橋梁檢測技術的現狀與問(wèn)題
更新時間:2021-04-10 17:51
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一、橋梁外觀檢(jiǎn)測
橋梁的外觀檢測也就是我們常說的“橋梁定期檢測”,就是通過檢測人員接近橋梁各個組成構(gòu)件、部件對(duì)橋(qiáo)梁進行詳細的外(wài)觀檢查,對(duì)病害進(jìn)行詳細的記錄、分析其病害的成因(yīn),從而按(àn)照相關的技術規範對橋梁的整體技術狀(zhuàng)況進行評定分級(jí),以便於橋梁養護管理單位(wèi)安裝技術狀況的(de)評定等級進行(háng)分類(lèi)養護、管理。橋梁的外觀檢測就如同我們去醫院進行常規的體檢一樣,我們(men)會根(gēn)據體檢(jiǎn)報告的結果了(le)解我們目前的身體狀況、提示(shì)我(wǒ)們(men)該如(rú)何進(jìn)行自己的健康管理(lǐ)。其實把(bǎ)橋梁檢測工程師(shī)比作“橋梁醫生”我感(gǎn)覺再恰當不過,因此“橋梁醫生”的水平對(duì)於橋梁技術狀況的準(zhǔn)確評定至關重要。因此對(duì)於橋梁檢測領域的相關檢測領域的單位(橋梁管理單位(wèi)、養護單位以及檢測單位等)如何選(xuǎn)擇“橋梁醫生”對於橋梁檢測、養護和管理非常重要。
1、“橋梁醫生”的職業要求
就如同對“醫生(shēng)”的要求一樣,“橋梁醫生”應該具備哪些資格(gé)要求、技術能力要求(qiú)呢?目前對於公路行業來講實行了職業(yè)資格(gé)考試製度,對於試驗檢測(cè)結構的相關單位有人(rén)員資格的要求。目前公路檢測(cè)行業方向的檢測資格證書分為兩個等級即檢(jiǎn)測工程(chéng)師和助(zhù)理檢測工程師,兩個等級的專業(yè)方向(xiàng)分為道路(lù)、橋隧和交通工程三個方向。因此(cǐ)從事橋梁檢測(cè)的人員應具備的資格證書為橋隧(suì)檢測工程師或橋隧(suì)助理檢測工程師。其實橋梁(liáng)檢測技術是需要多學科知識儲備的(de)實踐性很強的一(yī)門綜合性學科,職業資格(gé)的要求應該是最低、最基本的要求。換句話而言,具備公路行業的資格證(zhèng)書也(yě)未必能(néng)把橋梁的檢測工作做好,甚至在檢測過程中還能出(chū)現對橋梁技術狀況的“誤判”,從而給橋梁管(guǎn)理(lǐ)單位的管理帶來一定的風(fēng)險或采取不當的管理措施。公路檢測行業的職業資(zī)格考試是對檢測人員從業資格的(de)一種基本知識和水平(píng)的考試,雖然考試的結果是可觀的,但是這種考試製度的考核結果也會有一(yī)定的“誤判”,我(wǒ)也見過(guò)沒有任何(hé)“橋梁”專業背(bèi)景的人通過強化記憶、考前衝刺等(děng)也可以順利通過“橋隧檢測工程師”。“橋梁醫生”除了具備基本的職業資格還需要具備哪些知識(shí)和(hé)經驗?
