鋼筋混凝土橋梁的無損檢測
聞寶聯(lián) 1劉凱利2王新剛3 王欣4
（1天津市政工程研究院，天津，300201； 2. 天津市匯盈混凝土結(jié)構(gòu)診治科技有限公司，天津，300201；3. 中交港灣工程設(shè)計院，天津，300222;4.天津宏亞工程咨詢公司,天津,300200）
摘要：對既有橋梁進行無損傷檢測，可對結(jié)構(gòu)任何時候出現(xiàn)的損傷進行定性、定位和定量的分析，為橋梁的可靠性、安全性和耐久性評估提供依據(jù)，尤其重要的是，檢測結(jié)論對于橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計和建造以及維護方案的制定提供必要的參考。結(jié)合某橋梁實例，文中給出了無損檢測的方法和步驟，提出了相應(yīng)的維護措施。
關(guān)鍵詞： 混凝土；橋梁；耐久性；無損檢測
中圖分類號：U445 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：
Nondestructive Testing of Reinforced Concrete Bridge
(Wen Bao-Lian, Liu Kai-Li, Wang Xin-Gang）
Abstract: The deterioration of RC bridge may be found well and truly at any moment by means of nondestructive Testing techniques, which provides indispensable references not only to evaluation of bridge state but to whose designs, constructing and repairs. Process and instrument is introduced to a certain project，and maintain measure is put forward accordingly, too.
Keywords: concrete; bridge; durability; nondestructive Testing
引言
無損檢測就是在不影響工程結(jié)構(gòu)使用性能的前提下，通過原位檢測某些物理量，推算出材料與結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量指標(biāo)，如強度值、厚度值、內(nèi)部缺陷點、鋼筋位置、成分含量等[1]。它有著比常規(guī)檢測方法更為誘人的特點：非破壞性、隨機性、遠距離探測、現(xiàn)場檢測等等；且檢測數(shù)據(jù)可連續(xù)性采集，并通過數(shù)理分析和邏輯判斷，能夠比較準(zhǔn)確地推定出工程質(zhì)量的狀況，從而彌補了以往單純以觀感檢查和外形質(zhì)量控制偏差來推及工程質(zhì)量優(yōu)劣的做法[2]，下面結(jié)合具體工程，介紹混凝土橋梁的無損檢測。
1工程概況
天津某橋梁建于1977年，由一孔簡支梁和跨越主河槽的三孔預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁組成，兩邊孔為簡支懸臂箱梁結(jié)構(gòu)。中孔帶16.0m掛梁，全橋跨徑布置為17.77m(簡支梁)+29.0m+62.0m(其中掛梁16.0m)+29.0m，橋面全寬30.6m，其中車行道凈寬24.0m，兩側(cè)人行道各寬3.3m。下部結(jié)構(gòu)橋梁墩臺為鋼筋混凝土實體墩，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，設(shè)計荷載汽車—20級，掛車—100（圖1）。
圖1 橋梁示意
