报告指出， 桥梁的后张系统存在显著问题 ，尤其是 D 型悬臂梁，其承载能力不足，存在脆性破坏的风险。此外，报告还强调了桥梁的非冗余特性、检查和维护的困难，以及全面修复所需的重大工程挑战。  

报告建议，为了确保桥梁的长期安全和稳定性，可能需要拆除并更换上部结构，甚至全面更换桥梁。

主要内容：

桥梁历史： 华盛顿大桥设计于 1967 年， 1969 年通车，由 14 根后张悬臂梁组成，分布在六条梁线上。桥梁在 1996 年进行过修复，包括悬臂梁端部、腹板裂缝、空洞灌浆、分层修复等。  

后张预应力混凝土构件： 后张预应力混凝土构件的关键组件包括锚固块、锚固区混凝土、张拉缆索 (PT 预应力束或绞线 ) 和 PT 管道。这些组件在桥梁的稳定性和承载能力中起着至关重要的作用。

桥梁结构缺陷： I-195 公路西向华盛顿大桥由 18 个不同结构类型的跨组成，包括后张悬臂梁等。由于桥梁的非冗余特性，悬臂梁本身没有内部后张冗余，也没有足够的通道进行检查、维护或更换单个后张构件。  

图 1: 华盛顿大桥布局  

图 2: 平衡与不平衡悬臂配置  

劣化情况 ：桥墩 6 和 7 的多个固定杆失效，后张力锚固装置和灌浆口发生显著腐蚀，后张力管道内存在显著空洞和软灌浆，混凝土梁的锚固区混凝土不健全，整个结构的后张力管道沿梁出现裂缝， 6 号和 7 号桥墩的梁混凝土易受冻融损害，主梁接缝在后张力锚固装置上漏水。  

图 3: 梁 A 在桥墩 7 的固定失效  

修复和加固的复杂性： 对 D 型悬臂梁的承载能力分析表明，梁的承载能力不足以支持活载交通，需要进行重大修复和加固，但系统的可行性有限。  

图 4: 固定装置修复细节  

潜在风险： 桥梁在失效之前可能不会表现出足够的结构损伤，以便常规检查能够发现。修复方案并未完全减轻与结构缺陷相关的风险，且可能需要拆除并更换上部结构，甚至全面更换桥梁。  

分析范围

评估目的： VN 工程师公司作为 VHB 的分包顾问，负责对华盛顿大桥的后张悬臂梁进行评估，作为紧急修复项目的一部分。  

评估重点： 评估主要集中在位于桥墩 6 和 7 的 D 型悬臂梁，通过现场调查、结构分析、现场测试数据整合及截面承载能力分析，识别后张系统内的风险，并对修复和加固方案进行定性审查。  

现场调查

关键发现： 现场调查发现桥墩 6 和 7 的多个固定杆失效，后张锚固系统暴露，混凝土剥落，锚固头暴露并腐蚀，后张锚固系统灌浆口存在严重腐蚀、空洞和软灌浆问题。  

网状裂缝和接缝问题： 在后张管道路径上发现多处纵向网状裂缝，桥墩 6 和 7 主梁接缝处水渗透明显，水流向后张锚固位置。  

图 5: 桥墩 7 处梁 A 的暴露后张锚固  

图 6: 第 6 号桥墩梁 A 的不良混凝土  

图 7: 暴露的后张锚固梁，桥墩 7
 

图 8: 第 7 号桥墩梁 E 的灌浆口内的空洞和软灌浆  

图 9: 梁 B 在桥墩 7 末端的缺陷  

图 10: 梁 A 在桥墩 6 处的网状裂缝  

图 11:  梁 F 的剥落  

图 12:  端隔板的状态  

图 13: 桥梁主梁接缝处的水渗透  

现场测试数据

测试方法： 使用了位移传感器监测、混凝土取样与测试、地面穿透雷达 (GPR) 和超声波等无损检测技术。  

图 14: 混凝土取样位置  

图 15: 桥墩 7 南侧梁 A 的 MIRA 扫描示例  

图 16: 第 6 号桥墩梁 C 的探测照片 - 预应力束 4  

图 17: 第 6 号桥墩梁 B 的探测照片 - 预应力束 5  

测试结果： 混凝土抗压强度测试显示样本破坏强度在 7.37 到 8.77ksi ，超过设计强度 5ksi 。 GPR 和超声波扫描显示后张管道内存在显著的空洞、软灌浆以及灌浆与管道内部的分层现象。  