橋梁檢測技術既然檢測的對象是“橋梁”,這就需要“橋梁醫生”具備橋梁專業(yè)的基本知識,其(qí)中包括橋梁結(jié)構的基本理論知識、橋梁施工以(yǐ)及設計相關的知識。因為橋梁的(de)外觀檢測病害的分析和(hé)判斷是基於橋梁結構病害的分布(bù)特征、結構的受力特點(diǎn)以及施工、設計等知識掌握的(de)基礎上做出的(de)基本(běn)判斷。不同結(jié)構得橋(qiáo)梁有不(bú)同的(de)受力特(tè)點,病(bìng)害的分布特征也(yě)會有所(suǒ)不同,因此不同結(jié)構體係橋梁外觀檢測的重點關注的構件或部位有所不同。我曾經遇到過這樣(yàng)的問(wèn)題,兩家不同的橋梁(liáng)檢測(cè)單位(wèi)對於(yú)同一種橋梁的技術類別的評定結果大相庭徑,究其原因是對(duì)病害的原(yuán)因分析以及病害對橋梁承載能力影響結果(guǒ)的判斷不同。因此目前橋梁(liáng)檢測尤其是外(wài)觀檢(jiǎn)測受檢測人員(yuán)水平的限製的仍帶有很強的主(zhǔ)觀因素。目前《公路橋梁技術狀況評定標準》采用從構件、部件再到橋梁整體的加權的綜合評(píng)定方法,各項病害的評定值進行(háng)量化(huà)的處理,但是評(píng)分結果同《公路橋涵養護技術規範》的結果可能不能完(wán)全的統一(yī),這也是造成橋梁(liáng)的評定(dìng)結果受檢測人員主觀影響較大的一個主要原因。
此外橋梁外觀檢測(cè)是運用各種技術(shù)手段來實施“檢測”的,因此“橋梁醫生”需要具備另一(yī)方麵的知識就是“檢(jiǎn)測技術”。眾所周知,任何檢測方法或技術(shù)手段都會受到其原理的限製有一定的使用範圍,因此“橋梁醫生”需要掌握各種檢測的具體操作方(fāng)法、檢測的原理以及適用範圍。我曾經見過以及(jí)檢測單位在進行橋梁構件鋼筋保護層厚度檢測時采用“跳測”的方法,這的確讓(ràng)我“大開(kāi)眼界”,也就是說檢測人(rén)員連(lián)最根本的操作方法都不知道(dào),最後的結果(guǒ)也就可想而知(zhī)了(le)。鋼筋保護層厚度測試的方法(不管是(shì)電磁感(gǎn)應法還是雷達檢測(cè)法),首先需要在儀(yí)器調零/現場自校後(hòu)進(jìn)行鋼筋位置的粗略(luè)掃描,初步定出鋼筋的分布位置和走向,然後再進行精確的測量(liàng)工作。測(cè)試時(shí)需要根據其測試原理采取合(hé)理的技術手段(duàn)避免或減小外界環境/測試環境可能產生誤差,這樣才能得到準(zhǔn)確的測試結果。如果不懂得測試技術在橋梁檢測中可能會出現“真實的測試數據”也是錯誤(wù)數據的問題。
“橋梁醫生(shēng)”另外需要具備的(de)基本知識(shí)就是橋梁施(shī)工、設計(jì)等方麵的基本知識(shí)。我(wǒ)們根據橋梁檢測觀測到的病害來分析其產生的原因,其實這(zhè)是學術上的一個“反問題”,也就是“由果(guǒ)朔因”,其實這是一個比較困難的問題。舉(jǔ)個例子來說,在橋梁(liáng)外觀檢測時發現的裂縫可能是設(shè)計、施工、外界環境以(yǐ)及(jí)荷載等因素(sù)引起(qǐ)的,有的可能是單一因素(sù)引起,有(yǒu)的可能是多種因(yīn)素相互作用引起(qǐ)的。如果要準確判斷產生裂縫的原因就需要“橋梁醫(yī)生”具備多種知識的儲備(bèi)。早期預應力技術或工藝的不成熟,預應力的損失造成早期建造的大跨度連續梁或連(lián)續(xù)剛(gāng)構橋跨中下撓;早期寬跨比較大的整體現澆板梁容易出現板底縱向開裂的通病;一些複雜橋梁在早期設(shè)計時由於局部構件受限於有限元的難以模擬計算而出現開裂;橋梁構件由於混凝土設計配合比不合(hé)理、養生不到位、水化熱等產生(shēng)開裂。以上所列的橋梁開裂問題與橋梁的施工、設計等因素都有(yǒu)關,因此橋梁的施工、設計等知識也是“橋梁醫生”所必須掌握的。
