橋梁檢測技術的現(xiàn)狀與問題
更新時間:2021-04-10 17:51
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一、橋梁外觀檢測
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件、部件對橋梁進行詳細的外觀檢查,對病害進行詳細的記錄、分析其病害的成因,從而按照相關的技術規(guī)范對橋梁的整體技術狀況進行評定分級,以便于橋梁養(yǎng)護管理單位安裝技術狀況的評定等級進行分類養(yǎng)護、管理。橋梁的外觀檢測就如同我們去醫(yī)院進行常規(guī)的體檢一樣,我們會根據(jù)體檢報告的結果了解我們目前的身體狀況、提示我們該如何進行自己的健康管理。其實把橋梁檢測工程師比作“橋梁醫(yī)生”我感覺再恰當不過,因此“橋梁醫(yī)生”的水平對于橋梁技術狀況的準確評定至關重要。因此對于橋梁檢測領域的相關檢測領域的單位(橋梁管理單位、養(yǎng)護單位以及檢測單位等)如何選擇“橋梁醫(yī)生”對于橋梁檢測、養(yǎng)護和管理非常重要。
1、“橋梁醫(yī)生”的職業(yè)要求
就如同對“醫(yī)生”的要求一樣,“橋梁醫(yī)生”應該具備哪些資格要求、技術能力要求呢?目前對于公路行業(yè)來講實行了職業(yè)資格考試制度,對于試驗檢測結構的相關單位有人員資格的要求。目前公路檢測行業(yè)方向的檢測資格證書分為兩個等級即檢測工程師和助理檢測工程師,兩個等級的專業(yè)方向分為道路、橋隧和交通工程三個方向。因此從事橋梁檢測的人員應具備的資格證書為橋隧檢測工程師或橋隧助理檢測工程師。其實橋梁檢測技術是需要多學科知識儲備的實踐性很強的一門綜合性學科,職業(yè)資格的要求應該是最低、最基本的要求。換句話而言,具備公路行業(yè)的資格證書也未必能把橋梁的檢測工作做好,甚至在檢測過程中還能出現(xiàn)對橋梁技術狀況的“誤判”,從而給橋梁管理單位的管理帶來一定的風險或采取不當?shù)墓芾泶胧?。公路檢測行業(yè)的職業(yè)資格考試是對檢測人員從業(yè)資格的一種基本知識和水平的考試,雖然考試的結果是可觀的,但是這種考試制度的考核結果也會有一定的“誤判”,我也見過沒有任何“橋梁”專業(yè)背景的人通過強化記憶、考前沖刺等也可以順利通過“橋隧檢測工程師”?!皹蛄横t(yī)生”除了具備基本的職業(yè)資格還需要具備哪些知識和經驗?
橋梁檢測技術既然檢測的對象是“橋梁”,這就需要“橋梁醫(yī)生”具備橋梁專業(yè)的基本知識,其中包括橋梁結構的基本理論知識、橋梁施工以及設計相關的知識。因為橋梁的外觀檢測病害的分析和判斷是基于橋梁結構病害的分布特征、結構的受力特點以及施工、設計等知識掌握的基礎上做出的基本判斷。不同結構得橋梁有不同的受力特點,病害的分布特征也會有所不同,因此不同結構體系橋梁外觀檢測的重點關注的構件或部位有所不同。我曾經遇到過這樣的問題,兩家不同的橋梁檢測單位對于同一種橋梁的技術類別的評定結果大相庭徑,究其原因是對病害的原因分析以及病害對橋梁承載能力影響結果的判斷不同。因此目前橋梁檢測尤其是外觀檢測受檢測人員水平的限制的仍帶有很強的主觀因素。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定方法,各項病害的評定值進行量化的處理,但是評分結果同《公路橋涵養(yǎng)護技術規(guī)范》的結果可能不能完全的統(tǒng)一,這也是造成橋梁的評定結果受檢測人員主觀影響較大的一個主要原因。
此外橋梁外觀檢測是運用各種技術手段來實施“檢測”的,因此“橋梁醫(yī)生”需要具備另一方面的知識就是“檢測技術”。眾所周知,任何檢測方法或技術手段都會受到其原理的限制有一定的使用范圍,因此“橋梁醫(yī)生”需要掌握各種檢測的具體操作方法、檢測的原理以及適用范圍。我曾經見過以及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,這的確讓我“大開眼界”,也就是說檢測人員連最根本的操作方法都不知道,最后的結果也就可想而知了。鋼筋保護層厚度測試的方法(不管是電磁感應法還是雷達檢測法),首先需要在儀器調零/現(xiàn)場自校后進行鋼筋位置的粗略掃描,初步定出鋼筋的分布位置和走向,然后再進行精確的測量工作。測試時需要根據(jù)其測試原理采取合理的技術手段避免或減小外界環(huán)境/測試環(huán)境可能產生誤差,這樣才能得到準確的測試結果。如果不懂得測試技術在橋梁檢測中可能會出現(xiàn)“真實的測試數(shù)據(jù)”也是錯誤數(shù)據(jù)的問題。
