沉降、变形、冲刷及撞击损坏等情况。（2）砌石墩身是否出现砌块断裂、变形、灰缝脱开、砌体泄水孔堵塞以及防水层有无损坏。（3）墩身(水下部分)材料是否冲刷腐蚀、老化。（4）基础周边有无发生过度地冲刷，甚至淘空的现象。（5）扩大基础的地基有无侵蚀。3.3.3支座检查支座主要检查项目：（1）支座部件是否完整、干净；是否存在脱空、错位、断裂。（2）活动支座能否灵活工作，位移量能否满足实际所需。（3）锚销固定支座是否牢固，不会发生位移。（4）支座承接的垫石有无出现裂缝。（5）橡胶支座有无开裂、老化，是否存在过大的压缩变形或剪切变形，各钢板之间的夹层中橡胶是否均匀外凸。（6）四氟滑板支座中四氟乙烯是否完好，有无老化、脏污，橡胶块有无滑出钢板。3.3.4桥面系及附属设施检查桥面系构造对于行车的舒适性和桥梁的美观性具有重要的意义，因此其工作状态已经越来越收到重视。针对本工程具体情况，并考虑常规通用检查项目，对全桥桥面系19 长安大学硕士学位论文确定以下检查项目：（1）桥面铺装层的横、纵坡顺适与否，是否出现严重裂缝（纵横裂缝、龟裂）、波浪、坑槽、防水层漏水、桥头跳车；有无磨光现象，有无脱皮露骨现象。（2）伸缩缝有无堵塞﹑挤死﹑失效，各构件是否完好，锚固连接是否牢固，有无局部破损，密封橡胶有无老化﹑开裂，伸缩缝有无不正常的响声及异常的伸缩量，伸缩缝各基本单元间隙是否均匀，钢构件是否变形﹑锈蚀，伸缩缝不平整，出现跳车等现象。检查伸缩缝两侧阻水效果，有无雨水从伸缩缝处沿横桥向泄漏、污染桥梁。（3）人行道、护栏、栏杆是否撞坏、错位、断裂、缺件、锈蚀等情况。（4）桥梁路面是否存在积水，排水管能否保持畅通；桥头处排水沟功能要保持正常，锥坡位置有无塌陷、冲刷和侵蚀。（5）桥面一些交通信号标志、标线和照明设施有无损坏、失效的现象，能否满足交通的需要。3.4特殊检测3.4.1混泥土强度测试（1）检测部位对混凝土和预应力混凝土桥梁结构的各主要受力部件或部位，如主梁、桥塔、墩台身、帽梁等进行材料强度检验。（2）回弹法回弹法为一种将回弹值视为强度相关指标从而推算出混凝土强度的方法。对于投入使用桥梁结构或构件的混凝土，如果可测面只有一个时，像行车道板、板梁等，就可以利用回弹法量测其混凝土的强度。回弹值一般用回弹仪测定，另一种超声回弹法主要将参照我国相应的行业标准《回[20]弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T23－2001）执行。通过混凝土检测强度的位置，现场的碳化深度测试也定在这个位置。检测混凝土地碳化深度一般采用75％浓度酒精溶液和1～2％浓度酚酞溶剂，使用步骤是先将其喷散于混凝土结构物新鲜破损面，然后根据指示剂发生颜色变化，判断混凝土碳化的深度，测量精度取至毫米级。在进行构件砼碳化深度检测时，由于需将混凝土表面凿开，露出新鲜破损面后才能滴入配好的化学试剂测试，所以凿孔时在保证检测精度的条件下必需尽量减少对构件产生的破损面。20 第三章检测措施研究（3）测区的选择及注意事项本次混凝土强度检测采用示值系统为指针直读式的混凝土回弹仪，抽检基数不得必要时可用砂轮清除疏松层和杂物且不应有残留的粉末或碎屑；7）对弹击时产生颤动的薄壁小型构件应进行固定，在全面普查的基础上，对主梁和桥墩的混凝土强度和碳化深度进行抽检。3.4.2碳化深度测试（1）回弹值测量完毕后，应在有关键性的位置上测量碳化深度值；测点数必须超过构件测区数30%或以上，取其平均数值为该构件每测区的碳化深度值，当碳化深度值极差超过2.0mm时，必须在每个测区测量碳化深度值。（2）碳化深度值测量时可使用恰当的工具于测区表面转出直径约1.5cm的孔洞，其深度应该大于混凝土的碳化深度，孔洞中的碎屑和粉末应处理干净但不能用水擦洗；同时应采用浓度约为1%酚酞酒精溶液滴于孔洞内壁得边缘处，当已碳化与未碳化界线清楚显现时，再用深度测量工具测量已碳化与未碳化混凝土之间交界面到混凝土[2]表面垂直距离，测量不应少于3次并取其平均值每次读数精确于0.5mm。3.4.3测量裂缝的深度和宽度（1）裂缝宽度检测测试仪器：智能裂缝观测仪；测试内容：桥梁结构表面裂缝；21 长安大学硕士学位论文测试方法：智能裂缝测宽仪，用探头对准裂缝，经过光学放大将裂缝显示在显示屏上，从而测读出裂缝的宽度；裂缝测读卡：当裂缝宽度较大时，用测读卡紧贴c，通过刻度读数，量测裂缝的宽度。裂缝检测裂缝长度量测量测裂缝宽度(裂缝宽度观测仪、裂缝测读卡)裂缝成因现场分析数据输入绘制裂缝展示图图3.2裂缝检查流程图图3.3裂缝宽度观测仪（2）裂缝形态检测测试工具：卷尺、直尺以及数码相机等；测试内容：结构裂缝(网状裂缝)的长度、位置及分布形状等一些几何参数；测试方法：卷尺测试裂缝的转折点、起止点位置得到裂缝的长度、走向，并可绘制裂缝展示图。3.4.4钢筋位置及保护层厚度测试混凝土结构保护层厚度的调查主要是混凝土保护层厚度的测量。（1）检测部位22 第三章检测措施研究每次混凝土结构钢筋分布状况检验的范围主要包含承重构件或承重构件的主要承力部位，抑或是电位测试钢筋锈蚀结果来确定可能钢筋锈蚀的活化部位，或者是通过结构检算以及其它检测项目需要的部位。（2）检测方法与步骤测试前首先对有关图纸资料进行了解，对钢筋的种类、直径进行确定，此外，保护层的厚度测读：把传感器放置在钢筋位置正上方的混凝土表面，缓慢地左右移动，一般将保护层厚度定为此过程中仪器出现的最小值。在实际测量过程中，钢筋质地、布筋情况、数量以及混凝土种类通常都是不知的，为了保证保护层厚度测试准确，实际测量时可采用标准垫块对其修正处理。（3）检测措施钢筋保护层检测仪器采用电磁感应法，即仪器在混凝土构件的表面向里面射入电磁波，形成电磁场，混凝土的内部钢筋切割磁感线产生感应电磁场，由于感应电磁场的强度、空间梯度变化和钢筋位直径、位置和保护层厚度等有关，所以，通过测量感应电磁场的梯度变化并通过处理分析，就能得到钢筋位置、钢筋直径和保护层厚度等参数。图3.4钢筋定位保护层厚度测试仪检测过程中注意以下两点：1）现场检测时，对于检测时扫描仪探头移动速度要特别注意，速度控制在20cm/s左右，这才能保证钢筋得到均匀测试；当检测到钢筋时，应用粉笔标记钢筋的间距来验证并复核所检测到的钢筋位置正确与否，倘若不是应对构件钢筋重新扫描定位。2）在进行现场检测前，要对图纸认真研究分析，对检测部位确定是否合理，尤其是每个构件钢筋的布置情况，尽量避开两个构件连接处或钢筋接头处，因为钢筋的复杂分布不利于实际数据地获取，影响检测的真实性。