張海峰

【摘? ? 要】：為客觀、全面掌握橋梁病害，以京津塘高速公路項(xiàng)目為依托，通過(guò)分析高速公路既有橋梁外觀（含裂縫）、材質(zhì)狀況（含混凝土強(qiáng)度、碳化深度、鋼筋保護(hù)層厚度）、橋面線形、橋墩沉降、墩柱豎直度等檢測(cè)技術(shù)要點(diǎn)和方法，總結(jié)高速公路既有橋梁檢測(cè)的一般性和特殊性。

【關(guān)鍵詞】：高速公路；橋梁檢測(cè)；病害

【中圖分類號(hào)】：U445.7【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：C【文章編號(hào)】：1008-3197（2023）03-46-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.03.014

Research on the Key Points and Application of Existing Bridges Detection

Technology in Expressway

ZHANG Haifeng

（? JJT Expressway Branch， China Merchants Expressway Network Technology Holding Co. Ltd.，Beijing 100176， China）

【Abstract】：In order to master bridge diseases objectively and comprehensively， based on Beijing-Tianjin-Tanggu expressway， this paper analyzes the technical points and methods of existing bridges on expressways， such as appearance （including cracks）， material condition （including concrete strength， carbonation depth， thickness of steel protective layer）， bridge deck alignment， pier settlement， pier verticality， etc.， and summarizes the generality and particularity of bridges on expressways.

【Key words】：expressway; detection technology of bridges; diseases

隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增加，高速公路橋梁耐久性、承載能力等安全問(wèn)題日漸突出，客觀上對(duì)既有高速公路橋梁的檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)方法、安全作業(yè)、養(yǎng)護(hù)決策等都提出了新的挑戰(zhàn)[1]。本文以京津塘高速公路為依托，在分析高速公路不同類型既有橋梁檢測(cè)技術(shù)要點(diǎn)和檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，對(duì)既有橋梁外觀（含裂縫）、材質(zhì)狀況（含混凝土強(qiáng)度、碳化深度、鋼筋保護(hù)層厚度）、橋面線形、橋墩沉降、墩柱豎直度[2]等檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，客觀、全面掌握橋梁病害發(fā)展趨勢(shì)，杜絕安全隱患，給予橋梁安全運(yùn)營(yíng)強(qiáng)有力的支撐和保障并為橋梁維養(yǎng)和科學(xué)管理提供依據(jù)。

1 工程概況

京津塘高速公路全線共有橋梁201座（不分幅統(tǒng)計(jì)），其中特大橋2座、大橋5座、中橋95座、小橋99座。橋梁上部結(jié)構(gòu)主要為鋼筋混凝土板橋、鋼筋混凝土空心板橋、鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土工字形梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土空力板橋、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋。橋墩主要結(jié)構(gòu)形式為柱式墩和薄壁墩，橋臺(tái)形式為柱式臺(tái)、肋式臺(tái)、薄壁臺(tái)；除少量盆式橡膠支座，主要為板式橡膠支座（部分支座為四氟板式橡膠支座）。

2 高速公路既有橋梁檢測(cè)

2.1 檢測(cè)技術(shù)要點(diǎn)

橋梁外觀（含裂縫）、材質(zhì)狀況（含混凝土強(qiáng)度、碳化深度、鋼筋保護(hù)層厚度）、橋面線形、橋墩沉降、墩柱豎直度等 [2～6]。

2.1.1 外觀檢測(cè)

以目測(cè)為主并配備照相機(jī)、裂縫測(cè)寬儀、探測(cè)工具及輔助器材與設(shè)備等必要的量測(cè)儀器，必須接近或盡可能接近各構(gòu)件，進(jìn)行全面、詳細(xì)的檢測(cè)；對(duì)于凈空較高或跨水的橋梁，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，使用登高車(chē)、橋梁檢測(cè)車(chē)、皮劃艇等設(shè)備。特別關(guān)注構(gòu)件的關(guān)鍵部位，如內(nèi)力最大處、應(yīng)力集中區(qū)、截面突變處、容易發(fā)生損壞部位及結(jié)構(gòu)耐久性薄弱部位等。公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定采用分層綜合評(píng)定與5類橋梁?jiǎn)雾?xiàng)控制指標(biāo)相結(jié)合的方法[6]，先對(duì)橋梁各構(gòu)件進(jìn)行評(píng)定，然后對(duì)橋梁各部件進(jìn)行評(píng)定，再對(duì)橋面系、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行評(píng)定，最后進(jìn)行橋梁總體技術(shù)狀況的評(píng)定。

