混凝土桥梁检测技术和应用
2011-09-28 来源：中国百科网
桥梁同其它土木工程一样，有一定的周期性，即都有从建设期到建设和维修并重期，再到维修期的过程。在一些发达国家，公路桥梁已经进入了维修的高峰期。在我国，随着近年来公路建设的大发展，全国性的骨架公路交通网络己基本形成，公路交通从单纯的建设正在向建设和维修并重过渡，大量的公路桥梁已经达到或接近设计基准期，或出现由于各种原因引起的桥梁结构病害与损伤。因此，建立对旧桥和病害桥梁的检测和评价体系成为各桥梁管理部门的迫切需求，也逐渐成为桥梁领域的研究热点。
一、钢筋锈蚀检测方法
钢筋混凝土构件在钢筋表面形成的保护层若因混凝土裂缝致使氧气、水汽侵入，变为氧化铁，则发生钢筋锈蚀。钢筋锈蚀的检测主要是对钢筋锈蚀的评定，钢筋锈蚀的评定有间接和直接两种评定方法。间接评定方法包括：用保护层测定仪检测钢筋的保护层厚度是否足够，此法经常用来探测钢筋位置，估测钢筋直径；用四电极测量法测定混凝土电阻率，以判断钢筋是否锈蚀。电阻率越高，锈蚀电流越弱，钢筋的锈蚀可能性越小。当电阻率超过1200Ω.m时，不会锈蚀；低于500Ω.m，肯定锈蚀。另外还包括测试混凝土的碳化深度、测试混凝土的氯离子含量和气透性检测等，其中气透性检测主要用来评定混凝土对碳化合物有害离子侵蚀的抵抗力，从而间接评定钢筋锈蚀的可能性。
二、混凝土强度检测方法
目前主要的混凝土强度检测方法有钻芯法、回弹法、超声一回弹综合法、拔出法等。
1、钻芯法
钻芯法是利用钻芯机、钻头、切割机等配套机具，在结构构件上钻取芯样，通过芯样抗压强度直接推定结构构件强度或缺陷，无需通过立方体试块或其它参数等环节，此方法是国内外近年来推行较广的一种半破损检测结构中混凝土强度和混凝土质量的有效方法。
2、回弹法
回弹法是利用混凝土回弹仪检测普通混凝土结构构件抗压强度的方法。在用回弹仪进行测定时，根据重锤打击混凝土表面后的回弹数值，并结合混凝土碳化深度，来推定结构构件混凝土的强度。
3、超声一回弹综合法
超声一回弹综合法是同时利用超声波法和回弹法对混凝土同一测区进行检测的方法。它可以弥补单一方法的固有缺陷，做到互补，使检测结果更加准确。
超声波法主要用于桥梁工程钻孔灌注桩、水下混凝土灌注质量的检测，其检测结果准确性较高，并且广泛应用于混凝土构件裂缝、碎裂、空洞等缺损检测。其常用的检测方法有超声波探伤法、声波检测法和雷达检测法。
4、拔出法
拔出法是指将安装在混凝土中的锚固件拔出，测出极限拔出力，并根据事先建立的极限拔出力和混凝土强度间的相关关系，推定被测混凝土结构构件的混凝土强度的方法。它是一种微破损检测混凝土强度的方法，分为两类：一类是预埋（或先装）拔出法，即将预埋入混凝土中的锚固件从混凝土中拔出，并用测力计测量拔出时的力；另一类是后装拔出法，即在已硬化的混凝土上钻孔，再锚入锚固件进行拔出试验。拔出法可以用来测定后张法施加预应力时、模板和支撑拆除时、冬季施工防护和养护结束时的结构混凝土或混凝土构件的混凝土强度。
三、裂缝检测方法
裂缝检测方法主要有以下几种：
1、超声波检测
超声波法用于非破损检测，是以超声波为媒介，获得物体内部信息的一种方法。目前超声法己应用于医疗诊断、钢材探伤、鱼群探测等许多领域。在这些领域里，由于组成颗粒小密度大，密度分部也很均匀，所以声波能很好地传播，对其内部缺陷及其位置等都能准确地检测出来。掌握混凝土表面产生的裂缝深度，对耐久性诊断和研究修补、加固对策有重要意义。测定裂缝深度，基本上都是将发射探头和接收探头，布置在混凝土同一面上的裂缝附近，但由于所选用的波形种类（纵波、横波及表面波）和声学参数（声速、频率、相位等）的不同，已有许多种具体方法。