23 长安大学硕士学位论文3.4.5钢筋锈蚀度测试24 第三章检测措施研究二、电化学检测方法1.半电池电位法混凝土碳化会使得混凝土的PH值降低，当PH值小于11时，这时混凝土中钢筋表面的致密钝化膜就被破坏，不仅如此，CaSO3、CaSO4还会与水尼水化产物中的铝酸三钙反应，生成物体积增大，从而使混凝土胀裂，这就是硫酸盐侵蚀破坏；一旦钢筋表面钝化膜局部破坏或变得致密度差，即不完整，则钝化膜处就会形成阳极，而周围钝化膜完好的部位构成阴极，从而形成了若干个微电池。半电池电位法是利用混凝土中钢筋锈蚀的电化学反应引发的电位变化测定钢筋锈蚀状态电化学方法；根据测定钢筋、混凝土半电池电极与在混凝土表面的铜、硫酸铜参考电极之间电位差的大小，来评定混凝土中锈蚀、活化程度。表3.1混凝土结构中钢筋锈蚀电位判定标准表评价标定值电位取值（mV）钢筋状态10～-200最低锈蚀或者不存在锈蚀2-200～-300存在锈蚀但锈蚀程度不确定3-300～-400锈蚀程度较强，锈蚀面积超过9成4-400～-500存在严重锈蚀现象5＜-500已有锈蚀开裂区域3.电阻率检测法混凝土的电阻率和导电性相关。混凝土电阻率大，则钢筋发生锈蚀，其发展速度变缓，扩散较弱；混凝土电阻率小，则锈蚀的发展速度快，而扩散较强。混凝土电阻率可采用四电极阻抗测量法测定，即在混凝土表面等间距接触四支电极，两外侧电极为电流电极，两内侧电极为电压电极，通过检测两电压电极间的混凝土阻抗获得混凝土电阻率ρ。25 长安大学硕士学位论文ρ=2πdV/I式中：V—电压电极间所测电压；I—电流电极通过的电流；d—电极间距。表3.2混凝土电阻率评定标准表电阻率（Ω·cm）钢筋发生锈蚀可能的锈蚀速率评定标度值＞20000很慢115000～20000慢210000～15000一般35000～10000快4＜5000很快53.5荷载试验3.5.1试验加载原则通过试验加载，测试桥梁主体结构加固后控制截面控制应力、挠度等指标，以达到以下目的：1、检验桥梁主体结构加固后的承载能力是否满足设计要求；2、了解桥梁结构加固后在正常使用荷载作用下的实际工作状态，为桥梁运营、养护和管理提供依据；3、为同类桥梁积累科学资料。3.5.2荷载试验测点布置和试验加载设计一、静载试验内容静载试验的进行十分复杂，开始前要做好十足的准备，准备工作直接决定试验的成败，关系到试验的效果能否达到预定目标。这一阶段的主要工作内容包括：研究收集试验桥相关的技术文件，考察桥梁所处的环境条件，制定相对应的试验程序、方案，安排合理的施工组织和人员分配，以及组配及标定仪器，所需的器材筹备等。(1)依据桥梁结构相关技术资料，确定结构材料特性和截面几何特性参数，利用桥梁结构有限元分析软件建立结构平面梁单元模型和空间模型，对桥梁结构分别进行弹性阶段平面杆系和空间分析，并对其进行试验理论计算分析。(2)根据桥梁结构受力及构造特点并结合外观检查结果、业主要求、施工质量等因26 第三章检测措施研究素，选取桥梁具有代表性桥跨作为试验跨。对试验跨各控制截面进行应力(应变)、挠度等测试。(3)静载试验测试项目①加载前全桥成桥状态下上部结构线形的测量，即沿桥长轴线方向的桥梁上部结构竖向线形测量；②竖向荷载作用下桥梁控制截面处混凝土表面的应力测试。③竖向荷载作用下桥梁控制截面处挠度测试；④在试验荷载作用下支点的沉降测试；⑤竖向荷载作用下桥梁控制截面腹板主拉应力测试；⑥控制截面主梁混凝土的实际应变分布图形（如沿主梁高度方向分布的应变）。二、动载试验动载试验通常用于整体了解结构自振特性、结构抵抗外界受迫振动以及突发荷载作用的能力，用于判断结构的工作实际状态；同时有利于运营阶段结构评估所需原始数据。桥梁动载试验通常包括行车试验、脉动试验、制动试验和跳车试验等，将桥梁拟作一个整体结构，测量在移动荷载作用下结构的自振特性和受迫振动特性，从而评价结构的实际现有工作状态；动载实验主要包括以下内容：（1）脉动试验不在桥面施加任何移动荷载，并且保证其附近不存在其他振动条件下，通过高灵敏度动力测试系统来测附近的地脉动、风荷载、水流冲刷等偶然荷载作用而使得桥梁自身的振动微幅响应，也就是测定结构自振频率、波型和阻尼比等动力值。（2）无障碍行车试验将桥面的障碍清空不允许外界车辆经过，按照规范要求的两辆载重380kN的重车对称排列在桥面，分别以10km/h、20km/h、30km/h、40km/h和50km/h的速度驶过桥跨结构，测定行车荷载作用下桥跨结构的动力特征值。（3）制动试验采用两辆载重汽车（单车重约380kN）以30km/h的速度在测试截面处（中跨l/4、l/2截面）紧急制动，测试桥梁的振动响应。（4）有障碍行车试验采用一辆载重汽车（单车重约380kN）以10~20km/h的速度，行驶通过位于测试截面位置（中跨l/2截面）的弓形障碍物，测定桥跨结构在桥面不良状态时行车车辆荷27 长安大学硕士学位论文载作用下的动应变等动力反应。弓形障碍物如图2.5所示。图3.5弓形障碍物横断面示意图（单位：cm）三、跳车试验采用一辆载重汽车（单车重约380kN），后轮置于事先摆放在测试截面位置（中跨l/2截面）的跳块上，从跳块上突然跳车，测定桥跨结构在跳车荷载作用下的动应变等动力反应跳块如图2.6所示。图3.6跳车三角木结构示意图（单位：cm）四、检测成果提交形式桥梁试验检测与评定完成后，按照业主要求提交桥梁检测报告，报告主要内容如下：1）工程概况、检测目的、要求及依据等；2）检测进展情况，涵盖检测对象确定、荷载试验、检测方法以及相关的一些测试器材、仪器等布置使用情况3）对桥梁进行外观检查得到的结构状况：对检查部位健康状况进行详细描述，有问题的需要指出具体位置以及详细的维修加固意见。4）数据结果分析，通过函数曲线形式对其变化进行分析；5）对检测成果的分析和评定，包括实测值与理论值或标准规定值的比较等；6）关于结构技术状况和承载能力等进行评定；7）检测结论：是否有质量缺陷、何种缺陷及加固改造建议等；8）试验和报告的日期，主持和参加单位及人员名称，主持人签名；9）附录：根据桥梁实际状况和按试验荷载进行校核计算的资料，试验数据的汇总图表，试验现场和结构检查的照片等。28 第四章加固施工方法研究第四章加固施工方法研究4.1墩台的沉陷和损坏继续滑移。修理加固的方法是:(l)桥台台身发生断裂可以使用钢筋硅、碳纤维等套箍，对其进行修复加固。