謝茂宇
中鐵二院重慶勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 重慶 400023
現(xiàn)在橋梁工程運(yùn)維管理作業(yè)中,工作人員須采取有效的加固方案,提升橋梁結(jié)構(gòu)的綜合使用壽命,并且根據(jù)前期探測(cè)到的信息、數(shù)據(jù)資料,對(duì)加固作業(yè)的細(xì)節(jié)、流程、內(nèi)容進(jìn)行嚴(yán)格把控,提升整個(gè)項(xiàng)目的綜合管控水平。
超聲波檢測(cè)技術(shù)借助非破壞性的檢測(cè)方案,通過(guò)發(fā)送高頻聲波,測(cè)量聲波在材料內(nèi)部的傳遞速度和反饋情況來(lái)評(píng)估結(jié)構(gòu)內(nèi)部的狀態(tài)。在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測(cè)活動(dòng)中,工程師可利用相關(guān)技術(shù)識(shí)別裂縫、裂紋、孔隙、腐蝕等病害問(wèn)題;同時(shí)也能夠?qū)︻A(yù)應(yīng)力鋼束的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中,工程師可利用超聲波檢測(cè)技術(shù),對(duì)比聲波傳播速度的降低或反射信號(hào)異常的情況,推斷出主體結(jié)構(gòu)存在的損壞問(wèn)題[1]。通過(guò)深入評(píng)測(cè)相關(guān)數(shù)值指標(biāo),可幫助工程師確定問(wèn)題性質(zhì)以及嚴(yán)重程度,從而制定修復(fù)方案。
磁粉檢測(cè)技術(shù)通常借助磁學(xué)原理,檢測(cè)鋼筋表面磁場(chǎng)分布,評(píng)估鋼筋的健康狀態(tài),可對(duì)橋梁工程中預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性指標(biāo)進(jìn)行管控。在進(jìn)行檢測(cè)前,工程師需要在鋼筋表面涂抹磁粉,而相關(guān)磁粉顆粒在受到磁場(chǎng)作用的情況下會(huì)在鋼筋表面呈現(xiàn)出規(guī)律排布的情況,形成對(duì)應(yīng)的圖案。在檢測(cè)過(guò)程中,工作人員可利用磁粉檢測(cè)儀器來(lái)觀察此類(lèi)異常現(xiàn)象,通過(guò)評(píng)估磁粉在鋼筋表面的排列狀況,以及分布圖案,可發(fā)現(xiàn)其中潛在問(wèn)題。工作人員需要在檢測(cè)過(guò)程中耐心細(xì)致收集數(shù)據(jù)信息,確定問(wèn)題的嚴(yán)重性,從而及早發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼束存在的問(wèn)題,并且采取必要的維護(hù)措施。
實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)較為常見(jiàn),通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量,可對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力指標(biāo)以及理化參數(shù)進(jìn)行深入分析。工程師可在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中對(duì)鋼筋材料的物理特性、化學(xué)特性進(jìn)行評(píng)估,通過(guò)力學(xué)測(cè)試以及化學(xué)檢測(cè),可對(duì)相關(guān)材料的耐久度以及綜合性能進(jìn)行評(píng)測(cè)。在實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)過(guò)程中,工程師對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁進(jìn)行測(cè)驗(yàn)可通過(guò)強(qiáng)度測(cè)試,對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估分析,在實(shí)驗(yàn)室條件下可對(duì)混凝土樣本施加一定的壓力來(lái)測(cè)量其抗壓強(qiáng)度。而在對(duì)應(yīng)的測(cè)量環(huán)節(jié),工程師也可對(duì)鋼筋性能進(jìn)行檢測(cè),包含進(jìn)行抗拉強(qiáng)度測(cè)試、屈服強(qiáng)度測(cè)試等,確保預(yù)應(yīng)力鋼筋的性能滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求。
