浅谈干线公路旧桥检测评估
在干线公路养护和升级改建的实践工作中，为充分利用现有公路桥梁，使之安全、经济地为公路交通运输服务，根据《公路桥涵养护规范》、《公路工程设计文件编制办法》要求，需对桥梁进行检测评估。评估桥梁技术状况，鉴定桥梁承载能力及其使用性能，为制定桥梁养护对策或公路桥梁改建提供科学依据。在过去许多检测评估实践中，首先采用的方法是进行桥梁荷载试验。笔者通过对湖南干线公路50多座公路旧桥梁检测评估实践，认为检测评估一般可通过规范细致的质量检测及基于检测结果的结构检算进行，必要时才进行费用昂贵的荷载试验。
1、干线公路旧桥概况
湖南省干线公路桥梁大部分修建于20世纪60、70年代，80％的桥梁为各种类型的拱桥。由于这些桥梁营运时间较长，且受当时建设条件的制约，设计、施工存在一定缺陷，更由于近十年来重载车辆等因素的影响，许多桥梁都出现了不同程度的病害。这些桥梁大部分设计图、竣工图等技术资料缺失，给桥梁检测评估带来困难。
2、检测评估的依据及工作流程
交通部颁布的《公路桥涵养护规范》（JTGH11—2004），是进行桥梁技术状况一般性评定的依据。交通部于1988年颁布的《公路旧桥承载力鉴定方法》（试行稿）一直是进行旧桥适应性评定的主要依据。目前，交通部有关研究机构正在进行“公路桥梁承载能力检测评定规程”的编制，并已形成了“征求意见稿”。“征求意见稿”详细规定了桥梁调查、质量检测、结构检算、荷载试验、技术状况评定、承载能力鉴定的方法和程序，更符合当前干线公路旧桥的检测评估的需要，可作为主要参考。
公路旧桥检测评估流程如下：结构历史与现状调查一检测规划一现场检测一试验室分析一检测结果评定一检测报告与维修加固建议。
3、桥梁调查与检测
3．1 桥梁调查
首先要对桥梁进行实地考察，初步了解桥梁的技术状况和主要存在问题，然后全面收集有关桥梁勘察设计资料、施工资料、竣工资料、维修加固资料等，走访管养人员调查桥梁病害历史、交通状况。由于干线公路技术资料的缺失现象严重，实地考察和走访调查的工作要十分细致，还应包括使用中的特别事件、限速限重原因、水文、地质、使用环境等。
3．2 几何形态参数测定
干线公路桥梁几何形态参数的测定重点和难点是测定拱式结构的拱轴线和拱脚的水平变位。拱式结构的拱轴线与原设计发生变化或拱脚发生位移超过一定范围将是十分危险的，对评估结论影响很大。拱轴线按桥跨的l2分点分别在拱背、拱腹设测点，用精度为2”的测距仪进行测量。布点和测量要细致准确，真实反映现实状态。通过测量拱顶下沉，依据下述公式计算拱脚的相对水平位移：
式中：， 分别为推力影响线在l/4和l/2截面的坐标值； 分别为实测拱轴线在l/4和l/2截面的挠度值。
3．3 桥梁结构检测
干线公路旧桥结构检测的重点在裂缝检测和基础检测。结构裂缝是桥梁病害的直观表现和预兆，检测人员要优先考虑采用桥梁检测车或通过搭设支架进行近距离观测，准确区分表面裂纹和结构裂缝，对裂缝进行标识和准确记录。
地基与基础是否稳定对判定拱式桥梁是否安全十分重要。地基与基础检测采用井探、槽探、地球物理等方法进行勘探；对原状土进行物理力学试验；进行载荷试验、静力触探试验、标准贯人试验等原位测试；必要时进行钻探。
3．4 材料检测
桥梁结构承重构件的主要受力部位，应检测其材料强度。干线公路旧桥梁多为圬工砌体，石料强度可采取现场取样、试验室试压的方法进行材料强度检测。砌筑用砂浆根据当年同年代桥梁情况及桥梁现状取用。若为砼结构，一般采取回弹法检测砼强度。砼碳化深度用1%酚酞酒精溶液测量。
3．5 桥梁技术状况一般评定
根据调查和检测结果，按照《公路桥涵养护规范》的评定标准和评定方法，分别计算出每个部件的技术状况评分，综合评定技术状况等级。根据技术状况等级确定养护对策和初步判定是否需要进行结构检算和荷载试验。