套箍范围和尺寸通常根据台身损坏程度而定，大部分尺寸取30到50cm厚度之间。(2)台身背后设置挡土墙：这种设置一般为了防止台后土压力对桥台造成偏移，先是在台后打入桩基，其数量和尺寸一般根据后方的填土水平推压力以及具体的土质环境而定，之后再在基桩上建起承台，承台完工后在上面建挡土墙，为了满足受力环境可以在后面布置部分拉桩，或在其后一定距离设置锚旋板，然后用粗钢筋作拉杆拉住挡土墙。因为挡土墙的作用，原来施加在桥台上的土压力得到释放，水平推力减少到可许范围，桥台则不会发生推移现象(如图4.1右)。(3)如果是一些小桥，两个桥台之间距离不大，就可以在桥台下面设置钢筋混凝土支撑梁(如图4.1左)。29 长安大学硕士学位论文图4.1增设钢筋砼支撑梁桥墩发生沉陷和损坏时，会使桥面不平整，若为超静定结构，则将引起很大的内力。首先得制止桥墩的继续下沉，修复其损坏部分，再针对上部结构的类型进行修整加固，使之恢复到原受力状况。制止沉陷，一般均采用加设桩基的方法。不论原基础是刚性扩大基础还是桩基础，均可在其四周加设基桩，再在新基桩上设置新承台，与原扩大基础或原承台连成一体。一般来说，通过这样的加固后，桥墩不会再出现明显的沉降。至于墩身部分的修复，则需视损坏状况的不同而采用不同的方法，见本文4.4。4.2墩台基础被冲刷挖空的方法：(l)对于那些河床相对稳定，只在墩台周围存在冲刷现象的，这种范围一般不大，可以采取平面防护和立面防护。平面防护通常只是在表面加入防护，在桥墩冲刷面加入片石、块石填铺，可以一定程度减少洪水的冲刷作用。填铺的范围通常在存在冲刷现象周围的50—100cm。如果河床的形式主要以卵石为主，则采用钢筋或铅丝制成石笼。将周围卵石固定其中，并连接成整体。同样可以采用钢筋混凝土预制块放入冲刷位置，形成防护减少河流冲刷；在预30 第四章加固施工方法研究制时预制块的四周需要露出部分钢筋接头，用于铺砌焊接接头，焊接后用砂浆填满接缝。立面防护需要在墩台基础周围一圈打入护桩，建立一个外围的防冲刷的结构体系。防护桩要比水流冲刷最大深度更深才能达到效果；另一种方法就是采用板桩围堰，围堰和墩身之间填满卵石，面层可以用浆砌片石铺层。这种防护方式主要用于桥梁基础局部冲刷过深，河床变动使桩基础产生偏向荷载等。(2)河床不稳定，墩台基础埋置较浅，冲刷范围较大的，为了防护基础通常采用在桥孔下铺装块状片石以减少冲刷。在铺筑块状片石砌层时，应该铺砌得稍微低些，这样可以增加桥下空间，利于排水和渡船；同时应将桥孔下杂物清理干净，能使经过的水流更加平稳，减少水流冲刷和局部冲刷。(3)若桥位处桥孔压缩河床过大，造成水流冲刷或局部冲刷过大，此时，除使用上述块片石砌层方法外，也可以在桥墩上游一侧设置导流堤坝或调治构造物，从而引导水流从桥孔内平稳地通过。4.3墩台表面发生裂缝修补时，要多方面考虑因素，以免承受二次损害。图4.2裂缝注浆图4.3裂缝植筋31 长安大学硕士学位论文4.4墩台承载能力不够提高桥梁的整体承载能力，如果只加固上部结构是不够的，桥梁每个部位都是联合受力，墩台结构承载力不足，同样影响整体的荷载标准，所以墩台承载能力同样重要。整体，一起承受上部荷载。4.4.1扩大基础加固法桥梁基础扩大底面积的加固方法，统称为扩大基础加固法，此法通常用于基础承载力不足抑或是埋置太浅，并且墩台采用砖石或混凝土刚性实体基础时的情况；当结构物基础出现过大不均匀地沉降，、地基土质坚实度满足相应条件，此时便可采用扩大基础法实施加固。但对于扩大部分基础底部的地基土质松软的情况，就不能采用继续扩大基础法对基础进行加固处理，此时可以采用在基础下打入一定的桩基以提高基础持力作用，而桩的数量根据实际基础沉降值而定。用于刚性实体式基础，为了加大其承载能力，扩大受力面积，通常在周围增加混凝土或砌石，具体结构如下：墩身台身结合部分加深加宽新基础原有基础原有基础a）桥墩基础b）桥台基础图4.4墩台扩大基础加固法墩台扩大基础加固的施工顺序如下：（1）首先在需要加宽的区域板桩围堰，如果周围的土质条件有限，可以做相应的加固。（2）在堰内把水抽干。（3）对围堰以内的土壤，挖至所需深度（要保护墩台的安全）。（4）很据设计要求，为了使加宽部分与原墩台紧密连接，在其侧面凿孔植入钢筋。（5）立模板，浇筑混凝土并养生达到设计强度。32 第四章加固施工方法研究扩大墩台基础加固主要注意新老基础要结合牢固，不能存在连接不紧密，并且能使加固后的扩大基础能与原基础共同持力；其具体操作如下：（1）将旧墩基础侧面混凝土凿毛，之后再重新注入混凝土；（2）如果原墩台身是浆砌片石砌体，那么可将原墩身在于新砌体相互接触的一面的砌石拆除部分，之后再砌新砌石，让新旧砌体成齿轮状交接，相互咬码；（3）所处环境允许的话还可以制作钢筋混凝土箍把两部分箍紧。特别在新旧结合处设立加强钢筋，从而保证结合处不会发生开裂。（4）对于拱桥，可在桥台基础两边设置钢筋混凝土实体耳墙；并用钢销将原桥台与耳墙联结起来，使桥台基础面积得以增大，从而使桥台承载力提高；加固后原桥台与耳墙联结成整体，这样一来，整个基础竖向承压能力提高，同时由于耳墙的存在，抵抗水平推力的摩阻力也增加。4.4.2增补桩基加固法当地基承载力不足，为提高地基承载力，对桩式基础可增加基桩（打入桩或钻孔桩）并增大原承台，将墩台压力分担部分至新的桩基；在桩式基础的周围新增钻孔桩或者打入钢筋混凝土预制桩以扩大原承台，将承台与桩顶连接形成整体，从而提高基础的承载力，使基础稳定性提高，这就是增补桩基加固法（见图4.5）。这种加固方法的优势就在于减少了筑坝抽水的水下施工工作，节省了加固工作成本。但不利的是需要开凿桥面并搭设打桩架，可能会影响水、陆上交通。原承台立柱新承台新接承台原桩新加钻孔桩原桩基新加打入桩a）增补打入桩b）增补钻孔灌注桩图4.5增补桩基加固法1、填补桩基的加固方法可用于下列情形：①桥梁采用桩基础，拓宽改造项目，将桩的数量增加，从而扩大承台体积，提高33 长安大学硕士学位论文基础承载力。②桥梁墩台基底下土质松软，墩台发生沉陷，桩的深度不能满足持力要求；③由于水蚀、风蚀或冲刷等外界原因，使桩基外露、发生倾斜时。对架桩式单排桥墩采用打入钻孔灌注桩的加固法，如原有的桩间距过大（4～5倍桩径），此时可以考虑桩间插桩的形式，如原有的桩间距较小且有通航要求的范围时，可以在排架的两侧打入桩基，形成三排式墩柱基础。