在完成力學(xué)性能測(cè)試之后,工程師在實(shí)驗(yàn)室中也可通過(guò)化學(xué)分析,對(duì)混凝土樣本的化學(xué)成分進(jìn)行評(píng)測(cè),以此來(lái)檢測(cè)混凝土中的各類(lèi)摻合劑、骨料的投放比例是否合理,評(píng)估其成分配比是否滿足前期的質(zhì)量管控需求。在該環(huán)節(jié),工程師也可進(jìn)行溫度測(cè)試,對(duì)橋梁工程預(yù)應(yīng)力混凝土的鋼筋性能以及在極端溫度下的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)測(cè)。因此,在實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)過(guò)程中,工程師可采取多元化的測(cè)量方式,通過(guò)物理測(cè)試、化學(xué)測(cè)試以及力學(xué)測(cè)試,從耐久性、水滲透性測(cè)試、抗壓強(qiáng)度測(cè)試、密實(shí)度測(cè)試以及鋼筋耐腐蝕性能測(cè)試等多個(gè)層面,完成對(duì)各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)的管控,并且出具相應(yīng)的檢測(cè)評(píng)價(jià)報(bào)告。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的專業(yè)化檢測(cè),可更加直接、全面地反映出橋梁工程中預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)存在的病害問(wèn)題,從而幫助工程師從更加細(xì)微、深入的層面來(lái)改善結(jié)構(gòu)加固策略。
紅外熱成像技術(shù)作為一類(lèi)非破壞性的檢測(cè)手段,可識(shí)別出橋梁存在的結(jié)構(gòu)異常。由于不同物體存在不同的溫度圖譜,在分子熱運(yùn)動(dòng)的情況下會(huì)產(chǎn)生紅外輻射,工程師可借助紅外熱成像設(shè)備檢測(cè)到相關(guān)輻射并且生成溫度圖像。在檢測(cè)分析過(guò)程中,工作人員可通過(guò)紅外熱成像設(shè)備來(lái)掃描橋梁表面結(jié)構(gòu),評(píng)估圖像中的溫度分布,可檢測(cè)到相關(guān)區(qū)域存在的質(zhì)量問(wèn)題(如在潮濕、裂縫、腐蝕),相關(guān)病害問(wèn)題會(huì)出現(xiàn)溫度分布異常的情況,從而可以幫助工作人員識(shí)別出其中潛在的故障點(diǎn)位。
鋼筋探測(cè)雷達(dá)技術(shù)在檢測(cè)預(yù)應(yīng)力混凝土鋼筋位置過(guò)程中的應(yīng)用較為常見(jiàn),可根據(jù)反射信號(hào)來(lái)定位鋼筋位置,對(duì)其分布以及可能存在的腐蝕情況進(jìn)行評(píng)估分析。首先,工作人員需要利用雷達(dá)掃描,對(duì)鋼筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,通過(guò)雷達(dá)波束與鋼筋互動(dòng)產(chǎn)生反射信號(hào),在不損壞主體結(jié)構(gòu)的情況下,可探明鋼筋的位置以及各項(xiàng)參數(shù)。工作人員需要將采集得到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理,生成鋼筋位置圖像,相關(guān)圖像可反映出各種參數(shù)指標(biāo)評(píng)估鋼筋狀態(tài)[2]。但是,在數(shù)據(jù)處理以及圖像生成過(guò)程中,通常會(huì)以二維或三維的形式,將整體結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出來(lái),工程師須具備較強(qiáng)建模分析能力,從而才能夠獲取更加完整、全面的狀態(tài)信息。
在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁加固作業(yè)中,工作人員結(jié)合檢測(cè)得到的結(jié)果,可選擇粘貼預(yù)應(yīng)力鋼束的策略來(lái)提升整個(gè)結(jié)構(gòu)的完整性。相關(guān)技術(shù)主要是在混凝土結(jié)構(gòu)表面粘貼或埋設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼束,增加原有的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),使鋼結(jié)構(gòu)的承載性能、剛度得到提升。預(yù)應(yīng)力鋼束通常是以螺旋形或螺桿形式布置在混凝土表面,工作人員須利用高強(qiáng)度的粘合劑或粘膠,將混凝土進(jìn)行粘貼固化,并且施加對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力力量,將混凝土結(jié)構(gòu)拉升,從而使其結(jié)構(gòu)承載性能大幅度提升。
首先,工作人員需要考慮橋梁承載性能指標(biāo),評(píng)估橋梁設(shè)計(jì)的最大荷載,通過(guò)前期在進(jìn)行磁粉檢測(cè)過(guò)程中獲取到的數(shù)據(jù)信息,通過(guò)鋼筋傳導(dǎo)的磁場(chǎng),結(jié)合磁粉的狀態(tài),評(píng)估此時(shí)鋼筋結(jié)構(gòu)存在的破損異常以及預(yù)應(yīng)力損失,明確結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與當(dāng)前檢測(cè)結(jié)果之間存在的差異;再采取精細(xì)化的粘貼措施,增加鋼束的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),從而提升其綜合承載性能。此類(lèi)方法可根據(jù)前期的檢測(cè)結(jié)果,針對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的損傷,如裂紋、腐蝕,采取有效管控,可減少維護(hù)成本。在進(jìn)行粘貼之前,工作人員需要確定加固需求和參數(shù),選取合適的預(yù)應(yīng)力鋼束和粘接材料,使其穩(wěn)固度和牢固度得到提升。