2、冲击弹性波法
一般把弹性体内传播的波总称为弹性波。用人工发射弹性波到弹性体内，探测弹性体内的状态，是广义的弹性波探测法。冲击弹性波法与超声波法的原理是一样的，但远比超声波测定的裂缝深度深。冲击弹性波法只能检测扩展方向与表面成直角，没有分支的单纯裂缝。
3、摄影检测法
摄影检测法主要用作混凝土表面的裂缝。摄影法包括普通照相机、录象机、放射线、红外线摄影等进行摄影检测。
4、传感仪器监测
利用埋设在混凝土中的仪器进行裂缝监测，常规技术是利用卡尔逊式或弦式测缝计，其控制范围为0.12～1.00mm，属点式检测。由于裂缝出现的空间随机性，因此往往漏检，为了及时无遗漏地监测裂缝，必须实施大范围的、连续、分布式监测，即所谓全分布监测。
5、光纤传感网络监测
在各国竞相开发的结构监测高科技领域里，光纤传感以其独特优势居于中心地位，它灵巧、精度高、抗电磁干扰强，且可靠耐久，易于光纤传输组成自动化遥测系统。光纤传感应用于结构工程监测始于20世纪90年代初，如航空航天器、桥梁等的温度、振动、应变检测等。裂缝的发生可以利用埋设在混凝土中光纤的光强变化进行监测，而裂缝的定位可采用多模光纤在裂缝处的光强变化来诊断完成，通过衰减曲线上的裂缝损耗突变点，可以准确地确定裂缝的位置。针对混凝土裂缝检测的特点，研制出基于光时域反射技术的光纤裂缝传感网络，可实现桥梁混凝土结构中裂缝的分布检测，凡裂缝与光纤传感网络相交，均可感知，并可定宽、定位、定向。
四、桥梁的评估、鉴定及加固
根据各种检测的数据结果，对桥梁进行科学评估、鉴定，并制定相应的加固措施。首先调查桥梁所处环境和目前状态，获得桥梁养护维修和受灾害的情况；其次了解桥梁设计资料，熟悉建筑和结构施工图；再进行桥梁结构混凝土材料性能的检测，如强度、尺寸、配筋和缺陷等，是否满足设计和规范要求；最后根据调查和检测结果，建立计算模型，计算桥梁承载力和变形是否满足要求，并通过静动载试验检测桥梁在荷载作用下的工作性能。
当桥梁结构无法满足承载能力、通行能力（交通量增加、受灾后等）等要求时，需要对桥梁进行加固或技术改造。常用的加固方法,包括减轻恒载、加固临界杆件、补充新杆件、改善原结构的受力体系或加固主要承重结构构件等，以达到提高桥梁整体承载能力的目的；常用的技术改造，包括满足承载力要求的结构补强，满足通行能力要求的桥梁加宽、满足使用要求的结构受力性能改善。桥梁的加固和技术改造都要结合桥梁具体情况和检测数据结果来制定经济、施工可行的方案。
五、桥梁检测的应用及意义
通过对桥梁的使用状况、缺陷和损伤进行全面、细致、深入的现场检测，明确缺陷和损伤的性质、部位、严重程度及发展趋势，寻找缺陷和损伤产生的原因，以便分析、评价缺陷和损伤对桥梁使用性能和承载力的影响，为桥梁维护、加固、改造设计提供及时、有针对性的第一手资料。
对桥梁进行全面检测，系统地收集当前桥梁技术数据，积累技术资料，为充实桥梁数据库、加强桥梁科学管理和提高桥梁技术水平提供必要条件；通过合理设计检测的方法，辅以布设长期监测设备，逐步建立桥梁健康监测系统，确保桥梁长期安全运营，以发挥其最佳经济效益和社会效益。