2、力学特性：桥梁所承受的外界荷载和自身荷载最后都是由桩基传递给地基持力层，一般荷载分为两部分：水平荷载与竖向荷载；竖向荷载一般由桩基底部地基的竖直反力和侧面的土层摩阻力承受，水平荷载则是桩的水平抗力承受；不同的岩层其物理特性也是不同的，所以桩的受力特点也是有区别的。从桩的受力上分析，增补桩基加固法中常采用摩擦桩和柱桩两种桩基形式。摩擦桩主要依靠桩侧土的摩阻力支承垂直荷载，桩底土层抵抗力也支承部分垂直荷载。摩擦桩在设计范围内总是桩周摩阻力首先充分发挥作用，而这时桩尖阻力仅占很小的一部分。桩侧极限摩阻力的大小不仅与桩侧土层和成桩工艺有关，而且与桩的入土深度有关。当桩的入土深度超过一定深度后，侧阻不再随深度增加而增大，呈现临界深度，临界极限摩阻力大约在25m深度处发生。柱桩是指桩的底端直接与基岩层连接，传递竖直荷载，这种桩基沉降变化不明显，与周围土层摩擦力也很小。3、注意事项：（1）钻孔桩设计直径（即钻头直径）不宜小于80cm。（2）混凝土等级，对于钻孔桩不低于C15，水下混凝土不应低于C20；对于打入桩不低于C25。（3）钢筋混凝土沉桩的桩身配筋应按运输、沉入和使用各阶段内力要求通长配筋。桩的两端或接桩区箍紧或螺旋筋的间距需加密。（4）加桩与原桩可采用对称布置。（5）采用摩擦桩时，钻孔灌注桩中距不得小于成孔直径的2.5倍，打入桩在桩尖处的中距不得小于桩径（或边长）的3.4倍，而且承台底面处中心距离至少为桩径（或边长）的1.5倍。（6）采用柱桩时，桩基中距不宜小于桩径（或边长）的2.0～2.5倍。（7）承台边缘到外侧桩的距离：如果直径（或边长）≤1m的基桩，则至少为0.534 第四章加固施工方法研究倍的桩径（或边长）并且不得＜0.25m；如果直径（或边长）＞1m的基桩，则至少为0.3倍的桩径（或边长）并且不得＜0.5m。4.4.3高压旋喷注浆法通常高压旋喷注浆，就是先使用钻机把仪器注浆管的喷嘴钻入土层下预定的位置，用均匀的速度向上旋转提升，操作同时伴随将水和浆液从喷嘴里高压射出，冲击土体使浆液附着，过程中高压流会切割、搅碎土壤，从而形成分散颗粒状，其中一部分被水和浆液带出钻孔外，剩余部分则与浆液混合搅拌，当钻孔中浆液凝固后，就能形成达到一定强度的固结体，此方法相当于对于地基进行了加固，并且具有抗渗能力，如下图所示：旋喷固结体旋喷固结体a）群桩基础b）承台基础图4.6旋喷注浆法示意图35 长安大学硕士学位论文高压旋喷注浆法一般用作淤泥及淤泥质粘土、粘性土、粉土、黄土、人工填土和碎石土等地基处理，但对那些直径较大的砾石，土中砾石含量大或含有大量纤维的植土，就必须根据现场实验来确定其适用程度。这种方法可以很好的增加地基强度，增加基础与土之间的摩擦力，特别适用于桥梁基础地下工程，其还有降低土含水量防止土层滑动以及洪水冲刷等对桥墩基础造成的危害。4.5施工现场管理对于旧桥的检测加固过程中，现场的施工管理也是关系工程质量好坏的关键因素，在进行检测加固施工前必须制定严格的工作计划，分布到对具体某座旧桥进行加固和改造时，既要根据其病害特征和外界环境等，采取相应有效的，甚至具备创造性的措施，而且也应该遵循规定的工作步骤进行工作；这些工作具体包括：①在经常养护桥梁后发现病害从而决定进行加固的过程。②对旧桥进行结构性检测和评定。④相应加固设计及编制工程预算。36 第四章加固施工方法研究⑤进行加固施工和施工后的鉴定验收。⑥固前、后必要时进行动、静载试验等等。4.5.1施工准备1．技术准备熟悉原桥的竣工图纸及加固设计图纸、查阅相关技术规范，掌握加固图纸相关技术要求及规范对本桥加固内容的相关技术要求。2.施工现场准备仔细查勘施工现场，根据加固施工设计图纸对照复核检查相关缺陷，确定现场施工总体布置（项目经理部的设置位置、库房搭设位置、工人住宿位置等）；确定施工方法及施工措施（墩柱纠偏措施、横梁外观缺陷处治措施、支座更换措施、自来水管拆除措施等）；组建项目管理机构。3．测量准备根据本桥缺陷处治要求，确定监控量测的方法、仪器设备的类型、数量及监控量测人员配置，并做好相关仪器设备的检校。4.实验准备根据本桥缺陷处治设计图纸及相关技术规范要求，罗列需试验检测的材料、项目，联系符合要求的试验检测机构，并进行相关试验检测（加固用胶体、支座试验检测、钢筋试验检测、混凝土配比等），认真将准备工作做好。5．设备和物资准备根据本桥加固施工设计图的工程数量，计算相应的施工主材，并列表报送公司物资部门进行采购，并运送至施工现场库房；根据确定的施工方案，并结合工期要求，列出本项目投入的机械设备类型及数量，报送公司机料部门，准备相应的机械设备，并组织运至施工现场，对于需要标定的设备，机料部分标定后再组织运送到施工现场；根据确定的施工方案，设计墩柱纠偏施工措施（反力架及操作平台）、支座更换措施（施工挂架）、横梁外观缺陷处治施工措施、横梁增大截面施工措施等，并技术出相应的措施材料投入数量，报送公司物资部门，由公司物资部组织运送至施工现场。6．劳务人员准备根据本项目缺陷处治施工类型、施工方法及本项目工期要求，确定技术工人类型及数量、并报送公司人劳部，由公司人劳部组织相应的施工人员进场。37 长安大学硕士学位论文4.5.2工期保证措施在所有施工准备就绪后，对于整个加固项目有一个工期目标，工期目标是项目的一个主要指标，为了保证项目的早日完成，本方将采取科学的管理方法和合理的资源配备，严格的规章制度，以求得资源的最大利用率，确保这一目标的实现。为了实现工期目标，在开工前会制定施工计划横道图，在加固施工期间应该严格按照计划横道图进行，现场要仔细核实，在加固工作实施期间，倘若没有发现按计划实行，务必及时停止并检查分析原因，马上进行补救或调整工作计划，使得整个项目的总体目标得以实现。做好对外协调工作，协调好各种关系，及时解决各类矛盾和问题，做到加固施工中不因外界干扰而贻误工期。图4.7施工计划横道图4.5.3质量保证措施（1）投入本项目工作的管理人员技术水平高、管理能力强、工作经验丰富，技术人员技术精、责任心强、吃苦耐劳，并且有一整套行之有效的管理体系和制度，使之成为一个目标一致、业务责任高、注重实效的专业团队；（2）所用仪器设备不仅性能良好，量程、精度符合要求，而且通过设备管理制度明确规定了量值溯源（计量检定）、使用、保养、维修的制度要求，规定了专门的设备管理人员和责任人，以确保设备始终处于良好的状态，确保数据的准确性；（3）建立以项目负责人为核心的质量保证体系，对工程检测实行全过程控制，保证质量目标的实现；（4）抓好质量教育，树立“质量第一”的思想，全面推行持证上岗作业制度。