淺談干線公路舊橋檢測評估
在干線公路養(yǎng)護和升級改建的實踐工作中，為充分利用現(xiàn)有公路橋梁，使之安全、經(jīng)濟地為公路交通運輸服務，根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》、《公路工程設計文件編制辦法》要求，需對橋梁進行檢測評估。評估橋梁技術狀況，鑒定橋梁承載能力及其使用性能，為制定橋梁養(yǎng)護對策或公路橋梁改建提供科學依據(jù)。在過去許多檢測評估實踐中，首先采用的方法是進行橋梁荷載試驗。筆者通過對湖南干線公路50多座公路舊橋梁檢測評估實踐，認為檢測評估一般可通過規(guī)范細致的質(zhì)量檢測及基于檢測結果的結構檢算進行，必要時才進行費用昂貴的荷載試驗。
1、干線公路舊橋概況
湖南省干線公路橋梁大部分修建于20世紀60、70年代，80％的橋梁為各種類型的拱橋。由于這些橋梁營運時間較長，且受當時建設條件的制約，設計、施工存在一定缺陷，更由于近十年來重載車輛等因素的影響，許多橋梁都出現(xiàn)了不同程度的病害。這些橋梁大部分設計圖、竣工圖等技術資料缺失，給橋梁檢測評估帶來困難。
2、檢測評估的依據(jù)及工作流程
交通部頒布的《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》（JTGH11—2004），是進行橋梁技術狀況一般性評定的依據(jù)。交通部于1988年頒布的《公路舊橋承載力鑒定方法》（試行稿）一直是進行舊橋適應性評定的主要依據(jù)。目前，交通部有關研究機構正在進行“公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程”的編制，并已形成了“征求意見稿”?！罢髑笠庖姼濉痹敿氁?guī)定了橋梁調(diào)查、質(zhì)量檢測、結構檢算、荷載試驗、技術狀況評定、承載能力鑒定的方法和程序，更符合當前干線公路舊橋的檢測評估的需要，可作為主要參考。
公路舊橋檢測評估流程如下：結構歷史與現(xiàn)狀調(diào)查一檢測規(guī)劃一現(xiàn)場檢測一試驗室分析一檢測結果評定一檢測報告與維修加固建議。
3、橋梁調(diào)查與檢測
3．1 橋梁調(diào)查
首先要對橋梁進行實地考察，初步了解橋梁的技術狀況和主要存在問題，然后全面收集有關橋梁勘察設計資料、施工資料、竣工資料、維修加固資料等，走訪管養(yǎng)人員調(diào)查橋梁病害歷史、交通狀況。由于干線公路技術資料的缺失現(xiàn)象嚴重，實地考察和走訪調(diào)查的工作要十分細致，還應包括使用中的特別事件、限速限重原因、水文、地質(zhì)、使用環(huán)境等。
3．2 幾何形態(tài)參數(shù)測定
干線公路橋梁幾何形態(tài)參數(shù)的測定重點和難點是測定拱式結構的拱軸線和拱腳的水平變位。拱式結構的拱軸線與原設計發(fā)生變化或拱腳發(fā)生位移超過一定范圍將是十分危險的，對評估結論影響很大。拱軸線按橋跨的l2分點分別在拱背、拱腹設測點，用精度為2”的測距儀進行測量。布點和測量要細致準確，真實反映現(xiàn)實狀態(tài)。通過測量拱頂下沉，依據(jù)下述公式計算拱腳的相對水平位移：
式中：， 分別為推力影響線在l/4和l/2截面的坐標值； 分別為實測拱軸線在l/4和l/2截面的撓度值。
3．3 橋梁結構檢測
干線公路舊橋結構檢測的重點在裂縫檢測和基礎檢測。結構裂縫是橋梁病害的直觀表現(xiàn)和預兆，檢測人員要優(yōu)先考慮采用橋梁檢測車或通過搭設支架進行近距離觀測，準確區(qū)分表面裂紋和結構裂縫，對裂縫進行標識和準確記錄。
地基與基礎是否穩(wěn)定對判定拱式橋梁是否安全十分重要。地基與基礎檢測采用井探、槽探、地球物理等方法進行勘探；對原狀土進行物理力學試驗；進行載荷試驗、靜力觸探試驗、標準貫人試驗等原位測試；必要時進行鉆探。
3．4 材料檢測
橋梁結構承重構件的主要受力部位，應檢測其材料強度。干線公路舊橋梁多為圬工砌體，石料強度可采取現(xiàn)場取樣、試驗室試壓的方法進行材料強度檢測。砌筑用砂漿根據(jù)當年同年代橋梁情況及橋梁現(xiàn)狀取用。若為砼結構，一般采取回彈法檢測砼強度。砼碳化深度用1%酚酞酒精溶液測量。
3．5 橋梁技術狀況一般評定