其次,在施工過(guò)程中,工作人員須保證預(yù)應(yīng)力鋼束得到正確粘貼,并且預(yù)應(yīng)力力量的施加均勻,從而使整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量得到提升。在實(shí)踐操作過(guò)程中,工作人員首先需要對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行處理,確保表面清潔、光滑、無(wú)油污以及松散顆粒,而為了達(dá)到清潔管控目標(biāo),工作人員可采取噴砂或借助高壓水切割的方式,對(duì)表面進(jìn)行整平處理,從而保證粘接劑能夠充分附著在材料表面。
之后,工作人員需要采用雙組分環(huán)氧樹(shù)脂膠,按照一定的溫度、濕度要求,完成對(duì)粘貼劑的使用,提升固化效果。緊接著,工作人員便需要施加對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力力量。此時(shí),可利用液壓拉伸機(jī)等設(shè)備,控制預(yù)應(yīng)力鋼絲的拉伸力量,從而使力量能夠均勻分布,避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)形變或破壞。在加固之后,工作人員需要實(shí)時(shí)檢測(cè)加固效果,可通過(guò)采用應(yīng)變劑、位移傳感器設(shè)備,對(duì)加固結(jié)構(gòu)在荷載加持下的形變狀況進(jìn)行評(píng)測(cè)分析,根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)高效的質(zhì)量控制??傮w來(lái)說(shuō),粘貼預(yù)應(yīng)力鋼束作為一種高級(jí)的交互手段,工作人員須進(jìn)行前期的結(jié)構(gòu)破損檢測(cè),分析評(píng)估當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)置與原有的施工設(shè)計(jì)存在的差異和出入,制定出更加嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的加固計(jì)劃和方案;通過(guò)精密設(shè)計(jì),嚴(yán)格管控施工過(guò)程,可進(jìn)一步增強(qiáng)加固效果。
外包裝技術(shù)在結(jié)構(gòu)修復(fù)管控過(guò)程中使用較為常見(jiàn),主要是在混凝土結(jié)構(gòu)外部粘貼新的支撐材料來(lái)提升其承載能力。在外包裝技術(shù)的加持下,可提升整個(gè)結(jié)構(gòu)的完整性[3]。在對(duì)外包裝加固策略進(jìn)行使用的過(guò)程中,工作人員須評(píng)估混凝土強(qiáng)度、裂紋情況、結(jié)構(gòu)、幾何狀態(tài),根據(jù)評(píng)估結(jié)果,對(duì)外包裝加固策略進(jìn)行設(shè)置。確定預(yù)應(yīng)力力量以及新的材料分布方式具體加固方案。具體來(lái)說(shuō),工程師可結(jié)合前期的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)分析,對(duì)鋼筋材料、混凝土結(jié)構(gòu)的理化指標(biāo)進(jìn)行評(píng)測(cè),對(duì)當(dāng)前混凝土結(jié)構(gòu)存在的性能缺失進(jìn)行評(píng)估,從而對(duì)整個(gè)橋梁工程預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行模擬評(píng)價(jià)。之后,再結(jié)合超聲波檢測(cè),探明整個(gè)橋梁工程結(jié)構(gòu)中的各項(xiàng)參數(shù)信息,如裂縫、幾何形狀等,根據(jù)評(píng)測(cè)結(jié)果,來(lái)制定更加細(xì)致深入的施工方案。在完成前期的評(píng)測(cè)分析之后,工作人員便需要選取合適的鋼筋以及粘合劑材料,提升加固性能。而對(duì)外包裝材料的使用要求相對(duì)較高,工程師可結(jié)合碳纖維、鋼筋纖維來(lái)改善原有的結(jié)構(gòu)性能,并且輔助新的預(yù)應(yīng)力鋼束達(dá)到更加良好的加固狀態(tài)。但是,工作人員在表面處理過(guò)程中需要針對(duì)不同裂縫狀況,根據(jù)裂縫的深度、寬度以及其表面結(jié)構(gòu)的破損,采取不同的外包裝修復(fù)措施,并在完成外包裝修復(fù)之后進(jìn)行質(zhì)量控制,評(píng)測(cè)加固效果。