所有检38 第四章加固施工方法研究测人员必须经过操作岗位的技能培训，严格考核，不合格人员不得上岗作业；（5）正确处理好质量、进度和成本三者的关系，当三者发生矛盾时，必须首先服从质量，做到好中求多、求快、求省，始终把工程质量放在首位；（6）质量目标的管理必需贯彻整个项目实施过程，制定总体目标后将其细化分配到每一个部门或工作人员的实际工作中，对其实行全方位整体管理，要把“质量第一”的号召具体细化于检测工作中，做到不遗漏如实反映结构的健康状况。4.5.4安全保证措施（1）安全生产是最关键的工作，要做好相关的教育工作，让参与检测工作的人员必须树立安全第一位的观念，了解其必要性；建立全面完整的安全责任制度。（2）项目负责人和安全负责人必须定期组织全面的安全检查。安全检查由安全负责人亲自牵头，并积极配合安全技术部门进行专项和重点检查。（3）严格执行相关的现行安全规程及操作规程的具体规定，全体施工人员应严格按照招标文件中安全生产合同的要求执行，认真学习有关安全文件，认真贯彻“安全第一、预防为主”的方针，强化安全生产责任制，加强加固现场的安全管理，实行联防联控、群管群治，安全加固施工管理体制，确保安全施工。4.5.5其他注意事项在进行加固施工过程中，除了按照规定的做好质量、安全和工期保证以外，具体的细节还有很多，在整个加固施工过程中对于周围环境保护也是至关重要，在现场施工开始就要从主观上考虑环境保护问题，通过加固过程中的努力，达到避免引起环境破坏、污染进而保护环境的目的；此外，对于现场交通的保障也要做好，对于封闭交通的工程要严格按照工期进行，避免延长交通封锁时间，未封闭交通的，要注意严格按照安全规章进行加固施工，避免交通事故发生。39 长安大学硕士学位论文第五章加固工程实例5.1工程简介赵家沱大桥为主孔3孔125米、两边跨75.4米的钢管混凝土组合体系的连续刚构桥，引桥由25m的预应力混凝土空心板梁，桥跨布置从下十字岸到上十字岸为4×25m简支空心板+（75.4+3×125+75.4米）连续刚构+3×25m简支空心板，全桥长为700.8米。由于检测发现赵家沱大桥存在较多病害，经检测，发现H匝道H2号墩，G匝道G7、G9、G10号墩均出现环状和竖向裂缝，H匝道H1、H2、H4、H5号墩，G匝道G8、G10号墩支座发生偏移。各墩地面以上的竖直度均满足规范要求，混凝土强度满足设计要求。由于先施工H、G匝道桥的桩柱，后施工F匝道的填方路基，路基填土高达22米，且H匝道H1~H14号墩和G匝道G7~G10号墩位于路基填土半坡上，所以后期填土及软基对桥墩影响较大，土体产生的侧向挤压力使桥墩发生偏位、开裂和支座移位等病害。5.2加固方案本桥依据检测的情况作出如下加固方案。1)H匝道桥墩采用双排桩加固。2)G匝道桥墩采用单排桩加固。3)F匝道外侧边坡采用反压护道填土，平衡路基后续沉降产生的侧向土压力。4)F匝道外侧边坡增设锚杆，稳定边坡。5)增设反压护道下面的碎石桩，稳定反压护道。5.3加固计算5.3.1荷载系数计算1.二期恒载计算计算中所取用的二期恒载数值由以下几个部分组成：1)桥面铺装（C40水泥混凝土铺装、防水层和沥青混凝土铺装）全桥桥面铺装工程数量表按全长平均分配得到荷载：N1=37.5kN/m2)防撞护栏荷载：N2=17.7kN/m40 第五章加固工程实例则二期恒载总共为：N=∑N=55.2kN/mi2.公路-I级活载系数的计算车行道均布置2个车道：[1]依据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）4.3.1条：车道横向折减系数：K2=1.0[1]依据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）4.3.2条：汽车荷载冲击系数按下列公式进行计算：当f<1.5Hz时，μ=0.05当1.5Hz≤f≤14Hz时，μ=0.1767lnf-0.0157当f>1.5Hz时，μ=0.45其中f为结构基频(Hz),可按下列公式进行计算：当结构为连续梁桥时：13.616EIcf《通规》（4-5）122πlmc23.651EIcf《通规》（4-6）122πlmc计算冲击力引起连续梁的剪力效应和正弯矩效应时，选用f；计算冲击力引起连续梁的1负弯矩效应时，选用f。2结构的自振基频(Hz)f=9.2913.土压力表格5-1：土层参数γ（kN/m3）C（kN/m2）φ主动土压力系数被动土压力系数素填土190250.412.46高液限黏土18.066.64.30.861.16低液限黏土19.2628.814.10.611.64（表格错误!未找到引用源。参数取自施工图设计工程地质勘察报告》）41 长安大学硕士学位论文表格5-2：各墩土压力编号土层名称土层厚度(m)土层埋深(m)主动土压力(kN/m2)被动土压力(kN/m2)0092.940.00素填土7#1111177.77514.96011221.48417.49墩黏土9.520.5332.76718.320092.940.00素填土8#1111177.77514.96011221.48417.49墩黏土9.320.3330.42711.980092.940.00G素填土9#1111177.77514.96匝011221.48417.49墩黏土819315.19670.82道0092.940.0010素填土1111177.77514.96#011221.48417.49黏土墩7.518.5309.33654.980092.940.00素填土1#1111177.77514.96011287.12330.14墩黏土12.523.5456.07652.170092.940.00素填土2#1111177.77514.96H墩011287.12330.14黏土11.522.5442.55626.41匝0092.940.00素填土道3#1111177.77514.96011287.12330.14墩黏土9.520.5415.52574.890092.940.00素填土4#1111177.77514.96011287.12330.14墩黏土6.517.5374.97497.605.3.2建模计算在结构分析过程中主梁采用单梁结构进行模拟，全桥墩柱、桩、承台、系梁、盖梁等构件均采用梁单元进行模拟，全桥模型加固前共划分为561个单元，共有566个节点，将作用在桥墩上的土压力考虑成土弹簧效果，模拟加固前桥梁所处的条件，具体情况如下所示：42 第五章加固工程实例图5.1桥梁加固前模型桥模型各桥墩和加固墩墩底均约束竖向位移，土层（包括填土）以下考虑土弹簧作用。