2.1.2 材質(zhì)狀況檢測(cè)

一般選擇橋梁上下部主要構(gòu)件進(jìn)行混凝土強(qiáng)度、碳化深度、鋼筋保護(hù)層厚度等指標(biāo)的檢測(cè)，以了解混凝土的耐久性、鋼筋的銹蝕狀況等橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)在質(zhì)量?；炷翉?qiáng)度檢測(cè)主要采用回彈法；混凝土碳化狀況采用在混凝土新鮮斷面觀察酸堿指示劑反應(yīng)厚度的方法；混凝土橋梁鋼筋保護(hù)層厚度可采用電磁檢測(cè)方法進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。材質(zhì)狀況的評(píng)價(jià)主要依據(jù)JTG/T 21—2011《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》。

2.1.3 橋面線形檢測(cè)

主要檢測(cè)順橋向的撓度變形，通過(guò)監(jiān)測(cè)橋面標(biāo)高變化，判斷橋梁有無(wú)發(fā)生不均勻沉降，進(jìn)而分析橋梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)體系有無(wú)發(fā)生變化。根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，沿行車(chē)道兩邊（靠近路緣石處）可按每孔跨中和支點(diǎn)三個(gè)截面進(jìn)行布設(shè)；每聯(lián)中墩測(cè)點(diǎn)兩跨共用，聯(lián)與聯(lián)之間伸縮縫兩側(cè)橋墩分別設(shè)置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。布設(shè)附合或閉合水準(zhǔn)路線測(cè)定各觀測(cè)點(diǎn)高程數(shù)據(jù)[7]。

2.1.4 橋墩沉降檢測(cè)

主要通過(guò)橋墩觀測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高變化，來(lái)分析墩臺(tái)基礎(chǔ)有無(wú)發(fā)生沉降。在橋墩距地面0.5～2 m高度范圍的左右幅各布設(shè)1個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。布設(shè)附合或閉合水準(zhǔn)路線測(cè)定各觀測(cè)點(diǎn)高程數(shù)據(jù)[7]。

2.1.5 墩柱豎直度檢測(cè)

橋墩高度H≤5 m時(shí)，允許偏差≤5 mm；5 m＜H≤60 m時(shí)，允許偏差≤H/1 000且≤20 mm[8]。

2.2 檢測(cè)特點(diǎn)

依據(jù)京津塘高速公路既有橋梁的特點(diǎn)和以往檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，分析歸納高速公路既有橋梁檢測(cè)的特點(diǎn)。

2.2.1 一般性

雖然國(guó)內(nèi)高速公路橋梁結(jié)構(gòu)形式多樣、跨徑大小不一、地理?xiàng)l件復(fù)雜多變，但仍可發(fā)現(xiàn)一些共同點(diǎn)。

1）橋梁先天性缺陷。受當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)理念、施工條件等制約，部分橋梁不可避免存在一些非運(yùn)營(yíng)期產(chǎn)生的病害。

2）橋梁荷載效應(yīng)病害。高速公路運(yùn)營(yíng)前期，車(chē)流量不大，與之相交的線路較少；隨著車(chē)流量增大及超重車(chē)輛增多，高速公路經(jīng)常承受遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)值的荷載壓力，在外界荷載作用下，梁體開(kāi)始出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫、墩臺(tái)基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降、橋面線形變化導(dǎo)致行車(chē)顛簸等。各種荷載效應(yīng)并發(fā)，會(huì)明顯影響橋梁的正常使用壽命。

3）橋梁病害的可變性。對(duì)比歷年高速公路橋梁檢測(cè)病害不難發(fā)現(xiàn)，有些病害是會(huì)隨著時(shí)間推移發(fā)展變化的，尤其是受力性病害，這就需要“早發(fā)現(xiàn)、常監(jiān)測(cè)”；還有一些病害帶有某種“假象”，例如模數(shù)式伸縮縫型鋼的縱向間距偏大或偏小問(wèn)題，很大程度受季節(jié)性環(huán)境溫度造成的熱脹冷縮影響。

