既有桥检测评估的若干要点
1、前言
建成的桥，与人一样，要经历青年、中年、老年和死亡几个阶段。这就是人们通常所说的使用年限，或称寿命。英国以120年为标准，美国以80年为标准，日本则以100年为标准。虽然有关规范中没有规定桥梁应按多少使用期设计，但规范中所采用的标准和年限处处隐含了使用年限的概念。例如：活载、容许应力、疲劳损伤积累、防锈钢材的最小厚度、混凝土保护层和裂纹限制尺寸等等。
在桥梁运营时，由于频繁承载，甚至超载；再加上自然界乃至自然灾害的侵袭，以及交通事故等人为事端的侵袭，会造成桥梁损伤和局部破坏。随着使用年限的增长，桥梁的损伤种类和损伤部位会越来越多，其程度也会越来越严重。如果因设计和施工的原因，导致一座先天不足的桥，则运营中更会问题丛生，难以维持正常使用状态。
根据1982年全国公路普查资料，当时我国公路桥梁中危桥约占3．54%；国道干线上的危桥约占2．4%。比例虽不大，但绝对数可不少。另据2000年11月29日广州《羊城晚报》报道，广东省交通厅对广东省内现有、在建桥技术状况进行普查，结果发现1．87万余座桥梁中，属于三、四类不良状况或承载力不足问题的桥有4 244座，占总数的22．7%，长达109 616m。虽然这些难顶重负的桥不都是危桥，但却都是有新患旧患的桥。
这些情况，在一些发达国家，如美国、日本、西欧和北欧等国家也相当严重。例如：美国自1978年至1981年用4年时间对全国公路桥作了调查，当时美国共有56．6万座公路桥梁，其中有40%以上均有不同程度的损坏。又如：原联邦德国于1978年至1979年2年内，对一个州的1 500多座钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土公路桥作了全面检查，发现桥龄在50～60年的钢筋混凝土桥中，有27 的桥梁上部结构至少有一处严重损伤，64%至少有一处重要损伤，77%至少有一处中等损伤。在20～30年桥龄的钢筋混凝土桥中，有8 的上部结构至少有一处严重损伤，24%至少有一处重要损伤，46%至少有一处中等程度损伤，而预应力混凝土桥的损伤情况比钢筋混凝土桥的损伤情况更为严重，20～30年桥龄的预应力混凝土桥，有近50%的桥梁上部结构至少有一处重要损伤。
因此，为了保证既有桥的安全运营和尽可能延长其安全使用年限，应对既有桥进行检测评估。而且应定期进行。所谓检测评估，就是对既有桥的整体、各有关和各组成部分进行考察、了解、检查、检测，经过检算分析，有时还需辅以相关试验，对其病害情况、损伤程度、病害与损伤原因、实有承载能力、功能以及能否正常运营等作出鉴定，给出明确结论；同时，还应提出需采取的措施及维修加固的建议，一并供业主决策。
2、评估的主要内容及依据
2．1 评估的主要内容
2．1．1 承载能力评估
桥梁各组成部分在强度、刚度等方面是否满足现有运输荷载的要求。有时还要对其能否适应运输荷载进一步发展作出评估。
2．1．2 耐久性评估
所谓耐久性有建桥材料的耐久性和结构抗疲劳损伤的性能，即迄今为止的疲劳损伤度及剩余寿命。这里所说的耐久性通常是指后者。由于此项工作量和深度均较大，故只有在某些特定情况下或委托方提出专门要求时才予进行。
2．1．3 使用性评估
主要指车辆通过桥梁时的走行性，即走行的安全性和乘客的舒适度等等。
2．2 评估的依据
检测评估工作一定要有据进行。不得偏离被检测评估桥梁的现状和具有法规效力的依据。主要有：
（1）委托方与被委托方签订的有效合同、协议及其附件。