上部结构和下部结构采用弹性连接与刚性连接共同模拟，具体边界条件如图5.2所示，土弹簧如图所示。图5.2：桥墩边界条件布置图43 长安大学硕士学位论文图5.3：桥墩土弹簧布置图在作用土压力于桥墩上后，桥墩发生偏转位移，上部主梁发生滑移，通过计算，在土压力作用下，桥墩墩顶最大位移超过6mm，如下表所示：表5-3桥墩受土压力作用下的反力墩编号DX(mm)DY(mm)DZ(mm)总位移(mm)支座6号墩(右)3.19-0.55-1.303.49板式橡胶支座6号墩(左)3.54-0.65-1.333.84板式橡胶支座7号墩（右）0.69-0.21-2.182.29单向活动支座7号墩（左）0.55-0.19-2.582.64双向活动支座8号墩（右）0.06-0.05-2.352.35固定支座8号墩（左）0.150.00-2.782.79单向活动支座9号墩（右）-1.46-0.46-2.202.68板式橡胶支座9号墩（左）-1.36-0.55-2.232.67板式橡胶支座10号墩（右）-1.481.57-2.403.23单向活动支座10号墩（左）-1.111.21-2.833.27双向活动支座11号墩（右）-4.512.90-2.645.98固定支座11号墩（左）-4.562.92-2.786.09单向活动支座12号墩（右）-3.934.10-1.755.94板式橡胶支座12号墩（左）-4.004.18-1.746.04板式橡胶支座将受影响发生变形通过软件放大倍数后得到下图：44 第五章加固工程实例图5.4加固前模型土压力荷载下变形桥墩在受到外界荷载（土侧压力）后，发生位移变形情况，其内部应力与正常情况下相比出现变化，由于桥墩和主梁之间存在联系，当桥墩状态发生变化时，同时也会影响主梁，产生局部应力，如下图所示：图5.5主梁在桥墩基础整体滑动后主梁最大组合应力图图5.6主梁桥墩在基础整体滑动后的最大组合应力图45 长安大学硕士学位论文从计算结果可知，桥墩在受到土压力发生偏移量达到6.09mm，产生压应力1.45MPa和拉应力1.88MPa。主梁受支座约束，在偏移的情况下已经产生0.46MPa的压应力和0.62MPa的拉应力，从主梁受力角度建议更换支座、复位主梁和纠偏桥墩，释放墩梁因偏位产生的应力；桥墩在基础整体滑动的情况下在墩身产生的较大的额外拉应力，应该说对将来桥梁的运营是非常不利的。5.4加固施工5.4.1施工平台搭建1.施工作业平台措施搭设本项目工程设及到两项不同的作业平台措施，横梁下支座更换与墩柱纠偏作业平台和横梁上支座更换与横梁修补加固作业平台。2.横梁下支座更换与墩柱纠偏作业平台横梁下支座更换与墩柱纠偏作业平台，使用型钢加工的挂架固定在盖梁的前后两侧面，底面铺设4cm厚的松木板的方式搭设。型钢挂架使用我公司的专利产品，受力计算书附后。搭设示意图如下：图5.7横梁下支座更换与纠偏作业平台示意图型钢挂架的搭设：纵桥向对称各挂一片为一副，纵向两片挂架之间用对拉杆的形46 第五章加固工程实例式进行对拉刚性连接（或在盖梁顶部竖向安装膨胀螺栓），横桥向间距1.5至1.8m均匀布置18副挂架；横向挂架之间使用长3m，厚4cm的松木板2排并排安装，用12号铁丝将木板绑扎在每片挂架框内。3.横梁上支座更换与横梁修补加固作业平台横梁上支座更换与横梁修补加固作业平台搭设：首先在盖梁顶面横桥向布置18根型钢（工字钢和双槽钢搭配使用）铺设支架底板，每根型钢均锚固于盖梁上，在型钢上架设扣件式钢管架。整个作业平台措施如下图：图5.8钢管支架平台示意图搭设平台使用的型钢为2根10号槽钢对口焊接成一根方形钢或16号工字钢，主要支撑施工荷载。型钢长度为4.5m，在底梁中心线两侧70cm处采用植筋锚栓锚固于盖梁上，在底梁以上部位使用扣件式钢管架搭设三层平台，构架于横梁前后两侧面。每层平台底板铺设3排竹跳板，每块竹跳板均用14号铁丝绑扎于钢管上。该作业平台选用的型钢经过最不利荷载验算是安全的（计算书附后）。5.4.2墩柱纠偏1.纠偏方案设计47 长安大学硕士学位论文桥梁运营过程中，由于支座丧失正常的滑动功能，在温度力以及动荷载等的作用下，桥墩受到水平方向的推力，且总体表现为方向恒定，致使桥墩出现单向偏斜。根据桥墩偏斜的原因，设计纠偏复位总体思路为：分析端横梁和上部结构不会因为较小水平推力而发生水平位移的情况下，在墩柱和端横梁之间施加一水平推力，使墩柱复位。墩柱纠偏复位需要先对端横梁、上部结构及桥面系竖向顶升，然后制造新的水平滑动面，最后进行水平顶升复位。需要计算竖向顶升力和水平顶升力，同时考虑选择及布置千斤顶。（1）竖向荷载计算以4#墩为例计算，其中钢筋混凝土密度按2.6吨/立方米，沥青混凝土按2.3吨/立方米。竖向顶升端横梁、上部结构及桥面系，千斤顶需要承担的总荷载为2311吨，详细如下：①端横梁自重（加固后）约547.5吨；②1/2跨空心板（单板25米长、1.5米宽，含桥面铺装及人行道）自重约442.5吨；③1/2跨主桥边跨（75.4米，含桥面铺装及人行道）自重约1201吨；④活动荷载（1/2跨引桥和1/2跨主桥边跨）估计约120吨。（2）竖向顶升千斤顶布置及受力计算端横梁与盖梁之间有9个支座，8个可以安装千斤顶的空间，计划中间6个空间里各布置2台，左右最边一个空间里各布置3台，共布置18台200吨千斤顶，则每台千斤顶承担的荷载为128.4吨，千斤顶的输出功率为64.2%，可行。（3）水平顶升荷载计算根据相关资料资料结合经验数据，新制造的滑动面摩察系数取值0.03，由于竖向荷载为2311吨，则需要克服的摩擦力为69.33吨。（4）水平顶升千斤顶的布置及受力计算选取10吨的千斤顶，共需10台。布置方式为：中间6个空间每个布置一台，两边每个空间布置2台。2.纠偏复位方案首先对4#墩端横梁连同上部结构一起同步顶升，拆除损坏的支座，重新制造、安装新的支撑和水平滑动面，落梁；其次在4#墩端横梁和盖梁之间设置反力架，安装水平同步顶升千斤顶，顶升复位。3.顶推系统布置48 第五章加固工程实例本方案中计划使用千斤顶施加水平推力来克服摩擦力，同时推力应越小越好。同时顶推过程中，为了使梁体同步协调滑移，必须使用同步顶升对梁体均衡顶推。