公路橋梁建設的質量問題及試驗檢測研究

馬超

摘要 為了達到提高公路橋梁施工質量與使用壽命，確保工程建設經濟效益以及保護公眾安全等目標，文章對公路橋梁建設中的質量問題進行了系統的探討，并深入分析了試驗檢測的各種方法，最終提出一套完善的橋梁建設與維護策略，確保公路橋梁施工的質量與安全。

關鍵詞 公路橋梁；質量問題；試驗檢測；工程材料

中圖分類號 U415.12文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）05-0162-03

0 引言

隨著交通基礎設施的迅速發展，公路橋梁作為重要組成部分扮演著不可或缺的角色。然而，與之相伴的是一系列的質量問題和挑戰。這些問題不僅關乎橋梁的使用壽命和經濟效益，更直接影響到公眾的安全。因此，該研究對公路橋梁建設中的質量問題進行了系統的探討，并深入分析試驗檢測的各種方法，旨在提供一套完善的橋梁建設與維護策略，確保橋梁建設的質量與安全。

1 案例概況

35團至若羌公路升級改造項目位于新疆維吾爾自治區巴音郭楞蒙古自治州若羌縣和尉犁縣境內。路線總體走向自北向南，起點位于尉犁縣34團東南15 km處，順接尉犁35團高速公路項目終點[1]。終點位于若羌縣北側約7 km處，與擬建依吞布拉克（新青界）至若羌高速（規劃G0612線重要組成部分）相接。

項目區屬于若羌縣轄區，若羌縣城屬暖溫帶大陸性荒漠干旱氣候，全年干旱少雨，風沙天氣居多，夏炎熱冬寒冷地帶，晝夜溫差大。線路跨度長，根據沿線區域地形、地貌和巖土體分布特征，可將線路沿線大致分為沙漠邊緣平原地貌、湖積平原地貌和沖積平原地貌，地貌復雜多變，原地面土壤多為硫酸鹽鹽澤土，線路貫穿臺特瑪湖湖區，湖區水位受季節影響，枯水期水質含鹽量高，設計有臺特瑪湖一號大橋、臺特瑪湖二號大橋，臺特瑪湖一號中橋、臺特瑪湖二號中橋等，對結構物耐久性及使用性能要求嚴格。

2 公路橋梁建設中常見的質量問題

2.1 結構設計缺陷

在公路橋梁的建設過程中，結構設計缺陷是導致工程質量問題的關鍵因素之一。錯誤的荷載估計，特別是在考慮車輛荷載、風荷載、溫度荷載及地震荷載時，可能導致橋梁在使用壽命內產生超出安全范圍的應力或變形，進而影響橋梁的結構安全性與耐久性。荷載估計的誤差，無論是過高還是過低，都可能導致結構的破壞或過度使用材料，從而增加工程成本。此外，地基選擇在橋梁設計中同樣至關重要[2]。不恰當的地基選擇，如對土壤承載能力的誤判、未充分考慮土層的層狀性質、地質材料（鹽殼地段）、對地下水位及湖泊水質的忽略，都可能導致橋墩沉降、側向位移或液化，進而影響橋梁的整體穩定性。特別是在地震活躍區域，錯誤的地基選擇可能導致橋梁在地震作用下的破壞。

2.2 材料問題

在公路橋梁的建設中，材料問題是導致結構性能低下的主要原因之一。使用不合格或低質量的混凝土會影響橋梁的承載能力和耐久性，因為混凝土的抗壓強度、抗滲性、抗腐蝕性及凍融性等，能直接決定橋梁在各種環境條件下的性能表現。同樣，低質量的鋼筋，可能含有太多的雜質或存在焊接、彎曲缺陷，這將嚴重影響其抗拉強度和抗震性能，增加橋梁在動態荷載下的疲勞損傷風險。此外，不恰當的材料存儲與管理，不僅會增加材料損耗的風險，還可能導致混凝土和鋼筋在施工前已經出現腐蝕或劣化。例如，混凝土原材料，如骨料、摻合料，在不恰當的環境條件下存儲，可能會導致它們的性質改變，從而影響混凝土的工作性和強度。水泥選材不合適，在腐蝕性較強的土質或水質中，應優先考慮抗硫酸鹽水泥，選用其他材質水泥會降低其結構物的耐久性。鋼筋在潮濕環境中存儲會加速腐蝕過程，進而降低其在橋梁結構中的壽命和性能。