2.2.2 特殊性

1）多區(qū)域管理。京津塘高速公路跨越北京、河北、天津三個(gè)行政管理區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的管理方式不同，檢測(cè)方案也應(yīng)隨之變化。例如檢測(cè)作業(yè)時(shí)間不同，因京津塘高速公路穿越較多市區(qū)，受不同區(qū)域通行高峰期影響，北京段作業(yè)時(shí)間控制在9：00—16：30，天津段作業(yè)時(shí)間控制在8：30—16：30。

2）多指標(biāo)關(guān)聯(lián)。1993年通車(chē)的京津塘高速公路經(jīng)過(guò)多年的自然環(huán)境侵蝕與車(chē)輛荷載作用，橋梁結(jié)構(gòu)不可避免的有老化傾向：表觀缺陷如裂縫等出現(xiàn)較多；混凝土的耐久性出現(xiàn)一定程度降低；鋼筋銹蝕狀況日益突出，甚至可能影響橋梁的承載能力和行車(chē)安全。橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的表面癥狀并不一定是單獨(dú)的某個(gè)，應(yīng)注意表觀缺陷、材質(zhì)狀況、橋面線形等多個(gè)檢測(cè)指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性，將檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析、綜合評(píng)價(jià)，而不再是以往單一指標(biāo)的孤立評(píng)價(jià)。

3 檢測(cè)結(jié)果及建議

3.1 檢測(cè)結(jié)果分析

3.1.1 外觀及橋梁技術(shù)狀況等級(jí)

根據(jù)近兩年度橋梁定期檢查結(jié)果，一類橋1座，二類橋197座，三類橋3座；無(wú)四、五類橋。見(jiàn)表1。

京津塘高速公路建成早，目前部分橋梁使用時(shí)間達(dá)到30 a，橋梁各部位均存在不同程度的缺損。見(jiàn)表2。

針對(duì)上述病害，建議采取如下維修加固措施：

1）對(duì)裂縫建議進(jìn)行封閉處理，以提高其耐久性。裂寬＜0.15 mm，建議采用樹(shù)脂封閉膠進(jìn)行涂刷封閉處理；裂寬≥0.15 mm，建議采用樹(shù)脂灌縫處理；

2）對(duì)外露鋼筋建議進(jìn)行除銹處理并采用混凝土對(duì)破損區(qū)域進(jìn)行修補(bǔ)，使修補(bǔ)區(qū)域密實(shí)平整，加強(qiáng)滲水區(qū)域的防水處理，保證混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性；

3）泛堿較為嚴(yán)重區(qū)域先清除表面腐蝕混凝土，再采用環(huán)氧砂漿修復(fù)；

4）銹脹區(qū)域先鑿除表面疏松混凝土，采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修復(fù)處理；

5）及時(shí)清理伸縮縫積土，恢復(fù)其延展性；更換老化開(kāi)裂的止水帶；疏通存在堵塞的泄水孔，恢復(fù)其正常排水能力；

6）更換老化、剪切變形嚴(yán)重的支座；存在脫空的支座建議墊鋼板處理或調(diào)整支座位置；

7）橋面瀝青鋪裝層開(kāi)裂及坑槽等病害建議采用瀝青或?yàn)r青混合料進(jìn)行修補(bǔ)。

3.1.2 材質(zhì)狀況檢測(cè)

混凝土材質(zhì)狀況主要受施工質(zhì)量、施工材料等級(jí)、橋梁服役時(shí)間、服役環(huán)境狀況等綜合影響。以K78+630津薊特大橋?yàn)槔?，其碳化深度均小于混凝土保護(hù)層厚度，混凝強(qiáng)度等級(jí)和保護(hù)層厚度檢測(cè)值滿足設(shè)計(jì)要求。見(jiàn)表3。

3.1.3 橋面線形檢測(cè)

對(duì)特大橋（津薊特大橋和金鐘路大橋）歷年橋面線形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，橋面撓曲變形較小，整體結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。

3.1.4 橋墩沉降檢測(cè)

通過(guò)對(duì)特大橋（津薊特大橋和金鐘路大橋）歷年橋墩沉降檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，墩柱沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降變化較小，穩(wěn)定性較好。

3.1.5 墩柱豎直度檢測(cè)