将桥梁墩柱纠偏复位，使桥梁上部结构与墩柱暂时脱离，安装反力架于盖梁下端，用千斤顶顶升安装的反力架和端横梁从而对其进行纠偏复位。操作示意图如下：图5.9反力架及水平顶升千斤顶安装侧面示意图根据方案，由于推力的作用点都是在桥梁构件上，为了既避免对混凝土构件产生破坏，又能选用合适的设备完成维修工作，故反力架及其锚固系统和横隔板的受力均经过精确的计算（计算书附后）。3.纠偏步骤1）安装竖向千斤顶，竖向顶升端横梁、上部结构及桥面系（1）千斤顶布置如下图。49 长安大学硕士学位论文图5.10顶推部位示意图（2）竖向顶升梁体，实际顶升量以能够顺利取出支座上钢板为宜，但为了保证桥梁其他结构的安全必须控制总顶升量不得超过2cm。2）制造新的滑动面取出支座上钢板，用钢板、不锈钢板、四氟滑板制造新的滑动面，在滑动面涂抹足够的硅脂油以减小摩擦系数。量测新的滑动面是否处于水平状态，如未处在水平状态，则通过调整钢板或支座底面使之达到水平状态。落下梁体。3）安装反力架及水平千斤顶。如图横桥向布置10个10吨水平千斤顶，在千斤顶与梁体接触面用钢板垫塞，以增大梁体的受力点。4）布置监测措施墩柱纠偏复位过程中需要对伸缩缝缝宽、盖梁与端横梁之间的相对滑移量以及墩柱垂直度进行监测，具体措施为：（1）伸缩缝监测措施。在纠偏墩顶伸缩缝以及相邻的两道伸缩缝处粘贴标尺，量测伸缩缝缝宽的变化情况。（2）端横梁与盖梁相对滑移量监测措施。在端横梁和盖梁之间粘贴标尺及指针，指针与标尺呈十字交叉，产生相对滑移时，可以准确读取相对滑移量。（3）墩柱垂直度监测措施。在桥下墩柱的法线方向用全站仪监测墩柱垂直度。5）纠偏复位（1）水平千斤顶预顶推，调节油泵油门，使每个千斤顶的顶芯刚好受力时，立即停止供油。检查所有设备情况是否正常，检查所有受力部位有无异常情况。如有异常情50 第五章加固工程实例况，应进行处理。如无异常情况，进行下一步工作。（2）水平顶推，根据需要纠偏量的估计值（17cm）分成5级顶推，前三次每级顶推4cm，第四次顶推3cm,第五次顶推2cm。完成5级顶推之后，稳住油泵油门10分钟。（3）复位。完成顶推稳压之后缓慢回油，并仔细观测墩柱是否有回弹现象。如有回弹现象，应准确记录回弹位移的量。如在顶推过程中有支座滑动面不水平的现象，应测出倾斜的角度，分析墩柱回弹的原因。如墩柱在顶推与回弹过程中，支座的滑动面保持在水平状态，则回弹是墩柱的弹性变形现象，回弹的止点为墩柱完工时的初始状态，此时可判断为墩柱已成功复位。（4）墩柱纠偏复位过程中，应在顶推前、顶推的每一次停顿期间和复位成功后分别进行一次监测数据收集，动态掌握所有观测点的变化情况，并准确记录，如发现异常，需及时查找原因，调整至正常后方可继续操作直至成功复位。5.4.3支座更换1）端横梁下支座更换。（1）预顶升地查出原因之后才可以正式顶升，不能在情况不清时仍将顶升工作继续。（2）正式顶升预顶升工作过程中完全不出现问题后，正式顶升工作才可进行，在进行此项工作时时必须严格把控顶升的压力以及位移，两个相邻千斤顶之间不能超过2mm的位移差，而顶升的最大高度不能超过2cm，在整个顶升施工过程中同样需要进行系统检查。因千斤顶不能长时间持荷，在顶升至设计位置后，便可进行临时支撑的设置，在临时支撑采用加工好的厚钢板。临时支撑的设置位置紧邻千斤顶位置，并应适当加密。（3）更换支座取出旧支座→修整支座垫石→安装新支座→新支座固定。旧支座的取出，用氧焊切割的方式切掉支座上下锚固螺栓，再切除支座锚固螺栓的两只角，便可取出旧支座。取出旧支座时有可能对垫石顶面造成一定的损坏，新支座与51 长安大学硕士学位论文旧支座的总高度也有可能不同，因此需要对垫石的高程和表面平整度和水平度进行修整。垫石修整完毕后安装新的支座，新支座的安装要求单个支座顶面应处于水平状态，每个支座安装位置相对于垫石应相对居中，且整个盖梁顶的9个支座应在横桥向处于同一直线上。（4）落梁待支座安装完成后，同步落下梁体，落梁体过程中应缓慢进行，速度控制在2mm/min任何两个千斤顶之间的下落值不得大于2mm。落梁完成后如发现支座有脱空现象，应重新顶升梁体，采用环氧砂浆垫塞脱空部位且同时保证支座滑动面水平后方可落梁。5.4.4裂缝封闭（1）施工中所用的胶体符合设计的要求，使用时严格按产品说明书配制。（2）为了让混凝土的表面保持干净，用钢丝刷在其表面沿着裂缝走向刷出3到5厘米的清洁带；（3）将松动的沙粒和混凝土用工具（锤子、钢纤凿）剔除，以便露出坚实的表面；（4）用湿抹布清除凿开表面的灰尘，等其晾干，如果裂缝中潮湿，也要用烘干机烘干；有油渍的用丙酮去除。（5）处理完裂缝表面后，用小铲刀将树脂封闭胶抹到裂缝上，厚度为1mm左右，宽度为2～3cm，尽量在抹胶时不要产生气泡和小孔，使表面平整，确保完全封闭。5.4.5裂缝灌注对裂缝宽度在0.15mm及以上的，应采用恒定低压压注改性环氧化学浆液的方法，使之成为一体受力。1）裂缝表面清理为了让混凝土的表面保持干净，用钢丝刷在其表面沿着裂缝走向刷出3到5厘米的清洁带；将松动的沙粒和混凝土用工具（锤子、钢纤凿）剔除，以便露出坚实的表面；用湿抹布清除凿开表面的灰尘，等其晾干，如果裂缝中潮湿，也要用烘干机烘干；有油渍的用丙酮去除。2）粘结注浆嘴①注浆嘴布置原则根据裂纹的具体情况，布置灌浆嘴，其布设原则为3～4个/m，灌浆嘴设置在裂缝分岔处或交叉处，用胶粘剂将灌浆嘴密实牢固地固定在裂纹中心线上。注意在粘结灌浆嘴时不能堵塞灌浆孔。对于贯通缝，注入座和封闭口要分别分布到两侧，如果裂缝宽度52 第五章加固工程实例较大且内部通畅，可以将布置的密度提高到每米2个。②注浆嘴布置方法I.将调制好的封口胶搅拌均匀，用于将注浆嘴的注入座粘固在已经处理后的混凝土表面。II.注浆嘴布置在沿途方向上，间距在200到300mm之间，一般设置在裂缝分岔处、交叉点、较宽处以及两个端部。每条裂缝至少应该设置一个注浆嘴、出浆嘴和排气嘴。3）封闭裂缝[6]用改性环氧树脂胶封闭裂缝，每个封隔器压力检查连接和裂缝灌浆这之前泄漏的密封效果。泄漏需要进行时，有一定的强度密封胶接缝的测试。泄漏前沿裂纹涂肥皂水，通过封隔器压入空气，这里的空气泄漏，维修密封不漏至今。在密封完成后，让在固化过程中的自然固化密封化合物禁止与水接触；固化时间：20℃条件下约12小时、30℃[9]条件下约6小时。4）压力注浆①施工压力注浆时务必按照产品规定的温度条件下进行。②裂缝的灌胶顺序对于竖直走向的裂缝灌注一般是从下到上，水平走向的裂缝则可从一端到另一端。