該橋投入使用至今已有29年，橋面行人道處混凝土表面部分破損、路面磨損、開裂。上下游兩側(cè)橋面護欄有多處整體縱向斷裂；橋面伸縮縫處開裂嚴(yán)重，尤其以橋面吊梁兩側(cè)伸縮縫處裂縫較大；在橋面形成橫向通長開裂，縫寬最大處可達50mm左右；瀝青路面存在多處不規(guī)則裂縫。橋下兩橋墩表面風(fēng)化侵蝕較重，加之凍融破壞及河水對橋墩的沖刷，使得較大區(qū)域的混凝土骨料已暴露于空氣中。東側(cè)橋臺部位、箱梁部位混凝土結(jié)構(gòu)表觀質(zhì)量較好，兩側(cè)人行道底部與箱梁銜接部位由于長期滲水，侵蝕嚴(yán)重，表面混凝土剝落、泛堿。中間掛梁與懸臂箱梁搭接處，滲水嚴(yán)重，掛梁端部連結(jié)橫隔梁病害異常嚴(yán)重，混凝土開裂、鋼筋暴露、銹蝕、表面泛堿。兩孔箱梁側(cè)面及腹面混凝土表觀質(zhì)量較好，局部出現(xiàn)滲漏、泛堿（圖2）。
圖2 橋梁現(xiàn)狀
為全面客觀了解橋梁的狀況，對其進行耐久性無損檢測，以便采取相應(yīng)的維護措施。
2檢測內(nèi)容
根據(jù)工程需要及現(xiàn)場實際情況，檢測內(nèi)容為：通過沖擊回波儀分析混凝土的病害情況；利用混凝土表面濕度儀檢測混凝土的含濕量；利用鋼筋定位儀、銹蝕檢測儀檢測保護層厚度、鋼筋銹蝕率；檢測混凝土表面碳化深度，并通過回彈儀確定混凝土強度；精密取樣器取樣后，利用氯離子含量檢測儀測定混凝土氯離子含量。
2.1 測區(qū)的選擇
對橋整體觀測后，根據(jù)橋梁的病害情況分別在東西兩側(cè)箱梁、腹面及側(cè)面選擇了五個部位作為測區(qū)。在橋東側(cè)距橋臺3000mm處下游箱梁南側(cè)面為Ⅰ#測區(qū)（圖3），該片箱梁腹面距橋臺3000mm處作為Ⅱ#測區(qū)，中部箱梁腹面距橋臺3000mm處作為Ⅲ#測區(qū)（圖4），東側(cè)上游箱梁北側(cè)面距橋臺3000mm處作為Ⅳ#測區(qū)，西側(cè)中部箱梁在距西側(cè)橋墩8000mm位置處作為Ⅴ#測區(qū)。每一測區(qū)面積均為1000mm×2500mm，檢測點為3×5點，點間距為500mm，橫向分5個點，自左至右為1、2、3、4、5下側(cè)相應(yīng)為分A、B、C，共計15個點的網(wǎng)格測試（圖5）。
圖3 Ⅰ#測區(qū)示意 圖4 Ⅱ、Ⅲ號測區(qū)示意
圖5 測點布置示意
2.2混凝土均勻性檢測
用特定的擊錘依次擊打混凝土表面每個測點，通過沖擊回波儀的傳感器與電腦相連，接收反射回來的聲波信號，再經(jīng)軟件進行回波分析，檢測混凝土的均勻性。
2.3鋼筋檢測
檢測前用鋼筋測定儀測出鋼筋位置及其保護層厚度，并繪出鋼筋分布網(wǎng)，后用沖擊鉆在鋼筋位置處鉆孔，使銹蝕儀的電極探頭可以接觸到鋼筋，然后在混凝土表面噴水，潤濕混凝土至少15分鐘，利用混凝土表面濕度儀檢測混凝土含濕量合格后，用鋼筋銹蝕儀進行檢測，依次測出各點半電池電勢、電阻和鋼筋銹蝕率。
2.4混凝土碳化深度檢測
用電鉆在測區(qū)混凝土表面鉆直徑15mm的孔洞，清理干凈后用0.3%酚酞酒精溶液滴在孔洞內(nèi)壁的邊緣處，用深度測量儀測量出碳化深度。
2.5混凝土強度檢測
利用回彈儀在幾個測區(qū)進行檢測，經(jīng)碳化深度校合后得到推定強度值。
2.6混凝土氯離子含量檢測
利用精密取樣器在箱梁側(cè)面離地墩臺1000mm處、750mm處進行取樣，每間隔5mm深取樣一次，在中心實試室進行萃取分析，并繪制電位—氯離子濃度對應(yīng)示意圖。
3數(shù)據(jù)分析與處理
數(shù)據(jù)處理按以下流程進行：
原始數(shù)據(jù) 計算機（形成數(shù)據(jù)文件） 數(shù)據(jù)文件 數(shù)據(jù)均衡 數(shù)據(jù)排序 文件編輯 數(shù)字濾波 彩色變換 人工判讀 制表與繪圖 打印輸出