（2）被检测评估桥梁所在地政府、政府主管部门及质检部门对该桥有关的指令、意见和要求等。
（3）委托方向被委托方提供的该桥的原设计文件、施工文件及竣工验收文件等。
（4）国家部、委颁布的有关技术规范、标准等。在采用有关技术规范、标准时应注意的是：
① 有关技术规范、标准，每数年会进行修订，会颁布新的版本。届时，一般应采用新版本。
② 我国桥梁工程设计规范、施工规范及其它有关的规范、标准，基本上由交通部和铁道部分别颁布。采用时一般应遵守如下的原则：公路桥和公铁两用桥的公路桥部分应采用交通部颁布的公路桥的有关规范；铁路桥和公铁两用桥的铁路桥部分应采用铁道部颁布的铁路桥的有关规范。如果遇到公路桥有关规范的某些条文不够详细或其它特殊的原因，公路桥可以引用铁路桥规范的有关条文，但不能反之。这是由于铁路桥的活荷载大，冲击及疲劳影响大等原因，铁路桥的要求是严格的。
③ 引用规范、规程和标准等，只有我国各部委颁布的才具有法律效力。而外国的和其它的有关规范、规程和标准等只能参考，不具备法律效力。
3、既有桥梁的现状检查
对既有桥梁进行全面检查是检测评估工作的第一步，也是非常重要的一步。所谓全面检查就是对桥梁的引道、周边环境、地基、下部结构、上部结构、桥面（包括桥面铺装层、伸缩缝、人行道、栏杆、防撞设施、排水设施、照明及防雷设施）、支座等作全面查看、量测。
3．1 对引道及桥址周边环境进行检查量测
（1）查看正桥与引桥、引道（线）的衔接处是否正常，与竣工时的情况相比较，是否有变化。
（2）桥址及其附近的水流河道是否改变，必要时还应测定主河槽的水流速度及其流向；桥下净空有无改变；桥墩台处的局部冲刷与设计的有关数据相比是否增大。
（3）两岸的桥头填土石砌锥坡有无冲刷、滑移和损坏。
3．2 量测全桥的标高和线形
（1）桥的标高和线形有联带关系，但又有区别。前者是指某点的高程值，后者则是桥梁相关点的连线。一座设计施工质量良好的桥梁，其标高和线形均应达到设计期望值。
（2）既有桥梁的标高和线形如果良好，表明桥梁基础无沉降、墩台无偏移倾斜、上部结构无大的损伤缺陷。例如：对预应力混凝土结构而言，若有大的线形变化，除了是因基础发生沉降外，还有可能发生了设计未及的收缩徐变，甚至是预应力不足等。
（3）量测的主要部位和项目有：墩台的支承垫石（即支座垫板）顶面、承台顶面和梁底处的标高；墩台身在桥的纵、横向有无偏移倾斜。① 对斜拉桥和悬索桥，还应量测其主塔身在桥的纵、横向有无偏移倾斜，塔顶的变位。② 对悬索桥，还应量测主缆的线形；③ 对拱桥，还应量测拱肋轴线的线形。
3．3 圬工梁拱检查量测
（1）检查圬工有无风化、剥落、破损及裂缝，特别注意变截面处、加固修复处及防水层的情况。对圬工剥落、裂缝处，应注意钢筋的锈蚀情况。钢筋混凝土梁应重点检查宽度超过0．2 mm 的竖向裂缝，并注意检查有无斜向裂缝及顺主筋方向的纵向裂缝。
预应力钢筋混凝土梁要观测梁的上拱度变化，并注意检查有无不允许出现的垂直于主筋的竖向裂缝。
（2）拱桥应量测实际拱轴线和拱圈（或拱肋）尺寸，并检查它们有无横向（垂直于路线方向）的裂缝发生。
（3）对所有宽度大于0．2 mm 的裂缝均应量测其深度和是否贯穿。并应绘制裂缝分布、走向、长度、宽度及深度图。
3．4 钢结构检查量测
（1）检查钢结构构件油漆涂层的完好程度，有无起皮、剥落、锈斑等。特别是容易积水积尘或不通风部位有无锈蚀。锈蚀严重的，应量测钢板或构件的实际剩余厚度，以便考虑断面削弱的影响。