可见，调查与检测是进行桥梁检测评估的重要环节，为结构检算提供基础数据，并对荷载试验提供参考。
4、桥梁结构检算
干线公路旧桥设计资料缺失，结构检算的基础数据主要依靠检测、试验数据及调查资料。检算时几何形态参数以现场测量的数据为依据，材料强度也以试验数据为准。干线公路旧桥由于修建年代较早，设计荷载等级一般较低，不能适应新规范的荷载等级要求，且设计、施工受当时技术水平限制，可能存在安全隐患。同时由于桥梁结构理论研究的进步，各种荷载对桥梁结构的影响模式有了新的研究成果，故一般而言，旧桥结构检算就是以现阶段先进的计算理论、方法对旧桥进行结构计算，在确保结构安全的情况下充分挖掘旧桥的承载潜力，以达到确定旧桥承载能力的目的。同时计算模型应与桥梁实际情况尽量接近。
旧桥结构检算时应注意一些常见的问题。
4．1 施工过程及施工工艺的影响
虽然旧桥检算时该桥已处于使用阶段，不需考虑施工阶段验算，但由于施工过程及施工工艺对结构成桥后受力有影响，故旧桥检算时仍应考虑施工过程及施工工艺的影响，桥梁调查时应走访施工或管养人员，获得相关信息，以便计算时正确考虑其影响。
4．2 横向分布系数
板拱一般不考虑荷载横向分布的影响；肋拱、双曲拱应考虑荷载横向分布对各拱肋的影响，根据相关文献和研究成果。肋拱可采用弹性支撑连续梁
法计算，双曲拱可采用偏心压力法计算；对全桥拱肋及拱上建筑也可均用空间有限元方法建模，直接计算各拱肋的受力，对大跨、重要结构，采用空间有限元方法是必要的。
4．3 基础变位
拱桥由于其结构自重大，且存在相当大的水平推力，基础易发生变位，旧桥结构检算应根据实测结果考虑基础变位对结构受力的影响，对于使用多年且实测未发现基础变位的桥，可不考虑基础变位的影响；反之，对实测发生了基础变位的桥梁则应以实际发生的基础变位考虑其影响，并应根据基础地质情况调查结果提出措施，防止继续发生基础变位或改善现已发生的基础变位情况。
4．4 空腹式拱桥
对拱式腹拱，其腹拱形式对结构的荷载响应有很大影响，其采用的是单铰拱、双铰拱或三铰拱，应在计算模型中准确反应；腹拱材料特性也应与实际情况一致，不能简单套用主拱材料。
4．5 实腹式拱桥
湖南西部、南部多山，干线公路上存在大量小跨径实腹式拱桥，该类桥梁多按拱桥手册或定型图设计，其上部结构多为标准化设计。该类桥梁，能收集到施工图、竣工图的按图计算；无法收集到图纸的可根据实测几何形态参数，按图索骥，找到对应的标准化图纸，按图计算，实腹式拱桥由于其护拱属隐蔽工程，应采用钻孔等方式核对护拱情况，结构计算时以换算截面的形式考虑护拱影响。笔者通过近20座实腹式拱桥的计算，发现绝大部分实腹式拱桥由于年代较早，设计荷载等级低，均需进行加固，加固方式以将拱背填料由填充式改为砌筑式为佳，同时为适应荷载等级的提高，应加厚桥台背墙。
5、荷载试验
在旧桥检测中，出现过荷载试验过程中压跨桥梁或给桥梁造成损害的案例，且荷载试验费用较高，需要较长时间。对于干线公路旧桥，如果在不充分了解桥梁技术状况时就进行荷载试验，很可能会给桥梁带来难以恢复的损伤，加重病害。所以在进行荷载试验之前，要明确荷载试验的目的，根据检测结果分析荷载试验是否有必要，只有根据桥梁检测和检算尚不能确定桥梁承载力时，才进行荷载试验。板拱类圬T拱桥通过几何参数测定、结构质量检测和材料强度检测，获取桥梁结构信息，通过结构检算已经可以准确地确定桥梁的承载能力，可不进行荷载试验。肋拱及双曲拱桥由于拱上对荷载横向分布系数影响较大，且由于拱上建筑病害对横向分布系数的影响难以通过计算确定，建议进行荷载试验。以下简单介绍某干线公路改建工程十板村中桥（双曲拱桥）荷载试验。