經(jīng)過數(shù)據(jù)的整理和分析，對各測點的分析結(jié)果如下：
3.1均勻性檢測
沖擊回波檢測執(zhí)行ASTM C 1383-98標(biāo)準(zhǔn)，下面給出測區(qū)I幾個典型的處理結(jié)果。
A1測點
從圖中反應(yīng)出，此點板厚是227mm，混凝土內(nèi)部基本無缺陷。
圖6 A1測點波形圖
A3測點，板厚為239mm，混凝土密實性差。
圖7 A3測點波形圖
B4測點波形圖，此處板厚為161mm，混凝土較密實。
：
圖8 B4測點波形圖
C5測點，在深55mm處有明顯分層。
圖9 C5測點波形圖
3.2 保護層厚度檢測
以下為測點三鋼筋保護層厚度
表1 保護層厚度（mm）
|
點位
T梁側(cè)面 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
A |
40 |
40 |
36 |
34 |
31 |
|
B |
31 |
35 |
34 |
33 |
30 |
|
C |
35 |
35 |
36 |
31 |
29 |
|
D |
40 |
38 |
35 |
30 |
30 |
3.3 鋼筋銹蝕速率檢測
根據(jù)ASTM C 876-91(1999) 、ASTM C 1202-97 標(biāo)準(zhǔn)及Thomas Frolund的理論和實際測試經(jīng)驗，用GalvaPulse鋼筋銹蝕率檢測儀在東岸上游側(cè)箱梁腹面600mm×2400mm范圍內(nèi)檢測鋼筋銹蝕速率（注：表格中上部數(shù)據(jù)為電位值，中部為鋼筋瞬間銹蝕速率值，下部為極化電阻值），對上述區(qū)域壁檢測數(shù)值所做的銹蝕率分布判定。 圖10檢測數(shù)據(jù)表 圖11 測區(qū)腐蝕電位2D、3D圖 圖12 測區(qū)鋼筋瞬間銹蝕速率2D、3D圖
圖13 測區(qū)極化電阻值2D、3D圖
表2測區(qū)銹蝕速率統(tǒng)計表
|
銹蝕率（微米/年） |
銹蝕程度 |
測點分布 |
占總測點百分率（%） |
|
<20 |
微弱的銹蝕 |
3 |
15 |
|
20~50 |
較慢的銹蝕 |
8 |
40 |
|
50~150 |
中等的銹蝕 |
6 |
30 |
|
>150 |
較高的銹蝕 |
3 |
15 |
|
備注 |
共20個測點 |
由表2可以看出，該箱梁側(cè)面區(qū)檢測20個點，最大值286.3微米/年,最小值2.5微米/年,平均值72.6微米/年。該區(qū)域處于橋面由于受雨水及化冰鹽侵蝕，鋼筋銹蝕速率較大。
3.4 混凝土強度檢測
在東岸距橋臺3m處分別對三片箱梁的兩側(cè)面及腹面進行了混凝土抗壓強度檢測，及掛梁西側(cè)伸縮縫西側(cè)的箱梁混凝土抗壓強度、東側(cè)下游橋墩上箱梁側(cè)面混凝土抗壓強度，檢測區(qū)域原設(shè)計強度均為400�；炷�。
表3 混凝土強度檢測值（MPa）
|
序號 |
位置 |
回彈平均值 |
碳化深度修正值 |
角度修正值 |
強度推定值 |
|
1 |
東岸上游箱梁北側(cè)面 |
40.3 |
25.3 |
0 |
25.3 |
|
2 |
東岸上游箱梁腹面 |
56.6 |
50.1 |
-3.5 |
46.6 |
|
3 |
東岸上游箱梁南側(cè)面 |
48.2 |
36.3 |
0 |
36.3 |
|
4 |
東岸中部箱梁北側(cè)面 |
49.6 |
38.5 |
0 |
38.5 |
|
5 |
東岸中部箱梁腹面 |
60.8 |
56.4 |
-3.5 |
52.9 |
|
6 |
東岸中部箱梁南側(cè)面 |
57.6 |
51.9 |
0 |
51.9 |
|
7 |
東岸下游箱梁北側(cè)面 |
53 |
43.9 |
0 |
43.9 |
|
8 |
東岸下游箱梁腹面 |
55 |
47.3 |
-3.5 |
43.8 |
|
9 |
東岸下游箱梁南側(cè)面 |
