現(xiàn)行公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化研究

彭松

(中南安全環(huán)境技術(shù)研究院股份有限公司， 湖北 武漢 430000)

自“十二五”以來，全國各等級公路建設(shè)里程呈現(xiàn)翻番增長，伴隨著的是橋梁建設(shè)飛速發(fā)展。隨著橋梁投入運營，其技術(shù)狀況如何準(zhǔn)確、科學(xué)判定，成為橋梁后期養(yǎng)護(hù)管理中的首要任務(wù)。按現(xiàn)行規(guī)范要求，常用方法有定期檢查、特殊檢查、承載能力評定及健康監(jiān)測系統(tǒng)。JTG/T H21-2011《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》的實施，為橋梁工程建設(shè)提供了重要支撐，但在實際運用過程中也存在很多不足。該文主要針對橋梁評定過程中病害評價指標(biāo)及計算方法的優(yōu)化兩方面展開研究。

1 現(xiàn)行規(guī)范評定中的不足

JTG/T H21-2011以橋梁現(xiàn)有病害為基礎(chǔ)，按分層綜合評定的原則得到橋梁最終得分，根據(jù)得分所處界限判定橋梁等級類別，然后按照規(guī)范要求制定相應(yīng)養(yǎng)護(hù)處治措施。但規(guī)范要求檢測的病害之外的信息無法在評定報告中體現(xiàn)，且把橋梁技術(shù)狀況等級作為后期養(yǎng)護(hù)的唯一依據(jù)，不合理。

按照J(rèn)TG/T H21-2011，當(dāng)橋梁某個部件不存在時需對橋梁相應(yīng)部位的權(quán)重重新分配，但分配僅局限于上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)及橋面系三者內(nèi)部，缺失部件的影響不能體現(xiàn)到整個橋梁部件中。

橋梁剛度由于材料劣化、裂縫等病害的出現(xiàn)而發(fā)生變化，橋梁剛度減小直接導(dǎo)致其固有頻率降低。因此，在進(jìn)行橋梁技術(shù)狀況評定時，可考慮通過脈動試驗得到橋梁基頻，分析歷次測得的固有基頻找出橋梁整體剛度的變化規(guī)律，進(jìn)而對最終評定結(jié)果進(jìn)行修正。

JTG H10-2009《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中考慮了病害發(fā)展趨勢的影響，但JTG/T H21-2011中未能體現(xiàn)。當(dāng)病害發(fā)展較快時，按照該標(biāo)準(zhǔn)的扣分值進(jìn)行評定不能反映橋梁的真實情況；反之，病害發(fā)展趨于穩(wěn)定后，按該標(biāo)準(zhǔn)的扣分值進(jìn)行扣分，評定結(jié)果偏大。因此，為使病害評定結(jié)果更能貼近橋梁實際情況，建議在該標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)扣分值的基礎(chǔ)上引入惡化系數(shù)進(jìn)行修正。

2 橋梁評定中有待改善的問題

2.1 病害發(fā)展趨勢修正

橋梁病害各檢測指標(biāo)扣分值DPij可采用基礎(chǔ)扣分值×惡化系數(shù)α的方式，α表示某病害發(fā)展對結(jié)構(gòu)使用功能的影響程度，其建立在2次或2次以上檢測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上(見表1)。

表1 構(gòu)件各檢測指標(biāo)的扣分值

實際工程應(yīng)用中需建立長期的檢測數(shù)據(jù)，掌握各類病害的發(fā)展情況，以便恰當(dāng)運用惡化系數(shù)，使各類病害扣分值貼近實際。這部分工作的難點在于同一座橋梁同一種病害歷次檢測精度的保證及檢測結(jié)果的歸檔。

2.2 橋梁基頻指標(biāo)的確立

對于同一橋梁，理論基頻相同，但橋梁運營過程中會出現(xiàn)不同類型病害，導(dǎo)致橋梁剛度有所降低，進(jìn)而使橋梁基頻有所損失。在橋梁檢測評定中，有必要考慮橋梁基頻損耗進(jìn)行修正。公式如下：

(1)

式(1)中系數(shù)u應(yīng)滿足下式：

(2)

式中：fn為同一橋梁第n次所測基頻；f0為該橋理論計算基頻。

2.3 橋梁評定中引入適應(yīng)性結(jié)論

某橋等級評定為3類，規(guī)范中要求的養(yǎng)護(hù)措施是中修，但結(jié)合現(xiàn)場實際調(diào)查情況，該橋橋面寬度和通行荷載滿足不了當(dāng)?shù)厝找嬖鲩L的交通量的需求，而且該橋之前進(jìn)行過維修加固處治，目前還是達(dá)不到適應(yīng)性的要求，同時檢測發(fā)現(xiàn)主梁新增了部分結(jié)構(gòu)性病害，橋梁安全風(fēng)險依然存在。對于這種現(xiàn)象，建議在橋梁等級評定結(jié)果中增加廣義的評定，引入有關(guān)橋梁適應(yīng)性的結(jié)論。從養(yǎng)護(hù)條件、橋面寬度、通行荷載狀況及橋頭道路狀況4個方面，通過養(yǎng)護(hù)病害的等級關(guān)系及多年的橋梁檢測經(jīng)驗制定表2所示適應(yīng)性評定標(biāo)度。

表2 橋梁適應(yīng)性評定標(biāo)度

橋梁最終適應(yīng)性水平通過上述4項指標(biāo)反映，計算方法為直接累加評定標(biāo)度對應(yīng)的得分，橋梁最終的適應(yīng)性等級可為該橋以后的養(yǎng)護(hù)維修提供重要依據(jù)。參照J(rèn)TG/T H21-2011，橋梁適應(yīng)性等級評定類別界限值見表3。