该桥为1—35m双曲拱，建于1988年，设计荷载汽车一20t，挂车一100t；桥宽：1．5m人行道+9．0m行车道+1．5 m人行道，横向由6道拱肋组成；主拱两侧各有2个腹拱，其中边腹拱按三铰拱设计；矢跨比1/6，通过现场检测，该桥拱轴线线形位于设计拱轴线与包含预拱度的设计拱轴线之问；桥台基础位于页岩，为发生基础；拱肋、拱波、拱板强度根据现场试验确定。
结构检算原则：①拱轴线以包含预拱度的设计拱轴线为准，同时计算时考虑结构拱肋、拱波、拱板的施工顺序，准确的反应不同龄期混凝土收缩徐变二次内力对结构受力的影响；②横向分布系数按偏心压力法计算；③不考虑基础沉降；④建模时模型包含主拱圈、立墙、腹拱及虚拟桥面板，其中边腹拱按三铰拱建立模型，虚拟桥面板不计强度，仅为传递汽车荷载而设，该模型已考虑了拱上建筑联合作用；⑤由于混凝土收缩徐变的理论计算方法已经取得新得成果，故混凝土收缩徐变按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62—2004）》的计算方法计算，而不再按老规范规定的等效降温的方法计算；⑥由于公路改建后汽车荷载改为公路一Ⅱ级，故检算时汽车荷载按公路一Ⅱ级；⑦荷载组合方式按《公路桥涵设计通用规范（JTGD60—2004）》进行。
结构检算结果：根据以上计算原则，通过有限元分析，该桥截面拱顶及1/4L截面强度满足规范要求，拱脚截面略有不足，其截面抗力与截面荷载效应组合值之比为0．85，考虑到双曲拱桥其荷载横向分布系数的复杂性，且该桥截面强度于理论计算值差值较小，荷载试验是安全且有必要的，故对该桥进行了荷载试验，荷载试验效率取0．85左右。
通过荷载试验，测量该桥、拱脚截面正应力，拱顶、1/4L、拱脚处挠度，荷载试验结果显示该桥应力校验系数小于0．9，挠度校验系数小于0．6，根据《公路旧桥承载力鉴定方法》（试行稿）的规定，该桥承载能力可在计算值以上提高10％，最终该桥承载能力为拱脚截面强度达到设计值的95%，根据《公路桥涵养护规范》（JTG H11—2004）的规定，承载能力较设计值降低10％以内应鉴定为三类桥。检测结论确定的管养对策为：将桥面板改为钢筋混凝土，提高结构整体性，拱脚截面附近采用喷射混凝土等方式适当加强。通过荷载试验准确地鉴定了桥梁的承载能力，为桥梁管养提供了具体的对策，达到了荷载试验的目的。
6、桥梁承载力分析评定
6．1 结构或构件强度与稳定性评定
依据桥梁调查与检测结果、结构检算结论及荷载试验结论可评定桥梁结构或构件强度与稳定性。
6．2 地基与基础评定
依据地基与基础勘探结果、结构检算结果及荷载试验结论可评定基础稳定性。
6．3 结构或构件刚度评定
依据结构检算挠度计算结果及荷载试验挠度实测结果可评定结构或构件刚度。
6．4 结构或构件开裂状况评定
依据现场裂缝测量结果对结构开裂现状进行评定，同时依据结构检算裂缝宽度计算结果及荷载试验裂缝宽度实测结果可评定结构或构件在使用过程中的裂缝宽度。
6．5 承载力分析评定
依据以上4条评定结论，可评定桥梁在使用过程中的承载能力适应性，确定桥梁的承载能力现状，提出限载要求。
7、检测评估结论及建议
桥梁检测评估结论及建议关系到公路改建后旧桥结构的安全性和使用性能，故桥梁检测评估结论与建议应包括一下几个方面：①桥梁的承载能力现状，对公路改建过程中该桥确定为直接利用、加固利用或重建做出明确的结论；②对能直接利用的桥梁应对结构缺陷提出管养对策；③对加固利用的桥梁应明确指出结构的缺陷部位、缺陷程度，提出加固方案，为加固设计提供指导；④对确定为重建的桥梁应有充分的理由。
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