“橋梁醫(yī)生”另外需要具備的基本知識就是橋梁施工、設計等方面的基本知識。我們根據(jù)橋梁檢測觀測到的病害來分析其產生的原因,其實這是學術上的一個“反問題”,也就是“由果朔因”,其實這是一個比較困難的問題。舉個例子來說,在橋梁外觀檢測時發(fā)現(xiàn)的裂縫可能是設計、施工、外界環(huán)境以及荷載等因素引起的,有的可能是單一因素引起,有的可能是多種因素相互作用引起的。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。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(xù)梁或連續(xù)剛構橋跨中下?lián)?;早期寬跨比較大的整體現(xiàn)澆板梁容易出現(xiàn)板底縱向開裂的通?。灰恍碗s橋梁在早期設計時由于局部構件受限于有限元的難以模擬計算而出現(xiàn)開裂;橋梁構件由于混凝土設計配合比不合理、養(yǎng)生不到位、水化熱等產生開裂。以上所列的橋梁開裂問題與橋梁的施工、設計等因素都有關,因此橋梁的施工、設計等知識也是“橋梁醫(yī)生”所必須掌握的。
我在橋梁檢測技術定義時提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(yī)生”應該在大量實踐經驗的基礎上進行思考、總結來提高自己的專業(yè)素養(yǎng)。在檢測過程中應將理論和實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(yī)院”
上面我將橋梁檢測人員比作“橋梁醫(yī)生”,那么橋梁檢測單位比作“橋梁醫(yī)院”也可能比較合適了。近年來,隨著我國公路建設的發(fā)展,行業(yè)對于橋梁檢測的重視程度也越來越高,目前我國的公路橋梁檢測市場也逐漸走向成熟和完善。但目前的檢測市場的并沒有真正的完全市場化或市場化不充分,檢測市場還存在的一些地域性保護或障礙,市場還存在一定的亂象。由于目前存在一些對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進行評定等級,技術含量不高。這種觀點也就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管理風險。由于檢測單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重的病害或風險難以發(fā)現(xiàn),使得橋梁檢測的技術評定等級過高而使管理疏于管理而釀成重大事故,甚至或造成橋梁垮塌的后果。目前公路行業(yè)也在加大對試驗檢測機構的管理和監(jiān)督,規(guī)范檢測市場的環(huán)境,嚴查人員掛靠和資質掛靠行為,事實上也在推動檢測市場的規(guī)范化和降低橋梁管理養(yǎng)護單位的風險。因此,對于橋梁管理或業(yè)主單位在選擇檢測單位時,如同我們就醫(yī)選擇醫(yī)院相同,盡可能的選擇資信和技術力量強的“橋梁醫(yī)院”才能降低自己橋梁的管理風險。
二、橋梁荷載試驗