根據(jù)2021年檢測(cè)報(bào)告，對(duì)往年豎直度超限的墩柱進(jìn)行復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)結(jié)果顯示墩柱傾斜沒(méi)有增大，初步判斷部分墩柱的傾斜度超限且個(gè)別墩柱傾斜度超極值，可能是施工期或通車(chē)前期超重造成的，后期已經(jīng)得到有效控制，沒(méi)有進(jìn)一步增大，可認(rèn)為其整體結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。

3.2 養(yǎng)護(hù)建議

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納整理，對(duì)比歷年檢測(cè)、養(yǎng)護(hù)維修資料，分析病害成因及變化，預(yù)測(cè)病害發(fā)展趨勢(shì)。依據(jù)病害嚴(yán)重程度、對(duì)安全影響程度、專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)資金，對(duì)病害進(jìn)行分類。見(jiàn)表4。

病害維修評(píng)分可分為9類，自低到高依次為1.00、1.25、1.50、1.75、2.00、2.25、2.50、2.75、3.00。以此為基礎(chǔ)，建立病害的維修項(xiàng)目庫(kù)，評(píng)分較高的病害建議優(yōu)先進(jìn)行維修處理，同時(shí)兼顧處理B1、B2、B3標(biāo)度為3的病害。

3.3 橋梁技術(shù)狀況衰變預(yù)測(cè)模型的確定

根據(jù)京津塘高速公路歷年來(lái)橋梁檢測(cè)報(bào)告及技術(shù)狀況資料，選取無(wú)主要病害的橋梁作為樣本，確定一條橋梁技術(shù)狀況衰變基本樣本曲線。以JTGH 11—2004《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》和JTG/TJ 21—2011《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》中相關(guān)橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，考慮京津塘高速公路橋梁所處地理環(huán)境特點(diǎn)、通行荷載情況、結(jié)構(gòu)重要部件損傷狀況對(duì)橋梁技術(shù)狀況的影響程度，采用通行荷載修正系數(shù)和主要病害綜合修正系數(shù)修正橋梁技術(shù)狀況基本衰變預(yù)測(cè)模型，作為存在主要病害橋梁技術(shù)狀況的衰變預(yù)測(cè)模型。國(guó)內(nèi)多條高速公路橋梁多次定期檢查資料的綜合分析結(jié)果顯示，橋梁全壽命技術(shù)狀況預(yù)測(cè)模型符合指數(shù)分布規(guī)律。

式中：[Dr（t）]為橋梁服務(wù)t年時(shí)的預(yù)測(cè)技術(shù)狀況評(píng)定得分；[Dr（t0）]為橋梁衰變模型起點(diǎn)[t0]時(shí)的技術(shù)狀況評(píng)定得分；[Dr（ts）]為橋梁服務(wù)[ts]時(shí)的預(yù)期技術(shù)狀況評(píng)定得分；[t]為橋梁預(yù)測(cè)時(shí)間，a；[t0]為橋梁衰變模型起點(diǎn)時(shí)間，a；[tS]為橋梁達(dá)到一定技術(shù)狀況水平的預(yù)期服務(wù)時(shí)間，a；[ξ] 為橋梁主要病害綜合影響系數(shù)；[ ξq] 為通行荷載影響系數(shù)。

式（1）中“＋1”是為保證當(dāng)[t]＝[t0]時(shí)，公式成立。

以津薊特大橋（左幅）為例，建立技術(shù)狀況衰變基本模型。初始條件為[Dr（t0）]＝100（初始狀態(tài)）；[Dr（ts）]＝40（4類橋）；[t0]＝0；t＝30；[Dr（t）]＝80.9（2021年度技術(shù)狀況得分）；[ξ]＝1.0；[ξq]＝1.15。將初始參數(shù)帶入橋梁技術(shù)狀況衰變模型，計(jì)算出橋梁技術(shù)狀況衰減至四類橋時(shí)所需要的年限[tS]為41.56 a。

4 結(jié)語(yǔ)

橋梁病害會(huì)隨著高速公路運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增加呈發(fā)展趨勢(shì)，所以要予以高度重視，對(duì)橋梁病害產(chǎn)生的原因及發(fā)展程度進(jìn)行詳細(xì)分析，提高檢測(cè)的針對(duì)性，確保檢測(cè)和評(píng)定方法選擇的合理性。在橋梁養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，制訂科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)方案，控制橋梁病害進(jìn)一步發(fā)展并結(jié)合預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的特點(diǎn)，合理的選取開(kāi)展預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作，提高橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命。

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