增加梁段是一種常見(jiàn)的加固舉措,主要是通過(guò)改善橋梁結(jié)構(gòu),新增額外的梁段來(lái)分?jǐn)偢嗟耐獠亢奢d。但是相關(guān)技術(shù)在加固作業(yè)中的使用往往具備較大的成本,工程師須進(jìn)行前期深入細(xì)致的檢測(cè)分析,根據(jù)測(cè)驗(yàn)得到的參數(shù)資料,設(shè)定更加科學(xué)合理的加固方案。在該環(huán)節(jié),工作人員也需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)評(píng)估,可利用紅外熱成像技術(shù),對(duì)整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的溫度圖譜進(jìn)行分析,評(píng)測(cè)現(xiàn)結(jié)構(gòu)存在的性能缺失問(wèn)題以及預(yù)應(yīng)力損失;緊接著便需要參照前期所開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)室分析,對(duì)混凝土強(qiáng)度損失以及其中存在的裂縫狀況、幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行管控,根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)新梁段進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)增加梁段數(shù)量,把控增設(shè)的位置、尺寸以及預(yù)應(yīng)力鋼束的布置方式,改良原有的結(jié)構(gòu)性能。而為了提升梁段的質(zhì)量,通常需要采取預(yù)制生產(chǎn)的方式,在制造過(guò)程中,工作人員可通過(guò)預(yù)制工廠的專業(yè)化生產(chǎn),對(duì)梁段的質(zhì)量、尺寸、預(yù)應(yīng)力鋼束的安裝方式進(jìn)行設(shè)計(jì),從而提升梁段的綜合承載性能。
在完成對(duì)于梁段的預(yù)制生產(chǎn)之后,工作人員便需要將新的梁段與現(xiàn)有橋梁連接在一起,可借助高強(qiáng)度的連接材料以及預(yù)應(yīng)力鋼束來(lái)提升整個(gè)連接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在完成連接之后,工作人員可施加對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力力量,通過(guò)液壓拉伸設(shè)備來(lái)增加力量,從而使新的梁段處于良好的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。在完成加固之后,工作人員便需要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),保障加固效果。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中可使用各種傳感器,評(píng)估在不同荷載下橋梁的形變狀況??傮w來(lái)說(shuō),工作人員在施工過(guò)程中需要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的可靠度以及使用壽命進(jìn)行評(píng)估分析,根據(jù)前期檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)來(lái)合理設(shè)置對(duì)應(yīng)的施工方案和計(jì)劃,從而降低成本。
底部加固作為一類(lèi)支撐技術(shù),主要是在橋梁底部增加額外的結(jié)構(gòu),提升橋梁的綜合承載性能。在對(duì)底部加固技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中,工作人員可在橋梁底部引入額外的預(yù)應(yīng)力,提升橋梁的荷載能力。相關(guān)技術(shù)的核心在于對(duì)施工預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)進(jìn)行管控,同時(shí)對(duì)新結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)置,提升整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,延長(zhǎng)橋梁系統(tǒng)的使用壽命。
首先,工作人員需要徹底評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu),可結(jié)合當(dāng)前的參數(shù)信息以及檢測(cè)結(jié)果,根據(jù)過(guò)往的橋梁歷史使用狀況、結(jié)構(gòu)材料狀況以及任何存在的結(jié)構(gòu)問(wèn)題,評(píng)估“當(dāng)前橋梁是否需要得到加固,在哪些地方需要進(jìn)行加固”。在該環(huán)節(jié),工作人員可借助上文所講解到的鋼筋探測(cè)雷達(dá)技術(shù),通過(guò)雷達(dá)掃描,對(duì)整個(gè)橋梁的鋼筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,評(píng)估橋梁整體結(jié)構(gòu)的性能損失。通過(guò)由鋼筋探測(cè)雷達(dá)技術(shù)生成二維、三維圖像,將橋梁整體結(jié)構(gòu)完整展現(xiàn)出來(lái),并且通過(guò)建模分析可評(píng)判當(dāng)前的結(jié)構(gòu)損失。工作人員可根據(jù)三維圖組以及虛擬模型進(jìn)行荷載分析,考慮橋梁實(shí)際的運(yùn)行條件以及當(dāng)前新增加的交通荷載狀況,確定新的預(yù)應(yīng)力施加位置以及各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)。