（2）检查构件有无裂纹、穿孔、硬伤、硬弯、歪扭、爆皮及材料夹层等。要特别注意以下部位有无疲劳裂纹发生：承受拉力或反复应力的杆件与节点板连接处或杆（构）件接头处；由于损伤造成杆（构）件断面削弱及应力集中处；纵梁与横梁的连接角钢；无盖板的纵梁上翼缘角钢；主梁间的纵向联结系的连接处；单剪铆钉处；焊缝端部及其附近的基材；U形肋与横隔板连接处焊缝等。
（3）检查钢箱梁工地拼接的大环形焊缝（即同一截面的顶板——腹板——底板——腹板的周圈焊缝）和U形肋嵌补段焊缝有无异常。
（4）检查杆件的平直度，当压杆的弯曲矢度大于杆件自由长度的1% 、拉杆的弯曲矢度大于杆件自由长度的1/500时，均应注意弯曲的影响。
（5）检查铆钉头有无锈蚀，铆钉有无松动。检查高强度螺栓是否完好，有无松动和延迟断裂等情况；有无因锈蚀或其它原因降低摩擦力现象；并应严密注意节点滑移和拱度的变化。
3．5 砖石砌体的检查量测
砖石砌体不同于钢筋混凝土的一个特点是，抗拉强度更小，结构脆性大，开裂荷载比较接近或几乎等于破坏荷载。因此，当砖石砌体出现由于荷载引起的裂缝时，往往是砌体破坏的特征或前兆。
砖石砌体产生裂缝虽然不是唯一的破坏形式，但是最常见的一种缺陷。裂缝的产生将对结构的耐久性、美观、强度和刚度等方面产生不同程度的影响。砖石砌体裂缝依据其产生的原因，主要有3种：
（1）沉降裂缝
沉降裂缝是砖石砌体最常见的一种裂缝。它是由地基沉降导致砌体灰缝沉降引起的。有斜裂缝、垂直裂缝和水平裂缝等。
（2）温度裂缝
砖石砌体不均匀受热，温差较大时易引起裂缝。
（3）砌体的强度不足及荷载引起的裂缝由砌体强度不足及荷载引起的裂缝形式有水平裂缝、竖直裂缝及斜向裂缝等。
3．6 不同类型上部结构检查量测的重要部件及重点部位
不同类型的桥，包括用不同建筑工程材料建成的桥，各部件和各部位的受力情况各异，它们在同一座桥中所起的作用也不一样。因此，在进行检查时，应对其重要部件和重点部位特别仔细。因为它们比较容易损伤，而一旦损伤积累到一定程度就会影响桥梁的正常运营，甚至危及桥梁的安全。
3．6．1 悬索桥
主缆线形，主缆、主缆索股及其锚头的防护是否完好，有无锈蚀，主缆缠丝是否完好；主鞍座和散索鞍是否锈蚀，所在位置是否正确；吊索系统、包括索夹等是否锈蚀，防护是否完好，索夹的位置有否变化，各连接螺栓（杆）有否松动；主塔顶是否偏移，塔身是否损伤，根部有否裂缝；加劲梁有否锈蚀、损伤、过大的变形，焊缝或连接高强度螺栓有否裂缝或松动，其支座状态是否正常；锚室内有无积水，有无除湿设备，是否完好；防雷设施是否完好。
3．6．2 斜拉桥
斜拉索的防护套是否完好，是否锈蚀，锚头是否锈蚀；斜拉索与塔和梁上的锚固区是否有裂缝，完好，锈蚀；主梁有否损伤，有无过大的变形，其支座状态是否正常；主塔顶有无偏移，塔身有无破损，根部有无裂缝；防雷设施是否完好。
3．6．3 拱桥
钢筋混凝土拱的跨中截面及其附近、1.4跨径处截面、拱肋之间的连接处均是应仔细检查的，这些地方均易产生裂缝。
对中承式和下承式拱而言，还须检查吊杆及锚头的锈蚀；系杆拱的系杆及其连接的检查也是非常重要的。由于桥上和路面的刚度不一样，车辆在上下桥时会因刚度的改变而有些不平顺，造成有些颠簸，这对两端的吊杆特别不利，因此同样锈蚀的吊杆而两端的更容易发生破断或锚头损害，导致大事故发生。
对钢管拱应注意其钢管（包括连接系）的焊缝、支承端的焊缝。
3．6．4 钢筋混凝土及预应力混凝土的各式桥
对跨中截面及其附近、反弯点处、1/4跨径处、梁端部及其附近、隅角处、支座等均应仔细检查。
3．7 墩台及基础的检查量测