③进胶的速度小于每分钟0.1L时，继续灌入5分钟后停止注浆。④全部注满缝隙后根据规范要求养护，等灌缝胶溶液固化后，将注浆嘴拆除和一些配套器材，然后修整该处混凝土表面。⑤养护灌注胶和混凝土，检查是否达到一定强度，如果达到不做处理，如果还是存在松软现象，则继续灌注混合胶液，再养护，直到达到预设强度。⑥使用后的工具用丙酮清洗。⑦如果注入胶液固化强度达到要求，之后敲掉注浆嘴。⑧对于处理得结果进行检验一般采用钻芯取样或超声波探测的方法。5）封口处理将灌胶嘴进行拆除，重新用一块固化胶将刚刚拆除灌胶嘴位置的缺口抹平。5.5加固结果检测此实例桥梁病害中产生的桥墩墩顶偏位，支座损害和混凝土开裂，通过顶推复位，更换支座，裂缝处理后实现桥梁加固，加固处理后桥梁带入加固前模型，修正改变53 长安大学硕士学位论文的数据后，得出加固后桥墩和主梁数据，验算其抗裂性、承受应力等，通过现场实验（静载实验和动载实验）测试实际数据，将实际值与理论值相对比，验算得出最终结论，如下表所示：表5-4符合性计算内容及结论计算项目计算内容计算部位结论加固前基础整体滑动，出现裂缝桥墩加固后满足要求加固前梁体内已经产生额外的应力匝道桥主梁加固后梁体内额外应力得到释放支座加固前承受较大的内力和位移伸缩缝加固前已经产生较大的变形量强度墩身符合设计规范要求地基承载力地基符合设计规范要求抗倾覆稳定匝道桥桩基符合设计规范要求性抗滑移稳定桩基符合设计规范要求性54 结论与展望结论与展望结论桥梁检测与加固是现下热门的研究领域，对于其检测加固往往以上部结构为重点，对于下部结构的检测加固所做工作不多，但是下部结构是桥梁整体不可或缺部分，其起到的支撑传力作用保证桥梁的稳定性；本文从下部结构的检测与加固出发，阐述了这部分常见的检测和加固方法，将理论方法与实际相结合，讨论下部结构检测加固的实际运用，特别是对于桥墩偏位这一情况，通过计算得出偏位量，对于全桥应力改变的影响后，运用于实际纠偏方案的讨论，因此对于下部结构检测加固，要根据病害严重程度等实际情况选择适合的技术和工艺。（1）本文对于下部结构的常见病害进行列举，并分析其主要产生原因；特别是产生各种开裂情况的分析以及桥墩偏位的分析以及下部结构与上部结构和地基基础相互之间的影响作用。（2）阐述了一些桥梁下部结构常见的检测方法（一般检测和特殊检测）和检测工作流程，对于一些特殊的病害，例如下部结构不均匀沉降、外物撞击和桥墩偏位等病害所需要的维修加固方法介绍。（3）通过工程实例—重庆万州大桥匝道桥，因受填土土测压力发生了桥墩偏位、支座损坏和开裂，通过软件Midas进行模拟计算分析，得出影响值，运用于实际偏位回顶，叙述其加固的工作程序。展望论文对于下部结构的检测加固进行了探讨，这只是桥梁中的一部分，桥梁检测与加固是一个大的领域，在以后的研究中要注意细化，更深入进行桥梁维修加固及养护管理化，从而降低养护和维修的综合费用，延长使用寿命。同时对于这方面的一些新兴材料55 长安大学硕士学位论文的检测加固设备也是研究重点，现在越来越多的复合材料等高性能材料广泛地应用于桥梁维修加固中，对于材料性能要求越来越高，而且对于检测仪器、加固设备的精度要求也逐渐提高，这有利于桥梁整体检测加固至关重要。在工程中，应该将理论技术与实际情况相结合，通过分析得出有效的检测加固方法；检测与加固是桥梁持续发展的行业领域，拥有广阔的前景，将会带来巨大的社会效益。56 参考文献参考文献[1]中华人民共和国交通部标准.公路桥涵设计通用规范(JTJ021—89).人民交通出版社,1989[2]中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计(JTGD62一2004).人民交通出版社,2004[3]范立础.桥梁工程(上、下).人民交通出版社,1998[4]项海帆.高等桥梁结构理论.人民交通出版社,2001[5]湛润水、胡钊芳、帅长斌.公路旧桥加固技术与实例.人民交通出版社,2002[6]蒙云.桥梁加固与改造.人民交通出版社,2004[7]创杨文渊等.桥梁维修与加固.人民交通出版社,1995[8]蒋元駉,韩素芳.混凝土工程病害与维修加固,北京海洋出版社.1996[9]陈强，吴才俊．桥梁病害加固技术探讨［J］．现代交通技术，2011，8(3):45－47．[10]田世清，曾勇．S305省道开利路云开段帅家桥维修处治工程［z］，2012．[11]李品珍译．桥梁改建设计中的技术经济计算[G]．旧桥检验与加固(专题料)．1986,10：112．114[12]交通部科学技术情报研究所．旧桥检测、评价、加固技术的应用[R]．北京，1990,5[13]黄良然．旧桥改造方法及其技术经济效果[J]．公路．1985，5：4．10[14]交通部交计发(1996)1130号文[Z]．北京：人民交通出版社，1996[15]沈达峰．桥梁寿命周期成本分析初探[J]．苏州城建环保学院学报．1997，4：18．25[16]邬晓光．钢筋混凝土旧桥评估及加固决策内外调研报告[R]．太原：山西省公路局，长安大学．2006[17]文lJ来君，赵小星．桥梁加固设计施工技术[M]．北京：人民交通出版社，2004：76—77[18]谌润水，胡钊芳，帅长斌．公路旧桥加固技术与实例[M]．北京：人民交通出版社，2002：4．7[19]JTGB01—2003，公路工程技术标准[S]．北京：人民交通出版社，2003[20]JTJ041—2000，公路桥涵施工技术规范[S]．北京：人民交通出版社，2000[21]张树仁王综林．桥梁病害诊断与改造加固设计[M]北京：人民交通出版社．2003：191．19357 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致谢致谢时间匆匆流逝，一眨眼就到了毕业的时节，毕业论文也要顺利完成了，从选择课题开始，到现在论文即将完成，总是离不开老师、同学们和朋友对我的鼓励和帮助。尤其要感谢的是我的导师郝宪武教授，在郝老师的悉心指导和亲切关照下，我的研究生时期的学习生活才能如此的顺利；郝老师诲人不倦的高尚师德、朴实无华的人格魅力、渊博的专业知识、精益求精的工作作风对我影响巨大，这对我以后的不论是学习工作还是生活中，都会给我无限的力量，让我拥有更加全面的知识，树立正确的人生观、价值观及世界观。所以在此，谨向老师及家人送上最诚挚的感激和祝福！最后感谢百忙之中评阅和评议本论文的各位专家和教授！59