梁的结构分析

分析方法： 使用 LARSA4D 有限元分析程序进行代表性梁线的结构分析，评估 D 型悬臂梁的状态。  

分析结果： 分析表明， D 型悬臂梁在活载下存在脆性破坏的风险，承载能力不足以支持活载交通，且需要进行重大修复和加固。  

图 18: 梁建模的对象  

图 19:LARSA4D 隔离梁线模型  

图 20:D 型悬臂内部梁的应力图  

图 21:D 型悬臂梁塑性铰的理想位置  

图 22: 由于系固装置失效导致的桥墩 6 梁 A 的旋转  

图 23:LARSA4D 模型在系固装置失效极端事件下的变形形状  

图 24: 分析中悬臂梁潜在损伤位置  

图 25: 在第 6 跨第 6 号桥墩附近梁 A 末端发现的损伤检查照片  

修复和加固方案的定性评估

方案考虑： 评估了多种修复和加固方案，包括闭合桥梁接缝、后张预应力系统与梁的修复、加固现有梁 - 外部后张预应力系统使用、加固现有梁 - 纤维增强聚合物 (FRP) 、补充现有梁 - 姐妹梁替代方案等。  

方案可行性： 所有考虑的方案均存在局限性，未能完全解决结构缺陷和风险，且可能需要拆除并更换上部结构，甚至全面更换桥梁。  

华盛顿大桥识别的风险

脆性破坏失效模式： D 型悬臂梁承载能力不足，预计失效模式为脆性破坏，可能导致桥梁在无明显预警的情况下突然失效。  

国家视角： 华盛顿大桥在全国范围内具有独特性，其非冗余特性和记录的后张缺陷数量使其成为后张预应力混凝土桥梁中的一个特例。  

有限的检查通道： 桥梁的几何形状和细节设计不允许对预应力系统进行全面评估，存在检查和维护的困难。  

主梁接缝问题： 主梁接缝是水渗透活跃源，导致梁端持续劣化，增加了结构的不稳定性风险。  

PT 缺陷的全面记录能力： 即使使用先进扫描技术，仍然存在无法识别所有缺陷以进行修复或风险评估的风险。  

图 26: 在第 6 号桥墩的梁 B 中，通过冲击回声 (1996 年 ) 和使用 MIRA (2024 年 ) 发现的空洞位置  

图2 7: 可以使用和无法使用 MIRA 进行扫描的位置  

总结与结论

结构复杂性： 华盛顿大桥是一座复杂的结构，由多种类型的跨径组成，整体配置本质上是非冗余的。  

劣化严重性： 记录的劣化类型表明，后张锚固周围的保护混凝土和后张系统内的灌浆受到损害，并在多个位置失效。  

修复和加固的挑战： 修复方案并未完全减轻与结构缺陷相关的风险，且可能需要拆除并更换上部结构，甚至全面更换桥梁。  

资产管理决策： 从资产管理的角度来看，在决策过程中应考虑这些以及本报告中涉及的其他主题，以确定立即的下一步措施以及结构的长期可行性和充分性。  

讨 论

一、设计部门与设计人员应该从这个桥中吸取什么教训？

设计部门和设计人员应从华盛顿大桥案例中吸取以下关键教训，并严格基于报告内容进行改进：  

1.  冗余设计必要性：应避免单一失效点设计。该桥悬臂梁系统缺乏内部冗余。未来设计需在关键构件中引入冗余机制，例如设置多路径传力系统或可替换的预应力组件。  

2. 可检性设计规范：必须预留检查通道。该桥后张锚固组件因几何限制无法检查。建议参照现代标准设置永久性检修通道，如可拆卸面板或检测管廊系统。  

3.  防水系统整合设计：接缝设计需结合防水评估。主梁接缝位于后张锚固区导致持续渗水，应建立三级防水体系（结构自防水 + 接缝密封 + 导排系统），关键部位应设置止水带和滴水线。  

4.  材料耐久性标准：需严格规定抗冻混凝土指标。该桥混凝土未掺引气剂。建议按环境暴露等级制定混凝土配比，对预应力区实施更严格的氯离子渗透限制。  

5. 预应力系统可维护性：应建立预应力束全寿命管理机制。该桥因管道灌浆缺陷。建议研究可重复灌浆的波纹管系统，并设置监测传感器接口。  

6.  延性设计规范更新：必须满足现代延性要求。该桥预应力束有效应力仅 38-45% 。需在承载力计算中增加延性系数，设置可观测的预警变形指标。  

7.  施工可逆性设计：应预设构件更换方案。该桥主梁拆除存在荷载重分布风险，建议在关键连接部位采用模块化设计，如可调节支座、分段预应力系统等。  

8.BIM 技术应用：需建立全生命周期数字模型。该桥因历史资料不全影响评估，应采用 BIM 技术集成设计参数、施工记录和监测数据，建立三维可追溯档案。  

这些改进方向均基于报告中揭示的具体技术缺陷（锚固失效、灌浆空洞、检查不可达等），通过优化设计方法论和技术标准，可有效提升桥梁工程的可靠性和可维护性。  

二、检测与评估人员应从华盛顿大桥案例中吸取哪些关键经验？

1.  无损检测技术综合应用  

  需结合地面穿透雷达（ GPR ）、超声波扫描与混凝土取样检测（如案例中 GPR 成功检测到后张管道内空洞和软灌浆，但超声波同时发现灌浆与管道分层，说明单一技术存在局限性。  

