昆明某石拱桥检测及质量评定

郝 鹏

（云南省建筑科学研究院，云南 昆明 650223）

0 引言

由于该石拱桥地处交通要道，长期受重车碾压，为了掌握石拱桥在运营中结构承载能力及桥体内部是否存在裂缝、塌陷等损害，通过运用荷载试验、地质雷达等一系列综合检测手段，全面了解该桥主体结构在荷载作用下的工作状态及其使用功能是否符合图纸设计和规范要求，了解内部材料损伤程度及均匀性变化情况，以保证后期营运的可靠性，为该桥后续的正常使用提供技术依据，也为后期维护及加固提供借鉴。

1 工程概况

该石拱桥位于昆明市郊县，是连接城区与矿区的必经之路，始建于 1966 年，单孔形式，净跨度 25 m，矢跨比 1/5，等截面，为乱石翻拱砌筑，花砌桥台，桥台基础均至平整页岩层，基底坚实，该桥设计荷载为：汽-18 和拖-80。

2 检测过程

2.1 静载试验

2.1.1 确定试验荷载

根据该石拱桥原设计图纸和相关规范［1］，以结构控制截面影响线荷载最不利位置进行布载，按内力或位移等效原则加载，本次该石拱桥静载试验按内力等效的原则进行加载，使其试验荷载效率系数满足 0.85≤η≤1.05。

本次试验采用翻斗载重汽车作为加载荷载，整车重（车重+荷重），共 4 辆。该桥共需试验加载车辆 4 辆，即满载（见表 1）。

表1 加载汽车一览表

2.1.2 试验工况

根据现场试验条件，确定本试验工况共分为两个（见表 2）。

表2 试验工况

选择该桥的荷载最不利位置进行布载，试验荷载布置如图 1 所示。

图1 不同工况加载位置图

2.1.3 测点布置

根据现场的实际情况及该桥的受力特点，本试验主要测点布设如下：拱顶，拱脚处布设挠度观测点，如图 2 所示。挠度观测为跨中、支座截面，用精密水准仪、千分表观测。裂缝观测采用裂缝测宽仪进行检测。