（1）墩台的缺陷主要表现是：裂缝、剥落、空洞、钢筋外露及锈蚀、老化、变形位移等。
墩台裂缝常见的有水平裂缝、竖向裂缝和网状裂缝。其中水平裂缝多为}昆凝土浇灌时接缝不良所引起；从基础向上发展至墩身上部的竖向裂缝主要是由于基础沉降不均匀引起；而网状裂缝多为温度应力产生。
船只和漂流物的撞击．会使墩台产生局部破损、脱落、剥离。
常年受干湿、寒暑、冻融等影响，以及水流（含海水、工业废水）等的作用，也会使墩台身产生裂缝、剥落、锈蚀等病害。
（2）检查时．应对裂缝及破损具体位置、宽度、长度、深度进行量测和描述，绘制成图。
（3）水面或地面以下基础状况的检查评估是困难的。虽然有时可潜水或用水中摄影的办法检查，但通常不易办到，且影响精度的因素很多。一般只能通过观测墩台的沉降、倾斜、位移和裂缝等状况来分析判断基础的问题。此外，还须了解墩台基础埋深有无变化，有无超过设计规定的局部冲刷现象。观察梁端部、支座及墩台的相对位置关系。
3．8 结构构件材料状况检查
包括结构构件材料的强度、缺损和锈蚀情况等。
（1）对混凝土强度，目前检测方法主要有回弹法、超声法、超声波一回弹综合法、贯入法等多种方法。必要时，可在结构上取芯进行试验。前3种为常用，贯入法在我国用得少，仅作介绍。
温莎（Windsor）探测杆贯入法是1964年美国首创的。现有的温莎HP探测系统适用于就地测试普通和高性能?昆凝土。在使用中，它不要求操作人员有专门的培训，施工现场监理人员和工地技术人员都可以获得稳定的结果。它符合ASTM（美国试验与材料学会）C-803试验标准。
整套温莎HP系统重8．5 kg，另探测杆盒重4kg。动力装置有两种：低动力和标准动力的，前者用以测量混凝土强度低于19．4 MPa的。探测杆有银质和金质的两种，前者可用来测量强度为110MPa的高性能}昆凝土，探测杆由高强度合金制成；后者的横截面比前者大56%，用来测量轻混凝土（密度小于2003 kg/m。）。测杆的贯入深度随混凝土强度增加而减少，但不成比例。
（2）钢材强度一般以设计、施工的有关资料为依据，不再另进行检验。无资料可查时，应通过调查桥梁的修建年代，钢材外观，材料来源等进行分析判定。确有必要时可在结构上截取试件进行材料试验。
（3）在结构上钻取、截取材料试件时，应取有代表性的，但应尽量选择在结构的次要部位。同时要采取有效措施，确保结构安全，并及时进行补强处理。
（4）钢筋锈蚀情况的评价。混凝土的密实度、渗水性、含水量、含氯盐量、碳化深度、保护层厚度不足和开裂等缺损，是导致钢筋锈蚀的诸多因素。反之，钢筋锈蚀又促使?混凝土进一步破损。
对钢筋锈蚀的评定技术可分为直接评定和间接评定两种。
① 直接评定钢筋锈蚀技术
a． 电阻探测器技术和线性极化探测技术这两种方法必须在新结构施工中实施，不能用于旧结构。
b．半电池电位测量法是通过与一已知的、并保持常量的基准电池（半电池）的极电位相比较，能有效地测量混凝土中钢筋的极电位。但它只能说明钢
筋是否可能锈蚀，而不能提供锈蚀速率的数据。这种方法是唯一可用于现有结构直接检测混凝土钢筋锈蚀的非破损技术。其设备简单，便于现场原位检测。在钢筋混凝土结构耐久性评定中被广泛应用。
C． 重量损失法和截面损失法（或凹痕深度测量法）均需在构件上截取已锈蚀钢筋的试件进行检测，都是局部破损试验，而且仅表示局部的锈蚀率。
② 间接评定钢筋锈蚀技术
a．用保护层测定仪检测钢筋的混凝土保护层厚度是否足够。目前有关产品的探测深度达220～250mm，精度为±5%。这种方法也经常用来探测
钢筋位置，估测钢筋直径。