我在橋梁檢測技術定義時提(tí)到其是一門實踐性很強的綜合性學科。從實踐的角度來講,“橋梁醫生”應該在大量(liàng)實踐經驗的基礎上進行思考、總結來(lái)提高自己的專業素(sù)養。在檢測(cè)過程中應將理論(lùn)和實(shí)踐有機的結合才能使橋梁檢測的結果更為準確。
2、如何選擇“橋梁醫院”
上麵我將橋梁檢(jiǎn)測人員比作“橋梁醫生”,那(nà)麽橋梁檢測單位比作(zuò)“橋梁醫院”也可能比較合(hé)適了。近年來,隨著我國公路建設(shè)的發展,行業對於橋梁(liáng)檢測(cè)的重視程度也越來越(yuè)高,目前我國的公路橋梁檢測(cè)市場也逐(zhú)漸走向成熟和完善。但目前(qián)的檢測(cè)市場的並沒有真(zhēn)正的完全(quán)市場化或市場化不(bú)充分,檢(jiǎn)測(cè)市場(chǎng)還存在的一些地域性保護或障礙,市場還存在一定的亂象。由於(yú)目前存在一些對(duì)橋梁檢測的誤解或理解不深入,認為檢測就是簡單記錄病害對橋梁(liáng)進行評定等級,技術含量不高。這種觀點也就(jiù)忽視了橋梁管理單位在選擇檢測單位時存在一定的風險,一些技(jì)術力量差或完全不具備檢測能力的檢測單位對“誤判”使管理單位承擔巨大的(de)管理風險。由於檢測單(dān)位不具備檢測技術能力,走過場、應付式的檢測就會使得橋梁結構嚴(yán)重的病害或風險難以發現,使得橋梁檢測的技術評定等級過高(gāo)而(ér)使管理(lǐ)疏於管(guǎn)理(lǐ)而釀成重大事故,甚至或造成橋梁垮塌的(de)後果。目前公路行業也在加(jiā)大對試驗檢(jiǎn)測機構的管理和監督,規範檢測市場的環(huán)境,嚴查人員掛靠和資質掛靠行為,事(shì)實上也(yě)在推動檢測市場的規範化和降低橋梁管理養護單位的風險(xiǎn)。因此,對(duì)於橋梁管理或業主單位在選擇檢測(cè)單位時,如同我們就醫選擇醫院相同,盡可能的選(xuǎn)擇資信和技術力量強的“橋梁醫院”才能降低自己橋梁(liáng)的管理風(fēng)險。
二、橋梁荷載試驗(yàn)
橋梁荷載試驗包(bāo)括橋梁靜載試(shì)驗和橋梁動(dòng)載試驗兩種(zhǒng)方式,是評價橋(qiáo)梁承載能力和使用功能的一種重要手(shǒu)段。小編近十年來也做(zuò)了近500座橋梁的荷載(zǎi)試驗,下麵結合自己的經驗來談一下我國橋梁荷載試驗的技術和問題。
1、橋梁荷載試驗標準的選取
橋梁荷載試驗是評價橋梁承(chéng)載能力的有效手(shǒu)段,但是荷載試驗標準的選取應該是影響其評價結果的首要條件和評價結果應用的限製條件,前麵檢師學社(shè)也討論了公路橋梁荷載試驗選取標準的問題。橋梁的靜載試(shì)驗是按照設計標準選取還是按照實際通行荷載標準來選取?目前我國正在運營的橋梁原設計荷載標準可能不一,而我國由於地域分布廣荷載的分布也不(bú)平衡且鮮有各地的實際通(tōng)行荷載(zǎi)的實際車輛荷載模型。我國公路橋梁設計荷載標準也經曆了數次變化,目(mù)前我國公路正(zhèng)在運營的(de)荷載主要為2004年(nián)以後的(de)標準(公路-I和公路-II級)和汽車(chē)-10級、汽車-15級、汽車-20、汽車-超20級兩大類,也(yě)有少量更早的低標準荷載等(děng)級的橋梁。早期建造的(de)橋梁(汽車-15級)需要進行荷載試驗時,實際的交通車輛荷載與設計時相比(bǐ)增加量很大。若該橋按照汽車-15級設計標準進行試驗,檢測的結果可能能滿足原設計荷載承載能力標準要求,這個(gè)結論對於橋(qiáo)梁管理單位有多大的參考價值,能保證橋梁在(zài)實際運營中的安全嗎?這個結論事實上對橋梁管理(lǐ)單位的參考價值(zhí)很小,若經過檢測單位檢測後實際在超載條件下橋梁垮塌橋梁檢測單位有無責任?根據檢測報告的結論“橋梁承載能力滿足設計荷載承載能力要求”,檢測單位(wèi)和管理單位應該都(dōu)沒有責任,而責任就是“車輛(liàng)的超載”。