图2 测点位置图

2.1.4 试验工况Ⅰ

工况Ⅰ为中载，因此拱桥受力相对均匀，实际测得控制截面挠度值如表 3、图 3 所示。

表3 工况Ⅰ位移值

图3 工况Ⅰ试验挠度曲线图

2.1.5 试验工况Ⅱ

工况Ⅱ为偏载，因此拱桥受力偏移，理论上挠度值1 #、3 # 与 2 #、4 # 读数会有相对较大的差值，实际测得控制截面挠度值如表 4、图 4 所示。

表4 工况Ⅱ位移值

图4 工况Ⅱ试验挠度曲线图

工况Ⅱ下，所加荷载为偏载，从数据可以看出，最大挠度同样出现在 1# 测点，最大挠度值为 0.007 mm。卸载后拱桥体回弹良好，数据正常。

2.2 外观质量检测

2.2.1 损伤检测

本次检测主要查看拱桥桥体、桥面、支座、拱圈有无风化、开裂、渗水、脱落等，经过现场勘察结果如下。

1）试验前：该拱桥桥体、桥面、支座各处无明显风化、所测裂缝＜ 0.2 mm，拱圈局部少量风化脱落。

2）试验时：加载及卸载过程，桥体、桥面、支座、拱圈未发现可识别的变形，未见新增裂缝及既有裂纹扩展，未闻结构异响。

3）试验后：该拱桥桥体、桥面、支座、拱圈进行检查，未发现变形、新增裂缝及既有裂纹扩展以及其他结构异常状况。

虽经多年使用，该拱桥外观无明显损伤，砌筑质量较好，灰缝完整，且并未风化，支座完好无破损，无受力裂缝，拱圈完好无变形，局部有少量风化现象。

2.2.2 砂浆强度检测

采用砂浆贯入仪对砌筑砂浆强度进行检测，经现场检测计算后，该拱桥砌筑砂浆强度达到设计值50号砂浆强度等级，满足设计图纸要求。

2.2.3 垂直度检测

根据现场条件以及拱桥结构特点，垂直度观测点沿着桥体两侧，均匀对称布置，经观测，各测点实测倾斜量及倾斜率如表 5 所示。

表5 试验工况

最大倾斜率 4.8 ‰，经现场复查勘验，判定为施工偏差。

2.3 地质雷达探测

本次检测所采用的仪器为美国 SIR-3 000 型便携式探地雷达及其配套的 400 MHz、250 MHz 天线。通过地质雷达探测，了解桥梁结构在长期运营过程中是否存在局部的结构破坏，包括拱桥内部是否产生裂纹、是否积水以及均匀性变化等，以此判断现阶段拱桥结构的隐蔽病害，综合评价其质量情况。

2.3.1 测线布设

沿平行于桥面向昆明方向均匀布设 5 条测线，3 条400 MHz 频率测线与 2 条 250 MHz 频率测线（见图 5）。

图5 测线布置图

2.3.2 雷达图谱

经分析处理后得到 5 条测线的雷达图谱，沿桥面依次排开（见图 6）。分析雷达图谱［2］可知：①在桥身拱上部分填充介质均匀，无明显塌陷、积水及较大的挤压缩涨现象。②在测线 2 和测线 3 拱顶局部路面轻微变形。③在桥体拱与桥面接触部位，局部区域不饱满有较明显的分界面，初步推断其主要与施工工艺有关。④桥体伸缩缝局部已抵拢。⑤桥体内部未见明显贯通裂缝。

3 结论及建议

3.1 检测结论

3.1.1 荷载试验

根据试验结果，对本桥可得出如下结论。

1）本次试验荷载效率系数为 0.8～1.05，校验系数在正常范围内。

2）实测挠度偏载增大效应系数均小于一般规定值。实测挠度/计算跨径最大值在 l/1 000 之内，符合规范［1-3］要求。说明桥拱整体受力性能良好。

图6 各测线雷达图谱

3）卸载各测点回弹良好，无残余变形，说明结构在试验荷载下处于弹性受力状态。

4）在最大试验荷载作用下加载截面及支座未出现裂缝。

3.1.2 外观质量检测

1）试验前、中、后：桥体、桥面、支座无明显风化，拱圈局部风化脱落，拱桥裂缝均＜ 0.2 mm，满足 JTG/T J21－2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》要求。

2）根据测试支座砂浆强度达到设计 50 号砂浆强度等级，且砂浆饱满。

3）经观测，该桥各测点倾斜率均在 JTG F80/1－2004《公路工程质量检验评定标准》允许范围内。

3.1.3 雷达探测结论

分析雷达图谱可知：①在桥身填充介质均匀，无塌陷、积水及较大的挤压缩涨现象。②拱顶局部路面轻微变形。③桥体伸缩缝局部已抵拢。④桥体内部未见明显贯通裂缝。

综上所述：虽然该拱桥经长年服役，但其强度、刚度均满足设计图纸和国家规范要求，在试验荷载作用下处于正常工作状态，主要指标挠度和裂缝实测值均满足要求，卸载后回弹良好。桥体内部填充介质均匀，无塌陷、积水及较大的挤压变形，内部无明显受力产生的贯通性裂缝，该桥仍可继续服役。

3.2 建议

1）在今后桥梁运维中，应保持拱桥结构、桥面等养护，减少病害对拱桥使用寿命的影响。

2）加强对拱桥结构及构件的定期检测，实时掌握其结构受力情况和安全状况，以便及时发现损害，及早介入。

3）控制通行车辆的时速、载重等，减少动荷载对桥梁的冲击影响。

4 结语

桥梁检测大多采用动、静载试验等单一手段进行，但对于石拱桥来说，其主体内部填充介质对桥体承载和结构安全起着至关重要的作用，因此本文通过运用荷载试验、地质雷达等一系列综合检测手段，从外部荷载作用下的承载情况、现阶段质量状况，以及拱桥内部填充介质损伤及均匀性变化情况，更加全面的掌握该桥主体结构的承载能力，桥体病害情况、正常使用功能等对后续结构安全使用的影响，清晰的指明了后期营运养护的方向和重点，为后期对该桥加固也提供了技术依据。