2.  动态监测必要性  

  位移传感器成功监测到悬臂梁位移。但需注意传感器布点需覆盖所有关键构件（如不同桥墩的固定杆）。  

3.  冻融损害识别方法  

  通过岩石学分析发现非引气混凝土，结合现场剥落现象，建立混凝土耐久性评估标准：需包含气泡含量检测和石膏矿物分析。  

4.  水渗透路径追踪  

  主梁接缝渗水导致锚固区腐蚀。  

5.  隐蔽缺陷风险评估  

  锚固区内部腐蚀无法直接观测。  

6.  历史数据对比分析  

  通过对比 1996 年与 2024 年裂缝数据，建立裂缝发展速率模型：如梁 A 裂缝年均扩展 1.5 英寸，为同类结构制定检测周期提供量化依据。  

7.  应急检查优先级判定  

  案例显示固定杆失效具有连锁反应，提示需建立关键构件失效树分析（ FTA ）模型，优先检查传力路径中的薄弱环节。  

这些经验均源自报告中检测人员实际操作（如 BDI 的 NDT 检测）、评估难点（如锚固区不可达）和技术缺陷（如灌浆空洞）的具体描述，可为类似预应力混凝土桥梁的检测评估提供系统化方法论。  

根据报告内容，华盛顿大桥案例中虽未直接论述施工人员应吸取的教训，但可通过技术缺陷和修复实践反向推导出以下施工相关改进方向（推理过程基于锚固失效、灌浆缺陷等施工质量问题）：  

1.  灌浆质量控制     

  报告显示预应力管道存在灌浆空洞和软灌浆。施工中需严格实施灌浆密实度检测，例如采用压力灌浆工艺，并在波纹管高点设置排气孔。建议引入灌浆饱满度实时监测技术，如超声波流量计。  

2.  混凝土施工标准     

  检测发现混凝土未掺引气剂导致冻融破坏。施工中需按环境暴露等级控制配比，对预应力区混凝土实施氯离子渗透系数≤ 1000 库仑的严格标准，并采用振动台试验验证引气剂分布均匀性。  

3.  施工可逆性预留     

  修复时因构件拆除引发荷载重分布风险。建议施工中预设模块化连接节点，例如在悬臂梁接缝处预留后浇带或可拆卸式连接板，为未来更换提供技术条件。  

4.  施工过程追溯体系     

  历史资料缺失影响评估。需建立施工全过程数字化记录，例如使用 BIM 模型集成每日灌浆记录、混凝土养护温湿度曲线等数据，关键隐蔽工程留存 360 度影像资料。  

5.  动态施工监测     

  修复工程中通过传感器监测悬臂梁位移。建议常规施工阶段即布设应变计和位移传感器，特别是在预应力张拉工序中实时监控应力损失，偏差超过 5% 时触发预警。  

（注：以上内容为基于技术缺陷的合理推导，报告中未明确提及施工管理条款）  

三、作为桥梁业主，从华盛顿大桥案例中应吸哪些关键教训？

1.  全生命周期资产管理     

需建立包含风险预警的资产管理系统。该桥因非冗余设计和普遍性结构缺陷，导致修复成本远超预期。建议将桥梁按风险等级分类管理，对类似非冗余结构实施更高频次的安全评估。  

2.  应急响应机制     

应建立关键构件失效应急预案。案例显示桥墩 6 、 7 系固杆失效会引发连锁反应，业主需制定分级响应机制：当传感器监测到悬臂梁位移异常时，立即启动交通管制和临时支撑措施。  

3.  维护技术标准升级     

需更新维护规范以应对隐蔽缺陷。该桥锚固区内部腐蚀无法目视检测，建议强制规定后张系统每 5 年进行 GPR+ 超声波综合检测，并结合冻融损伤定量评估指标。  

4.  改造决策模型     

应构建多维度评估体系。该桥修复方案存在拆除导致荷载重分布风险，业主决策需综合考量：结构剩余寿命（裂缝年均扩展 1.5 英寸的数据模型、改造经济性（全面更换成本、社会影响（交通中断时长）等参数。  

5.  历史数据管理     

必须建立数字化资产档案。该桥因历史资料缺失影响评估，建议采用 BIM 技术整合施工记录（如原始灌浆压力曲线）、历次检测数据（如 1996-2024 年裂缝对比）等，形成可追溯数据链。  

这些措施均源于报告中揭示的结构缺陷、检测局限性和修复困境，通过强化预防性维护、智慧监测和科学决策机制，可显著提升桥梁资产的安全性和可持续性。