2.3 配合比選擇的不當

在公路橋梁建設中，配合比選擇是決定混凝土性能和質量的關鍵環節。首先，配合比是指混凝土中的水、水泥、砂、石的質量或體積比例，直接影響混凝土的強度、耐久性及工作性。選擇不當的配合比，可能導致混凝土的勁性模量偏低，裂縫抗抵抗能力下降，從而在荷載作用下易出現變形或開裂，威脅橋梁的結構安全[3]。其次，坍落度損失也是配合比選擇不當的明顯癥狀之一。坍落度是反映混凝土塑性流動性的指標，當配合比選擇不當，可能導致混凝土出現水泥骨料分離、流動性降低等問題，這將影響橋梁的澆筑質量，可能產生蜂窩、孔隙等質量缺陷，會進一步降低混凝土的密實性和耐久性。最后，季節性配合比調節是公路橋梁建設中不可忽視的重要環節。由于不同季節，尤其是受溫度和濕度變化的影響，會對混凝土的凝結硬化過程產生影響，因此需要對配合比進行相應的調整。例如，夏季高溫下，混凝土易早期蒸發，可能導致水泥水化不足，降低強度；而冬季低溫下，若不進行配合比調整，可能出現混凝土凍結，影響凝結硬化過程。若對季節性配合比調節不夠重視，將影響橋梁結構的完整性和使用壽命。

2.4 施工方法的不當

在公路橋梁建設中，不當的施工方法對工程質量的影響不容忽視。首先，施工順序的混亂可能導致構件的預應力或應變分布受到不良影響，從而影響橋梁的結構性能和安全性。例如，若先進行上部結構施工而后進行地基施工，可能會導致地基承載不均，進一步引起橋墩或橋塔的傾斜和裂縫[4]。其次，技術指導的缺乏則可能導致施工過程中不恰當的混凝土澆筑、混凝土固化、預應力張拉、鋼筋焊接等關鍵環節的誤操作，進而降低材料的使用效率，減少結構的抗震、抗傾覆和抗彎曲能力。不合適的混凝土澆筑溫度或速度可能導致混凝土的蜂窩、裂縫和隔離，而缺乏技術指導的預應力張拉操作則可能引起預應力喪失，削弱結構的承載能力。

2.5 維護與管理

在公路橋梁建設領域中，維護與管理的疏忽是導致結構性能衰減的主要因素之一。缺乏定期的檢查與維護意味著潛在的結構問題，如裂縫、腐蝕或材料劣化，可能在早期階段被忽視，從而導致問題的累積與擴散。例如，不定期的橋梁表面檢查可能導致防水層或保護層的破損或剝落，從而導致混凝土的碳化和鋼筋的腐蝕。此外，對初級損傷的忽略，如微小的裂縫或初期的鋼筋銹蝕，可能會在未來的荷載或環境作用下進一步擴展，進而影響橋梁的承載能力和耐久性。鋼筋腐蝕可能導致混凝土剝落，而裂縫的擴展可能引起橋梁的整體穩定性問題。更為嚴重的是，長時間的維護與管理疏忽可能導致橋梁在極端情況下的突然失效，帶來嚴重的經濟和安全后果[5]。

3 公路橋梁試驗檢測的基本方法

3.1 荷載試驗

公路橋梁的荷載試驗是評估結構性能和橋梁安全性的關鍵手段。荷載試驗通常包括設計荷載的模擬和超載測試，以確保橋梁在實際荷載條件下的安全工作。設計荷載的模擬使用預定的標準荷載模型，如HS-20或HS-25載荷模型，模擬實際交通流的影響[6]。給定一個荷載模型，其垂直作用力為：

F=k×A （1）

式中，k——荷載系數；A——荷載面積。例如，對于HS-20荷載模型，k=20 kips/ft?。超載測試則模擬極端情況，如超重車輛通過橋梁，以評估結構的最大承載能力。測試結果數據如表1所示。

從表1中可以看出，當橋梁受到超載時，其垂直作用力會增加25%，這需要橋梁結構具有足夠的儲備承載能力來應對這種增加的荷載。荷載試驗為工程師提供了寶貴的數據，幫助他們評估橋梁的結構健康狀況和壽命預測，從而確保公眾安全。

3.2 材料試驗

公路橋梁的材料試驗旨在評估使用材料的基本性能，確保其滿足工程要求?；炷量箟簭姸仍囼炇窃u估混凝土強度的標準方法，其基本公式為：

（2）

式中，σc——混凝土抗壓強度；P——施加于試樣上的最大荷載；A——試樣的橫截面積。鋼筋拉伸試驗用來評估鋼筋的屈服和斷裂強度，其公式為：

（3）

式中，σs——鋼筋拉伸強度；F——施加的拉伸力；A0——鋼筋原始橫截面積。試驗結果數據如表2所示。

混凝土的計算抗壓強度為40 MPa，而鋼筋的計算拉伸強度為540.31 MPa。這些試驗結果提供了關于材料性能的關鍵數據，有助于工程師評估橋梁結構在設計荷載下的性能和安全性，從而確保整體工程質量。

3.3 非破壞性檢測方法

公路橋梁的非破壞性檢測方法是為了在不損壞結構的情況下評估其內部狀態和性能[7]。超聲波檢測采用高頻聲波測量混凝土中的裂紋或孔洞。該方法的基本原理是“當聲波遇到裂紋或空洞時，其速度會發生變化”，其公式為：