表3 橋梁適應(yīng)性等級評定界限

2.4 橋梁部件權(quán)重調(diào)整

在實際橋梁檢測評定中，會碰到無橋墩、無水下基礎(chǔ)等情況，如果上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)及橋面系仍按0.4、0.4、0.2的權(quán)重來計算，結(jié)果可能會失真。橋梁部件權(quán)重調(diào)整計算方法采用層次分析法，該方法不僅考慮了橋墩缺失對部件的影響，也考慮了橋梁本身的安全及整體通行能力。以湖北省國省干線公路上一座梁橋為例，該橋上部結(jié)構(gòu)包括上部承重構(gòu)件、上部一般構(gòu)件、支座，下部結(jié)構(gòu)包括橋臺、基礎(chǔ)、錐坡，橋面系包括橋面鋪裝、欄桿、排水系統(tǒng)、標(biāo)志。選取3位具有一定權(quán)威的專家按層次分析法原理計算部件間兩兩判斷矩陣，經(jīng)過檢驗，3個矩陣的一致性指標(biāo)均滿足要求，進(jìn)而得到3個對結(jié)果可靠程度評價的可信度，然后采用加權(quán)平均的方法得到橋梁最終評分。該橋各部件的權(quán)重見表4。

表4 某橋梁各部件的權(quán)重

由表4可知：該橋上部結(jié)構(gòu)權(quán)重為0.47，下部結(jié)構(gòu)為0.34，橋面系為0.19，與JTG/T H21-2011中的權(quán)重有所差別。因此，實際橋梁評定過程中，建議收集權(quán)威專家對某橋的意見，使用層次分析法計算缺失橋墩或水下基礎(chǔ)橋梁權(quán)重的重分配，對于其他缺失部件權(quán)重分配問題還是按規(guī)范要求考慮。

3 橋梁構(gòu)件評定新方法

JTG/T H21-2011中各病害之間不存在影響，計算公式中對兩種病害對同一構(gòu)件的疊加考慮存在不確定和結(jié)果偏大的問題。下面通過研究病害與病害之間的影響程度，得到相應(yīng)的權(quán)重，提出一種新的構(gòu)件扣分計算方法，并在評分中引入惡化系數(shù)。

采用以下方法進(jìn)行疊加：選取橋梁構(gòu)件中已經(jīng)存在的扣分最大的病害作為基礎(chǔ)扣分，構(gòu)件存在的其他病害按對剩余分?jǐn)?shù)的占比來計算，占比按相對權(quán)重來考慮。如某片梁存在a、b、c、d、e 5種病害，計算得到的該梁各病害權(quán)重和扣分見表5。

表5 橋梁部件權(quán)重結(jié)果

如果根據(jù)規(guī)范病害a最嚴(yán)重，則以病害a為基礎(chǔ)扣分，該梁最后評分為：

(3)

式中：U1=Ua；Ux=DPx/100×Wx/(1-We)×(100-Ua)；α按表1取值。

運用該評定方法計算時，需注意以下幾點：1) 兩兩病害判斷矩陣的合理性；2) 某些病害常規(guī)檢測很難發(fā)現(xiàn)，只有其他一些衍生病害出現(xiàn)后，在定期檢查中才能被發(fā)現(xiàn)。

4 實例驗證

采用該評定方法計算圬工拱橋主拱圈得分，其他類型橋梁評分可以參考。由JTG/T H21-2011可知，主拱圈病害主要包括變形、裂縫、勾縫松散脫落、滲水、砌石斷裂、風(fēng)化、拱腳位移7種。根據(jù)3位權(quán)威專家的意見，合理準(zhǔn)確地得到3個兩兩相關(guān)的判斷矩陣，且其一致性指標(biāo)均滿足要求，進(jìn)而可得到3個專家的可信度。各病害扣分值根據(jù)JTG/T H21-2011來確定，并綜合考慮各病害的發(fā)展趨勢(見表6)。

表6 各病害指標(biāo)的扣分

由于該主拱圈存在裂縫類病害，選取裂縫病害作為基礎(chǔ)扣分，按照式(3)，得專家一關(guān)于主拱圈各病害疊加最終扣分為：

U1=35

U2=20/100×0.072×65=0.94

U3=20/100×0.051×65=0.66

U4=20/100×0.159×65=3.62

U5=20/100×0.059×65=0.77

主拱圈得分為：

同理，另外兩專家計算得到的相應(yīng)得分為：

由于構(gòu)件病害疊加扣分中存在不確定性，實際橋梁評定過程中，可采用按該構(gòu)件評定方法計算得到的專家可信度ω={0.265,0.378,0.357}，通過加權(quán)計算消除這種不確定性。該橋主拱圈計算結(jié)果為：PMCI主=58.93×0.265+58.66×0.378+48.05×0.357=54.94，評定為4類構(gòu)件。

5 結(jié)語

實踐證明JTG/T H21-2011中對構(gòu)件評分、部位權(quán)重分配存在局限，對于后續(xù)橋梁養(yǎng)護(hù)管理措施制定不能提供更全面的保障。該文討論了幾種評定指標(biāo)的修正，同時針對無橋墩類型橋梁提出調(diào)整橋梁3個部位權(quán)重分配的方法。結(jié)合檢測工程師多年經(jīng)驗，文中所提出的觀點在橋梁技術(shù)狀況評定中更貼合實際。實例證明，文中所提出的構(gòu)件評定方法比JTG/T H21-2011中的計算方法更合理，在該規(guī)范以后的修訂中可予以借鑒。