b．测定混凝土电阻率。通常用四电极法测量。混凝土电阻率与含水量有关，是控制钢筋锈蚀的因素之一，电阻率越高，锈蚀电流就越弱。当电阻率超过时，不可能锈蚀；低于肯定锈蚀。
e．气透性检测，主要用于原位评定混凝土对碳化和有害离子侵蚀的抵抗力，从而间接评定钢筋锈蚀的可能性。英国运输道路研究试验所（TRRI ）已在10余座后张预应力混凝土桥梁中采用真空压力法进行气渗透性检测，以评定预应力管道灌浆中空隙体积及钢索锈蚀的可能性。
3．9 地基的检验
当发现墩台有沉降、倾斜、位移时，一定要对地基进行探测和商讨。
对已成桥的地基检测是比较困难和麻烦的。可用触探和钻孑L取样的方法，也可用荷载板试验。但很难在原位进行。常常只能是接近基础原位。对岩石地基，可在基岩的露头地点进行检验。对原设计时的工程地质、水文及地貌等资料进行商讨，也是解决有关问题的方法之一。
4、既有桥梁的静动载检测
作为对既有桥梁的检测评估，前述的工作是必须的，是不可缺少或省略的。通过这些工作，可在一定程度上了解既有桥梁的病害情况和现状。如果既有桥梁的病害不严重，且结构较简单，有关技术资料又比较齐全，这时，再进行一些分析计算，便可以对该桥作评估了。否则，在进行了全面检查量测后，还必须进行静动载检验。
静动载检验可以对既有桥的承载能力作出最直接最准确的判断。
4．1 既有桥静动载检测的基本内容
既有桥静动载检测的基本内容、方法和使用的仪器设备等，同于一般新建桥的静动载检验。这里主要就既有桥静动载检验应注意的问题做出说明。
（1）检测项目因结构类型和材质不同而异包括内力、各种应力、挠度、变形、变位、支承反力（包括拱脚最大水平推力）、支座转角、支座沉降以及裂缝在加载时的开展情况。各种桥式结构加载时的控制截面和重点部位在前面已经指出。除了这些之外，还应考虑各部分损伤严重的截面和病害严重的构件。
（2）对斜拉桥，进行荷载检测时，除主梁外。尚须检测斜拉索索力、塔根部应力和塔顶变位等。对悬索桥，作静荷载检测时，除对加劲梁的挠度、应力进行检测外，还应对主缆索力、吊索索力、塔顶位移进行检测。
（3）除前面指出的各种桥式结构在加载时的内力控制截面和检测项目外，还应考虑各部分损伤严重的截面和病害严重的构件。
（4）进行加载检测时，应针对拟取的数据制定各种不同的工况。即各有关检测得到的数据，必须是有代表性的能说明结构工作状态的控制性数据。
（5）根据既有桥梁的结构类型和损伤、病害等具体情况。可静、动载检测都做。也可只做其中的一种。
4．2 检测荷载的确定与截面内力的控制
（1）必须慎重选择既有桥的检测荷载。从原则上讲，应根据既有桥现状检查情况来确定检测荷载；同时参照既有桥的原设计荷载和委托方提出的要求。但在任何情况下，检测荷载不得大于既有桥的原设计荷载。
（2）为保证加载检测结果的正确性，还应考虑到有关规范和标准中规定的静载试验效率和动载试验效率等。
对既有桥，尤其是对病害较严重的桥．在加载时应特别注意安全；加载一定要分级。由小到大，循序渐进；随时观测有关数据和桥梁受载后的状况。如有异常，必须立即停止，并迅速卸载，以免发生危险；查明原因后才能继续进行。
（3）为确保荷载检测数据的可靠性，应重复加载。即各种工况每级荷载宜各加3次，并作相应的记录。若前2次各有关数据的重复性好。则可只做2次。若各有关数据的重复性差，则要当即寻找原因，尔后再继续做荷载检测。
4．3 既有桥桥墩状态的检测评定
关于既有桥桥墩状态是指桥墩具有的承受上部结构荷载以及承受风力、流水压力、冰压力、浮力和特殊荷载（船只或漂浮物的撞击力）等的能力。其检测评定，不是用承载能力和刚度等指标来直接衡量，而一般是用动测的方法。