橋梁荷載試驗包括橋梁靜載試驗和橋梁動載試驗兩種方式,是評價橋梁承載能力和使用功能的一種重要手段。小編近十年來也做了近500座橋梁的荷載試驗,下面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載能力的有效手段,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制條件,前面檢師學社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,而我國由于地域分布廣荷載的分布也不平衡且鮮有各地的實際通行荷載的實際車輛荷載模型。我國公路橋梁設計荷載標準也經歷了數(shù)次變化,目前我國公路正在運營的荷載主要為2004年以后的標準(公路-I和公路-II級)和汽車-10級、汽車-15級、汽車-20、汽車-超20級兩大類,也有少量更早的低標準荷載等級的橋梁。早期建造的橋梁(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,這個結論對于橋梁管理單位有多大的參考價值,能保證橋梁在實際運營中的安全嗎?這個結論事實上對橋梁管理單位的參考價值很小,若經過檢測單位檢測后實際在超載條件下橋梁垮塌橋梁檢測單位有無責任?根據(jù)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”,檢測單位和管理單位應該都沒有責任,而責任就是“車輛的超載”。那么橋梁按照汽車-15級荷載的評估結論看來毫無意義?那么橋梁荷載試驗是否可以按照同1條線路上設計標準最高的橋梁(假如是公路-I級)進行加載,試驗檢測的結果可能是承載能力不能滿足公路-I級荷載承載能力的要求。那么這個橋梁該如何處治?按照結論就應該加固提級或者拆除重建,若這座橋梁所在道路這種低等級的橋梁很多,若都采取措施加固可能資金問題又變成一個很大的問題。即使橋梁按照公路-I級荷載標準對橋梁進行荷載試驗,這個標準的選取可能與實際通行的荷載有很大的區(qū)別,也不是科學的。如何選取荷載試驗標準來確保實際運營橋梁的安全,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、橋梁荷載試驗的模型分析
橋梁荷載試驗的模型分析即車輛荷載效應的理論計算值對橋梁結構的評價影響也很大,有時由于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于校驗系數(shù)來評價的,而校驗系數(shù)為實測參數(shù)與理論計算參數(shù)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型應該能夠真實的反映現(xiàn)狀橋梁的受力狀態(tài),這就需要在荷載試驗時對有限元模型進行修正。橋梁荷載試驗的有限元模型同橋梁設計時的模型有一定的區(qū)別,荷載試驗的模型模擬的是橋梁運營狀態(tài)的受力計算。橋梁在設計時基于安全的考慮可能沒有考慮橋面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,因此橋梁荷載試驗的模型計算除了要考慮設計、竣工的資料外,還要考慮歷次維修加固對橋梁受力的影響以及橋梁結構病害的、材料力學性能的變化等因素的影響來對有限元模型進行修正。橋梁荷載試驗模型有時可以根據(jù)實測橫向分布來調整板梁或T梁連接或約束條件;有時也可以采用實測材料的力學性能參數(shù)(彈性模量)來修正;有時可以通過實測動力參數(shù)來調整橋梁結構的靜力有限元模型。
三、橋梁的水下檢測
目前我國的橋梁檢測水下檢測開展相對來說還處于起步階段,規(guī)范對于這方面的規(guī)定相對較少。對于跨河、跨江甚至跨海大橋,橋墩以及基礎對于橋梁結構的安全至關重要。去年我的一個朋友在美國做訪問學者1年,他的老師是座橋梁基礎沖刷研究的知名學者。由于我做橋梁檢測10多年,我的朋友打電話問我北京橋梁水下檢測積累的資料的情況,以便開展后續(xù)的橋梁水下沖刷預測模型的研究工作。坦白的說,我們在這方面開展和積累的工作幾乎為零。2014年我聯(lián)合美國水下機器人在北京的代理商在北京首次采用水下機器人對水下橋梁墩柱外觀的檢測工作。隨著技術的進步以及檢測工作者對橋梁水下檢測技術的關注和推動,今后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設備有水下機器人ROV、潛水員配合水下攝像等可以對橋梁水下結構的外觀缺陷進行檢測;水下激光掃描系統(tǒng)、測掃描聲吶以及合成孔徑聲吶在橋梁水下部分測量、病害檢測等領域將會進一步推動橋梁水下檢測技術的發(fā)展。
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