緊接著,在預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中,工作人員可借助錨固點(diǎn)和張拉序列,確定預(yù)應(yīng)力鋼筋的數(shù)量和位置,平衡橋梁的受力分布。之后,在施工過(guò)程中對(duì)底部支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理生產(chǎn)制備。工作人員須合理選用支撐類(lèi)型,比如可結(jié)合橡膠支座、鋼制支座,保證新增加的支撐結(jié)構(gòu)能夠均勻分擔(dān)荷載,并且提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能。在后續(xù)具體施工過(guò)程中,工作人員需要對(duì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝,同時(shí)也需要對(duì)預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量管控。但是在支撐作業(yè)中,工作人員也需要對(duì)支撐底部進(jìn)行合理設(shè)計(jì),確定支撐結(jié)構(gòu)底部的幾何尺寸、形狀;同時(shí)也需要考慮當(dāng)前地基結(jié)構(gòu)的承載性能,考慮支撐的高度以及可能的調(diào)整機(jī)制,對(duì)結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行預(yù)測(cè)分析,從而提升支撐結(jié)構(gòu)的耐久性和穩(wěn)定性。另外,在施工質(zhì)量管理過(guò)程中,工作人員也需要及時(shí)安裝對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備,及時(shí)跟進(jìn)支撐結(jié)構(gòu)的性能變化,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并且采取有效糾正措施。在完成支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)置之后,工作人員也需要及時(shí)調(diào)整支撐結(jié)構(gòu)的狀態(tài),包含對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建和打造,對(duì)破損部分進(jìn)行維護(hù)、修繕、改善,從而保證整個(gè)結(jié)構(gòu)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。
現(xiàn)階段,在橋梁工程預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)加固過(guò)程中,工作人員需要采取綜合、全面的管控措施,從人、機(jī)、料、法、環(huán)的多個(gè)角度,降低整個(gè)工程項(xiàng)目的施工成本。工程單位需要將混凝土橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果與加固方案整合在一起,通過(guò)數(shù)據(jù)分析,確定加固類(lèi)型以及加固策略,以此來(lái)降低加固成本。在施工環(huán)節(jié),工程師還需要進(jìn)行建模分析以及力學(xué)性能測(cè)試,對(duì)不同的加固方案進(jìn)行把控,并制定更加嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的加固流程,提升整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
由于橋梁工程預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的損失現(xiàn)象較為常見(jiàn),工程師需要在后續(xù)加固作業(yè)中做到常態(tài)化的維護(hù)保養(yǎng),結(jié)合紅外測(cè)溫技術(shù),及時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的溫度圖譜以及各項(xiàng)溫度信息,分析結(jié)構(gòu)的變化,采取及時(shí)維護(hù)策略,有效降低后續(xù)進(jìn)行大規(guī)模檢修期間所花費(fèi)的成本。工作人員需要做到全過(guò)程、全生命周期的質(zhì)量管控,對(duì)加固方案以及各項(xiàng)加固策略進(jìn)行靈活使用,提升整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的綜合穩(wěn)定性。
總體來(lái)說(shuō),在橋梁工程預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測(cè)與加固作業(yè)中,工作人員需要制定嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的管理方案,優(yōu)化加固流程,補(bǔ)充技術(shù)細(xì)節(jié),在施工過(guò)程中做到精細(xì)化分析管控,提高整個(gè)橋梁工程系統(tǒng)的綜合使用壽命。