改扩建公路工程空心板桥的检测评估试验技术研究

徐鑫，李津炜

（山东省烟台市海阳公路建设养护中心，山东 海阳 265100）

1 引言

将道路规模扩大，使其更加宽阔并将其修缮的工程项目被称为公路扩建。空心板桥是一个巨大的结构，所以改造空心板桥桥梁的计划与实施非常关键。旧板桥的稳固与板桥的拆除、修缮成本相差很多。交通运输部新版《公路工程技术标准》中明确提出，应对有关桥梁的扩建和拼接的方案进行评估以及监督，且要达到工程新标准中的要求，在对桥梁进行加固和修补后，它的荷载应达到新标准中的规定。公路改扩建设计细则还规定了有些人工建筑物和加宽道路的整体预算。一般情况下公路能够承受的最高荷应不超过原设计等级，在达到道路承受限制时的荷载需要使用现行等级。

对桥梁进行检测和评估的目的是检查它的负荷能力以及建设方法，它包括荷载实验、调查分析等方式。因为桥梁的维护使用、技术方案、施工到结束等都是增加桥梁荷载能力改变其构造的因素。所以，在对桥梁的承载情况和建筑水平进行评估是需要很高的专业技术，难度非常大。桥梁检测评估技术理论及体系的健全，将有助于工程技术人员对桥梁的负荷极限进行精准的判断，这样可以保障桥梁在使用时更加安全。

2 桥梁加宽改造工程施工工艺技术分析

（1）在桥梁拓宽改建项目施工作业前，必须针对被改建桥新旧桥梁形成一个全面的观察体系，以便于准确的发现拓宽工程施工对新旧桥梁带来的不良影响。另外，因为路桥工程拓宽属于对既有路桥的改建，所以必须使既有构造物成为项目建设的主要控制基础。拓宽改建的桥应该在路面的纵坡、横坡等方面能够和老桥构成良好的连接。

（2）对原桥梁的拓宽改造建设项目施工部门来说，在工程建设作业前应当严密地按照原工程设计图纸对原桥梁的总体构造状况进行检查，并明确要求加宽改造桥梁时的总体状况应当与原设计图纸说明相一致，对出现了严重差错的状况，还应当及时报告给建设项目的业主并会同相关设计部门对原总体的设计方法进行调整，以防止在后期工程施工过程中再次出现问题。在检查无误之后，就必须对桥梁的加宽工程进行施工放线，并着重针对桥梁加宽的顺接性摆样控制轴线进行核对，以确保在施工时摆样的准确性。

（3）根据建筑工程标准计量管理规范的规定。在开展桥梁工程施工作业之前，由建筑施工公司在恢复中桩时提供的所有水平导线控制点高程为基础，且将全部的桥梁工程质量控制点反复检查、测量，与此同时也检测了桥梁的每一个水准高度控制点。各工程区域内的最高水位控制点、导线节点等均应当移至线外安全处，其所设置的最高水位控制点也应当满足精度规定。除此之外，工程项目在开工之前，需要对每个桥梁墩台顶部标高、桥面标高、坐标、角度等技术参数进行审核计算，如出现了问题，可及时采取相应的措施。

（4）对桥梁下部结构高程的调节。要保证大桥拓宽改建项目施工作业成功的实施，就需要对大桥下部结构的建筑高度加以精确地控制。而现阶段，在建设项目施工中对桥梁工程的建筑高度的控制方法，大致有顺接取缔法和建筑标高控制律2种表现形式，建筑高度取缔法主要是严格按照施工单位建设设计图纸进行建筑标高的控制，而顺接法则主要在桥梁拓宽工程施工现场中严格按照新旧盖板机械结合面的上下点标高进行建筑高度限制，所以现阶段在桥梁拓宽工程施工现场中，一般采用顺接原则进行建筑标高的控制。

（5）其他注意事项。对于新旧桥梁连接位置的混凝土浇筑及其上的混凝土铺装应该同时浇筑。为了避免对旧桥的空心板造成损伤，拆除旧桥的混凝土时应首选无震动切割拆除术。规划扩大桥梁面积的工程项目，应该按照现有桥梁的上部结构以及下部结构的质量情况，合理地制定施工方案。按照同结构、同跨径以及上连下不连的原则制定施工方案，并将控制新旧桥梁工程的不均匀沉降作为施工控制的重点。

3 公路改造与扩建方案的评测方式

评估桥梁的扩建与改造要确定整个工程施工情况，包括对项目的可行性以及所带来的经济利益等多个角度进行评估，在根据具体情况提出改建的建议。一般有关的工程改造都是考虑维护部门的利益，所提供的意见均是工程维护方面的建议以及想法。经过对比分析，得到了对我国高速公路改扩建中桥梁检测与评价方案适用性的评估，如表1所示。

表1 评估方法可行性调查

通过实践与分析，我们最终得出了适合改造扩建我国高速公路桥梁的评估方法以及测试技术，表1为具体检测方式。

在桥梁改造新标准的实施过程中，桥梁的结构技术和荷载能力达到新标准中的规定以及测试方法评估手段这两方面是桥梁评估和测试的核心所在。

4 公路扩建改造项目的评估检测使用情况

（1）结构整体技术测评

以某段扩建改造桥梁公路中的中小桥为评估对象，10~18m长的桥梁占总长度的40%。按照桥梁表面的观察情况，根据新标准对每个桥梁结构与技术做出评价并排序。在对荷载力进行深入的检测和评估，了解每个桥梁的建筑技术，在桥梁的扩建和改造时作为参照。全线空心板桥中，一类桥梁占比8%、二类桥梁占比40%、三类桥梁占比52%。