（1）由于桥墩的纵向振动受墩一梁耦联的影响较大，很难区分梁部的影响与桥墩本身的影响，因此，检测以横向振动信号为主。
（2）用自然脉动反应的时域波形或车辆作用下的时域波形通过分析对比来评定，这就是所谓定性的桥墩状态检测评定方法。
① 自然脉动
检测自然脉动的主要目的是获得桥墩的空载无车辆荷载）一阶横向自振频率。之所以这样做，一方面可以在强振激励下识别那一个峰值为可能的有载横向自振频率；另方面也可以通过自振频率的变化规律，对桥墩的状态进行评估。
当既有桥桥墩的状态良好时，由于外激励为一平稳随机过程，其自然脉动反应的时域波形应主要表现为一平稳随机过程（见图1）。频谱分析的结果，可以得到其多阶自振频率（见图1）。而既有桥桥墩状态较差时，如刚度较弱，再加上环境激励较强，则时域波形往往会表现出某种特别的、类似拍振等现象，频谱分析结果则可能会有若干个峰值同时出现在某一个小的范围内（见图2）。
② 车辆作用下的时域波形分析
车辆作用下，墩顶横向位移响应信号是其分析的基础。在此基础上可进行时域参数特征统计，频谱分析等。但这些直接的时域反应信号的分析，更具有直观性、经验性。既有桥桥墩状态的判断的最直接的信息来源于此。
对时域波形的全域进行观察，波形出现大振幅夹杂小振幅且有微偏振；有大振幅、碎波及长周期波出现；有碎波、滞回波及长周期波出现；有大振幅波、碎波出现、强振频率变化较大等等均表示既有桥桥墩的状态较差。
一般情况是：相同约束条件下的同类桥墩，在同一车辆荷载作用下，状态好的既有桥桥墩的横向位移要比状态差的既有桥桥墩的横向位移小。
（3）利用准确的检测结果与准确的理论计算结果相对比，对既有桥桥墩的状态进行评定，这就是所谓的定量评定方法。
定量分析评定既有桥桥墩的状态可利用频率作为基本参数来进行，也可以通过对振型的分析来确定。一般常常利用自振频率来定量分析。
将检测得到的既有桥桥墩的横向第一自振频率与理论计算的相比较，即可得到两者的相对误差。当相对误差较小时，例如，小于5%，则该既有桥桥墩的状态较好。
5、既有桥的理论检算
5．1 对既有桥进行理论检算的必要性
对既有桥进行理论检算是既有桥检测评估工作中不可缺少的部分，是必须要做的工作。
（1）根据检查得到的实际资料和有关数据，再参照原设计文件、施工文件及竣工文件，进行理论检算，可以说明旧桥的实际承载能力和安全状态。
所谓实际资料和有关数据主要是指：桥各组成部分的实际状态；各构件的尺寸；材料等级、规格、强度、数量；裂缝、破损、锈蚀、变形、位移等病害；沉降；墩台处河床的局部冲刷等。
（2）进行理论检算还可验证原设计的正确性，检验原施工质量；指导荷载检测的进行；与荷载检测的有关资料数据对照分析，求得结构的安全度，了解结构的安全储备；检测数据与理论计算数据还可互相印证。
5．2 既有桥理论检算的要点
（1）既有桥进行理论检算时，使用的荷载种类和等级一般应与原设计采用的相同。但当委托方（业主）有明确要求时，也可同时采用小于或大于原设计的荷载进行检算。这里要注意两点：
① 首先采用的是原设计荷载。即在任何情况下用原设计荷载进行理论检算是不可缺少的。
② 理论检算采用的荷载工况应与荷载检测采用的工况相一致。
（2）进行既有桥理论验算时，应根据该桥结构特征和不同的验算项目，用不同的荷载组合（即不同工况）。
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