根據(jù)調(diào)查和檢測結果，按照《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》的評定標準和評定方法，分別計算出每個部件的技術狀況評分，綜合評定技術狀況等級。根據(jù)技術狀況等級確定養(yǎng)護對策和初步判定是否需要進行結構檢算和荷載試驗。
可見，調(diào)查與檢測是進行橋梁檢測評估的重要環(huán)節(jié)，為結構檢算提供基礎數(shù)據(jù)，并對荷載試驗提供參考。
4、橋梁結構檢算
干線公路舊橋設計資料缺失，結構檢算的基礎數(shù)據(jù)主要依靠檢測、試驗數(shù)據(jù)及調(diào)查資料。檢算時幾何形態(tài)參數(shù)以現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)為依據(jù)，材料強度也以試驗數(shù)據(jù)為準。干線公路舊橋由于修建年代較早，設計荷載等級一般較低，不能適應新規(guī)范的荷載等級要求，且設計、施工受當時技術水平限制，可能存在安全隱患。同時由于橋梁結構理論研究的進步，各種荷載對橋梁結構的影響模式有了新的研究成果，故一般而言，舊橋結構檢算就是以現(xiàn)階段先進的計算理論、方法對舊橋進行結構計算，在確保結構安全的情況下充分挖掘舊橋的承載潛力，以達到確定舊橋承載能力的目的。同時計算模型應與橋梁實際情況盡量接近。
舊橋結構檢算時應注意一些常見的問題。
4．1 施工過程及施工工藝的影響
雖然舊橋檢算時該橋已處于使用階段，不需考慮施工階段驗算，但由于施工過程及施工工藝對結構成橋后受力有影響，故舊橋檢算時仍應考慮施工過程及施工工藝的影響，橋梁調(diào)查時應走訪施工或管養(yǎng)人員，獲得相關信息，以便計算時正確考慮其影響。
4．2 橫向分布系數(shù)
板拱一般不考慮荷載橫向分布的影響；肋拱、雙曲拱應考慮荷載橫向分布對各拱肋的影響，根據(jù)相關文獻和研究成果。肋拱可采用彈性支撐連續(xù)梁
法計算，雙曲拱可采用偏心壓力法計算；對全橋拱肋及拱上建筑也可均用空間有限元方法建模，直接計算各拱肋的受力，對大跨、重要結構，采用空間有限元方法是必要的。
4．3 基礎變位
拱橋由于其結構自重大，且存在相當大的水平推力，基礎易發(fā)生變位，舊橋結構檢算應根據(jù)實測結果考慮基礎變位對結構受力的影響，對于使用多年且實測未發(fā)現(xiàn)基礎變位的橋，可不考慮基礎變位的影響；反之，對實測發(fā)生了基礎變位的橋梁則應以實際發(fā)生的基礎變位考慮其影響，并應根據(jù)基礎地質(zhì)情況調(diào)查結果提出措施，防止繼續(xù)發(fā)生基礎變位或改善現(xiàn)已發(fā)生的基礎變位情況。
4．4 空腹式拱橋
對拱式腹拱，其腹拱形式對結構的荷載響應有很大影響，其采用的是單鉸拱、雙鉸拱或三鉸拱，應在計算模型中準確反應；腹拱材料特性也應與實際情況一致，不能簡單套用主拱材料。
4．5 實腹式拱橋
湖南西部、南部多山，干線公路上存在大量小跨徑實腹式拱橋，該類橋梁多按拱橋手冊或定型圖設計，其上部結構多為標準化設計。該類橋梁，能收集到施工圖、竣工圖的按圖計算；無法收集到圖紙的可根據(jù)實測幾何形態(tài)參數(shù)，按圖索驥，找到對應的標準化圖紙，按圖計算，實腹式拱橋由于其護拱屬隱蔽工程，應采用鉆孔等方式核對護拱情況，結構計算時以換算截面的形式考慮護拱影響。筆者通過近20座實腹式拱橋的計算，發(fā)現(xiàn)絕大部分實腹式拱橋由于年代較早，設計荷載等級低，均需進行加固，加固方式以將拱背填料由填充式改為砌筑式為佳，同時為適應荷載等級的提高，應加厚橋臺背墻。
5、荷載試驗
在舊橋檢測中，出現(xiàn)過荷載試驗過程中壓跨橋梁或給橋梁造成損害的案例，且荷載試驗費用較高，需要較長時間。對于干線公路舊橋，如果在不充分了解橋梁技術狀況時就進行荷載試驗，很可能會給橋梁帶來難以恢復的損傷，加重病害。所以在進行荷載試驗之前，要明確荷載試驗的目的，根據(jù)檢測結果分析荷載試驗是否有必要，只有根據(jù)橋梁檢測和檢算尚不能確定橋梁承載力時，才進行荷載試驗。板拱類圬T拱橋通過幾何參數(shù)測定、結構質(zhì)量檢測和材料強度檢測，獲取橋梁結構信息，通過結構檢算已經(jīng)可以準確地確定橋梁的承載能力，可不進行荷載試驗。肋拱及雙曲拱橋由于拱上對荷載橫向分布系數(shù)影響較大，且由于拱上建筑病害對橫向分布系數(shù)的影響難以通過計算確定，建議進行荷載試驗。以下簡單介紹某干線公路改建工程十板村中橋（雙曲拱橋）荷載試驗。