那麽橋梁按照汽車-15級荷載的評估結論看來毫無意義?那麽橋梁荷(hé)載(zǎi)試驗是否可以按照同1條(tiáo)線路上設計標準最高的橋梁(假如是公路-I級(jí))進行加載,試驗檢測的結果可能是承載能力不能(néng)滿足公(gōng)路-I級荷載承載能力的要求。那(nà)麽這個橋梁該如何處治?按照結論就應(yīng)該加固提級或者(zhě)拆除重建,若這座(zuò)橋梁所在道路這種(zhǒng)低等級的(de)橋梁很(hěn)多,若都采取措施加固可能資金問題又變成一個很大的問題。即使(shǐ)橋梁(liáng)按照公路-I級荷載標準對橋梁進行荷載試(shì)驗,這個標準的選取可能(néng)與實際通行的荷載有很大的區別,也不是科學的。如何選取荷載試驗(yàn)標準來確保(bǎo)實際運營橋梁的安(ān)全,筆者認為美國建立各州的實際評估荷載模型可以值得我們借鑒。
2、橋梁荷(hé)載試驗的模型(xíng)分析
橋梁荷載試驗的模型分(fèn)析即車輛荷載效(xiào)應的理論計(jì)算值對橋梁結構的評價影響也很大,有時由(yóu)於模型的計算可能會導致評價結果的錯誤。橋梁承載能力的評價時基於校驗係數來評價的,而校驗(yàn)係數(shù)為實測參數與理論計算參數的比值,因此橋梁荷載試驗的有限元模型計算至關重要。橋梁結構的有限元模(mó)型應該能夠真(zhēn)實的反映現狀橋梁的受力狀態,這就需要在(zài)荷載試驗時對有限元(yuán)模型進行修正。橋梁荷載(zǎi)試驗的有限元模型同橋梁(liáng)設計時的模型有一定的區別,荷載試驗(yàn)的模型(xíng)模(mó)擬的(de)是橋梁運營狀態(tài)的受力計算。橋梁在設計時基於(yú)安全的考慮可(kě)能沒有考慮橋麵鋪裝層的整體受力性能,而橋梁荷載試驗的橋梁可能進行過加固改造,因此橋梁荷(hé)載試驗的模型計算除了要考慮設計、竣工(gōng)的資料外,還要考慮曆次(cì)維修加固對橋梁受力的影響以及橋梁結構病害的、材料力學(xué)性(xìng)能的變化等因素的影響來對有(yǒu)限元模型進行修正。橋梁荷載試驗模型有時可以根據(jù)實測橫向分布來(lái)調整板梁或T梁(liáng)連接或約束條件;有(yǒu)時也可以采用實測材料的(de)力學性能參數(彈性模量(liàng))來修正;有時可以通過(guò)實測動力(lì)參(cān)數來調整橋梁結構的靜力有限元模型。
三、橋梁的水下(xià)檢測
目前我國(guó)的(de)橋梁檢(jiǎn)測水下檢測開展相對來(lái)說還處於起(qǐ)步階(jiē)段,規範對於這方麵的(de)規定相對較少。對於跨河、跨江甚至跨海大橋,橋墩以及基礎(chǔ)對於橋梁結構的安(ān)全至(zhì)關重要。去年(nián)我的一(yī)個朋友在美國(guó)做訪問學者1年,他的老師是座橋梁基礎(chǔ)衝刷研究的知(zhī)名學(xué)者。由於我做橋梁檢測10多年,我的朋友打電話問(wèn)我北京橋梁水下檢測積累的資料的(de)情況,以便(biàn)開展後(hòu)續的橋梁水下衝刷預測模型的研究工作。坦白的說,我們在這方麵開展和積累的工作幾乎為零。2014年我聯合(hé)美國水下機器人在北(běi)京的代理商在(zài)北(běi)京首次采用水下機器人對水下橋(qiáo)梁墩柱外觀的檢測工作。隨著技術(shù)的進步以及(jí)檢測工作(zuò)者對橋梁水(shuǐ)下檢測(cè)技術的關注和推動,今後(hòu)開展橋梁水下檢測也勢在必行。
目前橋梁水下檢測的主要儀器(qì)設備有水下機器人ROV、潛水(shuǐ)員配合水下攝(shè)像等可以對橋梁水下(xià)結構的(de)外觀缺陷進行檢測;水下(xià)激(jī)光掃描係統、測掃描聲呐以及合成孔徑聲呐在橋梁水下部分測(cè)量、病害(hài)檢測等領域將會進一步推動橋梁水下檢測技術的發展。
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