（4）

式中，v——聲速；d——超聲波傳播的距離；t——傳播時間。紅外熱成像檢測利用材料對熱的響應來檢測內部缺陷。當橋梁受到太陽輻射時，缺陷區域的溫度與周圍區域相比會有所不同，因為缺陷改變了熱傳導路徑。試驗結果數據如表3所示。

從超聲波檢測中得知，聲速為3 400 m/s，說明橋梁混凝土中無顯著裂紋。然而，紅外熱成像顯示2.5 ℃的溫差，這可能暗示深部裂紋的存在。這些非破壞性檢測方法為工程師提供了寶貴的信息，有助于評估橋梁的健康狀態，避免潛在的結構問題。

4 質量問題的預防與改進策略

4.1 高質量地設計與計劃

確保公路橋梁的高質量建設，首先需進行精確的地質勘察，掌握地下土層特性、水文地質及地震活動情況，從而為工程提供可靠的地質參數。高質量的設計不僅要基于準確的地質數據，而且需采用先進的設計軟件，如SAP2000或Midas Civil，以實現橋梁結構的優化配置與荷載分配。此外，先進的有限元分析方法在橋梁設計中發揮了至關重要的作用，幫助工程師準確模擬結構行為、預測潛在問題并優化設計方案。同時，建設計劃的明確與合理安排也至關重要，如工程量估算、資源分配和施工進度控制，這都為確保橋梁工程的質量、安全與經濟性提供了堅實基礎。

4.2 嚴格的材料控制與驗收

在公路橋梁工程中，嚴格的材料控制與驗收是確保工程質量的基石。全面的供應商管理制度需確保材料供應鏈的穩定性和質量可靠性，每個供應商需經過資質審查、歷史工程案例評估及現場審核，確保其提供的材料符合國家及行業標準。對進場的每批材料，無論是預應力筋、混凝土或是防腐材料，都必須經過標準化的材料測試，如拉伸強度試驗、壓縮強度試驗和堿活性反應測試。任何不符合技術參數的材料都需立即隔離，并進行原因分析與整改[8]。此外，工程實施過程中的材料使用也需記錄，建立材料流向與使用量的數據庫，方便后續的工程質量追溯與分析。這樣的嚴格管控，確保了公路橋梁工程的材料品質，為整體工程的穩定性與耐久性提供了堅實保障。

4.3 強化施工隊伍的培訓與管理

在公路橋梁工程中，強化施工隊伍的培訓與管理是質量控制的重要環節。定期的技術培訓，確保工程團隊掌握最新的施工方法、工藝要求和安全標準，如鋼筋焊接技術、預應力張拉工藝和高強混凝土澆筑技巧等。同時，針對不同施工階段和特定工種，如模板工、混凝土工和測量工，實施專業化的培訓，提升其專業技能和施工質量意識。嚴格的施工質量監督體系，涵蓋工程的每一個細節，從原材料進場驗收、中間工序檢查到完成驗收，確保所有環節均符合技術規范和設計要求。通過高頻、多角度的工程質量檢查，在早期發現潛在問題，及時進行整改，降低因人為錯誤導致的質量風險。這樣的全方位培訓與管理，為公路橋梁工程的長久穩定性和安全性奠定了堅實基礎。

4.4 定期的橋梁檢查與維護

在公路橋梁工程中，定期的橋梁檢查與維護是確保結構安全與延長其使用壽命的關鍵。首先，需建立長期的維護計劃，詳細列出各項檢查內容，如梁板裂縫、支座狀況、防護系統的穩定性和橋墩基礎的完好性等。結合最新的檢測技術和方法，例如超聲波探傷、紅外熱成像和應力波檢測，對橋梁進行細致的檢查，確保每一個關鍵部位均達到預定標準。同時，為維護工作增加預算投入是必要的。只有充足的經費支持，才能確保所需的檢測設備、維修材料和技術人員均達到最佳狀態。對于檢查中發現的問題，需要及時進行維修或加固，避免小問題發展成大問題，可能導致嚴重的安全隱患。長期的維護計劃與增加的預算投入，旨在為公路橋梁工程提供堅實的保障，確保其在各種環境和載荷條件下的穩定性和耐久性。

5 結束語

綜上所述，公路橋梁的質量問題是多方面、多層次的，涉及設計、施工、材料選擇、維護等多個環節。只有通過全面、系統的方法，才能確保橋梁的高質量發展和長期穩定性。建立嚴格的供應商管理制度、加強施工隊伍的培訓與管理、定期的橋梁檢查與維護，以及采用先進的非破壞性檢測方法等，都是實現這一目標的關鍵步驟。希望該研究能為公路橋梁建設領域提供有價值的參考，推動該領域的技術進步和橋梁的質量提升。

參考文獻

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