該橋為1—35m雙曲拱，建于1988年，設計荷載汽車一20t，掛車一100t；橋?qū)挘?．5m人行道+9．0m行車道+1．5 m人行道，橫向由6道拱肋組成；主拱兩側各有2個腹拱，其中邊腹拱按三鉸拱設計；矢跨比1/6，通過現(xiàn)場檢測，該橋拱軸線線形位于設計拱軸線與包含預拱度的設計拱軸線之問；橋臺基礎位于頁巖，為發(fā)生基礎；拱肋、拱波、拱板強度根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。
結構檢算原則：①拱軸線以包含預拱度的設計拱軸線為準，同時計算時考慮結構拱肋、拱波、拱板的施工順序，準確的反應不同齡期混凝土收縮徐變二次內(nèi)力對結構受力的影響；②橫向分布系數(shù)按偏心壓力法計算；③不考慮基礎沉降；④建模時模型包含主拱圈、立墻、腹拱及虛擬橋面板，其中邊腹拱按三鉸拱建立模型，虛擬橋面板不計強度，僅為傳遞汽車荷載而設，該模型已考慮了拱上建筑聯(lián)合作用；⑤由于混凝土收縮徐變的理論計算方法已經(jīng)取得新得成果，故混凝土收縮徐變按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTG D62—2004）》的計算方法計算，而不再按老規(guī)范規(guī)定的等效降溫的方法計算；⑥由于公路改建后汽車荷載改為公路一Ⅱ級，故檢算時汽車荷載按公路一Ⅱ級；⑦荷載組合方式按《公路橋涵設計通用規(guī)范（JTGD60—2004）》進行。
結構檢算結果：根據(jù)以上計算原則，通過有限元分析，該橋截面拱頂及1/4L截面強度滿足規(guī)范要求，拱腳截面略有不足，其截面抗力與截面荷載效應組合值之比為0．85，考慮到雙曲拱橋其荷載橫向分布系數(shù)的復雜性，且該橋截面強度于理論計算值差值較小，荷載試驗是安全且有必要的，故對該橋進行了荷載試驗，荷載試驗效率取0．85左右。
通過荷載試驗，測量該橋、拱腳截面正應力，拱頂、1/4L、拱腳處撓度，荷載試驗結果顯示該橋應力校驗系數(shù)小于0．9，撓度校驗系數(shù)小于0．6，根據(jù)《公路舊橋承載力鑒定方法》（試行稿）的規(guī)定，該橋承載能力可在計算值以上提高10％，最終該橋承載能力為拱腳截面強度達到設計值的95%，根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》（JTG H11—2004）的規(guī)定，承載能力較設計值降低10％以內(nèi)應鑒定為三類橋。檢測結論確定的管養(yǎng)對策為：將橋面板改為鋼筋混凝土，提高結構整體性，拱腳截面附近采用噴射混凝土等方式適當加強。通過荷載試驗準確地鑒定了橋梁的承載能力，為橋梁管養(yǎng)提供了具體的對策，達到了荷載試驗的目的。
6、橋梁承載力分析評定
6．1 結構或構件強度與穩(wěn)定性評定
依據(jù)橋梁調(diào)查與檢測結果、結構檢算結論及荷載試驗結論可評定橋梁結構或構件強度與穩(wěn)定性。
6．2 地基與基礎評定
依據(jù)地基與基礎勘探結果、結構檢算結果及荷載試驗結論可評定基礎穩(wěn)定性。
6．3 結構或構件剛度評定
依據(jù)結構檢算撓度計算結果及荷載試驗撓度實測結果可評定結構或構件剛度。
6．4 結構或構件開裂狀況評定
依據(jù)現(xiàn)場裂縫測量結果對結構開裂現(xiàn)狀進行評定，同時依據(jù)結構檢算裂縫寬度計算結果及荷載試驗裂縫寬度實測結果可評定結構或構件在使用過程中的裂縫寬度。
6．5 承載力分析評定
依據(jù)以上4條評定結論，可評定橋梁在使用過程中的承載能力適應性，確定橋梁的承載能力現(xiàn)狀，提出限載要求。
7、檢測評估結論及建議
橋梁檢測評估結論及建議關系到公路改建后舊橋結構的安全性和使用性能，故橋梁檢測評估結論與建議應包括一下幾個方面：①橋梁的承載能力現(xiàn)狀，對公路改建過程中該橋確定為直接利用、加固利用或重建做出明確的結論；②對能直接利用的橋梁應對結構缺陷提出管養(yǎng)對策；③對加固利用的橋梁應明確指出結構的缺陷部位、缺陷程度，提出加固方案，為加固設計提供指導；④對確定為重建的橋梁應有充分的理由。
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