41.6 |
27.0 |
0 |
27.0 |
|
10 |
西側(cè)中部箱梁腹面 |
62.2 |
56.4 |
-3.5 |
52.9 |
|
11 |
中部吊梁西側(cè)牛腿 |
50.4 |
39.7 |
-3.5 |
36.2 |
|
12 |
吊梁西側(cè)橫隔梁 |
48.4 |
36.6 |
-3.6 |
33 |
|
13 |
東墩上部箱梁西側(cè)面 |
41.6 |
27.0 |
0 |
27 |
|
14 |
東墩上部箱梁東側(cè)面 |
35.4 |
19.6 |
0 |
19.6 |
3.5 氯離子含量檢測
在同一位置處在碳化深度以下，每間隔5mm深取樣的樣品，進行萃取分析，根據(jù)電位值，通過因數(shù)修正后在標(biāo)準(zhǔn)電位—氯離子濃度曲線上可找出對應(yīng)的氯離子濃度。檢測表明，在不同的測點處氯離子含量都是隨著深度的增加而減少，可以斷定氯離子來源為外部氯離子滲透。氯離子含量最大為0.035%，氯離子含量最小為0.006%，平均值為0.0125%，檢測表明碳化層以下5mm深的氯離子含量相對較高，已超過規(guī)定的0.3kg/m3標(biāo)準(zhǔn)含氯量。而平均值已接近規(guī)定的0.3kg/m3標(biāo)準(zhǔn)含氯量。隨著深度的增加，氯離子含量也在減少，鋼筋位置處的氯含量雖然沒有超過標(biāo)準(zhǔn)值，但也處在超標(biāo)的邊緣。
3.6 混凝土碳化深度檢測
對各結(jié)構(gòu)所做的碳化深度的檢測數(shù)據(jù)請見表4所示：
表4 碳化深度測試值（mm）
|
位置 |
1 |
2 |
3 |
平均 |
|
東側(cè)箱梁腹面 |
22 |
24 |
35 |
27 |
|
東墩箱梁左側(cè)面 |
36 |
32 |
28 |
32 |
|
東墩箱梁右側(cè)面 |
41 |
36 |
32 |
36 |
|
西墩箱梁左側(cè)面 |
37 |
32 |
28 |
32 |
|
西墩箱梁右側(cè)面 |
40 |
29 |
34 |
34 |
根據(jù)表格中數(shù)據(jù)可以看出平均碳化深度在27mm－36mm之間，對于一個近三十年的混凝土結(jié)構(gòu)物來說是在一個正常的碳化范圍內(nèi)。
通過現(xiàn)場檢測、勘察與后期的總結(jié)分析，主要病害如下：
1）混凝土強度偏低，多數(shù)點強度達不到設(shè)計強度值，且混凝土內(nèi)部質(zhì)量多處不密實，有病害存在。
2）耐久性差，主要表現(xiàn)在氯離子含量偏高，最高極值超過允許閾值；碳化深度較大，個別處已接近鋼筋保護層厚度，表面混凝土中性化嚴(yán)重。
3）鋼筋銹蝕率較大，尤其是橋面板部位鋼筋由于受化冰鹽等的影響，銹蝕和銹蝕率都很高。
4 結(jié)論和建議
通過對橋梁進行的無損檢測，得出的結(jié)論和建議如下：
1）通過檢測，該橋梁各混凝土構(gòu)件局部強度低于設(shè)計強度，橋面鋼筋銹蝕情況嚴(yán)重，混凝土碳化、氯離子侵蝕較重。
2）構(gòu)件本身面臨老化以及受頻繁活載、雨水、化冰鹽等各方面因素的影響，應(yīng)對其進行有效的加固與維護，以延長使用壽命提高運行安全系數(shù)。
3）對橋梁進行整體涂整保護，主要承重部件采用高分子復(fù)合材料進行加固補強。
參考文獻：
[1] 建筑工程施工試驗與檢測[M].中國建筑工業(yè)出版社,2001
[2] 鐵志杰. 21世紀(jì)橋梁管理的無損檢測[J]. 國外橋梁,1999(4).
作者簡介：聞寶聯(lián)（1968.10- ），男，天津人，高級工程師，工學(xué)博士，畢業(yè)于天津大學(xué)建筑技術(shù)專業(yè)，獲省部級科技進步獎3次，研究方向：混凝土耐久性。Mb：13752384681
Email:wenbaolian@126.com |