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（2）现场检测桥梁荷载力

通过实际考察与实践，按照技术文件的规定，使用了集中不同的跨径对桥梁荷载进行测试。测试中使用了2种加载技术，根据车的重量实时调节加载分布的地点。判断在新标准文件中一般桥梁的负荷能力的挠度变形曲线。

工况一：跨中截面正弯矩设最不利位置（中载）；

工况二：跨中截面正弯矩设最不利位置（偏载）。

在测试断面使用由低到高分级加载的方法，然后逐级将荷载量降低为零。

使用的加载方法是从最小荷载开始，依次递加至荷载最高值再依次将荷载递减为零，观测桥梁静力工作性能的试验的使用设计标准活荷载最不利梁荷载分级，效应值分别为51%、32%、68%、96%。

（3）实验室承载力试验

测试桥梁抗弯曲能力的实验的方法为在跨的中间设立分配梁，使用2个支撑点，在分配梁上放置液压千斤顶增加它的负荷。测试受剪承载力：18m、12m等多种钢筋混凝土空心板采用液压千斤顶2点施加荷载方式，空心板剪跨比均存在差异（图1）。

图1 不同尺寸空心板剪跨比

另外，在实测跨中弯矩－位移曲线中存在多个差异：第一个转折点，通过这个点可以看出混凝土在下缘不参与任何工作，预应力钢管负责承受横截面的全部内力；而第二个转折点则是构件的破裂点，构件完全损坏。这2个转折点把桥体检测分出3个不同的受力部分，分别为桥体塑性变形延伸部分、混凝土弹性工作部分、构造破坏阶段。按《公路工程技术标准》中的方式计算出车辆在运行时剪力的地点，也就是表明桥梁弹性工作状态。

在检测时应注意：在检查的过程中我们发现空心板桥三类桥梁的板底有1个裂缝呈纵向，或许是板的质量较差，三类桥梁的最大收件荷载能力值仅仅达到499kN，非常接近剪力设计的最大值，是新标准计算中抗剪能力值的1.4倍。空心板的二类桥梁的最大抗剪承载力为590kN，空心板的三类桥梁的最大抗剪承载力为409kN，计算车辆作用于桥梁剪力强度的位置在依据文件新标准中的方法时，也就是桥梁在弹性工作的状态下，表明了若汽车荷载设计可调节，那么依据新标准中的规定，桥体的承载能力已经达到标准范围。受剪切和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》的关键用处是在抗剪切设计当中，如I形、矩形或T形，腹板位置是用来承受抗剪荷载。桥体的横截面均为闭口截面，它与开口截面的弯曲剪应力的位置明显不同，因此不应该用同样的公式中的最小腹板厚度值b来计算它的抗剪承载力。负责横截面抗剪承载的包括形成闭口截面的顶地板和腹板。大部分业内人士都知道计算抗剪承载力的正确方法不适合用在闭口截面。我国很多科研人员和部门针对开口截面的抗剪承载力的计算进行深入的研究和测试，到目前为止，仍然没有最标准的抗剪承载力的计算公式。

（4）承载力数值分析及验证

使用的分析软件是Abaqu数值模拟技术，根据混凝土对塑性模型的伤害性，把不同大小的空心板桥进行抗剪承载力和抗弯曲进行非线性变化有限元分析，对空心板桥的荷载破损极限做出模拟测试，将分析的数据与测试结果进行对比。塑性模型容易被钢筋破坏，按照材料的真实性能并依据《混凝土结构设计规范》设计混凝土应力——应变曲线，同时也按照能量等效原则考虑破坏因素等参数。一般钢筋塑性模型使用的是双折线的，可塑性弹性最标准的模型是预应力钢筋。从检测结果我们可以看出，若使用合适的约束条件和材料结构，Abaqus分析出的桥梁荷载力于破坏极限相对准确。空心桥板的抗弯能力与测试结果差距比较接近。

5 结语

本文总结分析了既有桥梁检测评估方法的适应性，提出了针对改扩建桥梁适应性评价方法和指标，建立了通过总体技术状况评估、现场荷载试验、实验室承载力试验、无损检测及材料试验、承载力数值分析及验证共5个检测评估环节及系统评估方法，并在公路改扩建项目中应用，可有效并准确检测评估既有桥梁状态，为该公路改扩建工程桥梁拓宽设计和加固提供技术支撑。

本文主要内容是对现有的桥梁检测方式的适应情况进行分析，对桥梁的扩建与改造适应情况的评价指标以及方法提出意见，并组织了利用无损材料和检测实验、现场测试负荷能力实验、数据验证与分析、技术等级评价共5个系统评估方法和评估对象，而且这5个评估方法已经在公路的扩建与改造中投入使用，评估现有桥梁情况的准确率非常高，这段公路的扩建与改造稳固需要通过这些来获取技术方法及设计方案。

通过系统的分析得出以下结论：

通过对空心板桥的不同尺寸跨径的抗剪承载力与抗弯曲的分析，我们可以发现：钢筋混各片梁跨中挠度实测值、混凝土空心板的车辆抗剪承载力在新标准中，计算出桥梁活载弯矩值有变形趋势；抗剪承载力可抗弯曲的真实测试数据比设计方案中的数值多出很多，通过了标准要求；因为工程与材料各不相同，不仅有旧板桥的承载力测试还包括离散性。预应力空心板桥在通过较量技术检测后，对板桥进一步稳固后能够继续使用。

经对比与分析，承担重量位置的混凝土现浇层在被加厚之后，可以明显改善承载力与抗弯曲能力，能够达到空心板桥标准的持久性。

空心板桥的抗剪值要大于抗弯曲值，配筋设计的计算范围可依照正截面的抗弯承载力。

将混凝土的铺装层加厚是公路扩建与改造空心板桥的方法，目前整个工程已经完成且正常运行，没有任何故障。