基于檢測數(shù)據(jù)的山東省高速公路橋梁現(xiàn)狀調(diào)查與分析

徐光銘，郭如意

（1.山東高速交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，山東 濟(jì)南 250000;2.山東省公路設(shè)計咨詢有限公司）

1 引言

截至2020 年底，山東省高速公路通車?yán)锍踢_(dá)到7473公里，由2017年底的全國第10位躍居至第5位，到“十四五”末，預(yù)計通車?yán)锍虒⒊^10000公里。橋梁作為高速公路的咽喉，一旦發(fā)生事故，必將嚴(yán)重影響高速公路的通行能力。山東省地域廣泛，東西跨度較大，既有漫長的海岸線，又有平原及山區(qū)地貌，橋梁結(jié)構(gòu)在不同的氣候及交通量影響下，會產(chǎn)生不同的具有地域特征的病害類型。了解并掌握各種橋梁病害的發(fā)生規(guī)律，有利于采取有針對性的養(yǎng)護(hù)措施。彭松、周承濤等[1，2]在調(diào)查了湖北、貴州國省道及高速公路橋梁技術(shù)狀況的基礎(chǔ)上，總結(jié)了現(xiàn)有橋梁病害類型，并進(jìn)行了簡單的問題分析，但沒有做進(jìn)一步的研究。本文著重分析了山東省2020 年的高速公路橋梁檢測報告，總結(jié)歸納了山東省內(nèi)高速公路橋梁的現(xiàn)狀，并對不同地域環(huán)境、不同橋齡、不同跨徑橋梁病害類型進(jìn)行了統(tǒng)計分析，提出了指導(dǎo)性的養(yǎng)護(hù)建議。

2 調(diào)查統(tǒng)計

2.1 橋梁檢測總體狀況

依據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21-2011）的規(guī)定，把橋梁技術(shù)狀況等級分為1～5類。根據(jù)檢測結(jié)果，受檢橋梁技術(shù)狀況如圖1所示。

圖1 橋梁總體技術(shù)狀況統(tǒng)計

從圖1 可以看出，在所檢橋梁中，一類橋與二類橋數(shù)量分別為3408 座和3574 座，在數(shù)量上相差不大，無三類及以下橋梁，說明山東省內(nèi)高速公路橋梁的總體技術(shù)狀況比較好，在橋梁養(yǎng)護(hù)力量上的投入比較大。

2.2 按橋梁跨徑分類

從圖2 可以看出，特大橋、大橋占比僅為10.67%，中、小橋仍然是在役橋梁的主力軍，占比達(dá)89.33%。在中、小橋中，一類橋與二類橋占比基本持平，在特大橋、大橋中一類橋占比僅為35.84%，二類橋占比達(dá)64.16%；尤其在特大橋類型中二類橋占比高達(dá)86.3%，遠(yuǎn)大于中小橋類型中二類橋占比。在養(yǎng)護(hù)水平一致的情況下，特大橋、大橋的養(yǎng)護(hù)技術(shù)難度明顯高于中、小橋，在養(yǎng)護(hù)專業(yè)化上需要進(jìn)一步提升，專業(yè)人員和專業(yè)設(shè)備都需要加大投入。

圖2 各跨徑橋梁技術(shù)狀況分布

2.3 按地理位置分類

圖3、圖4 分別為山東省沿海地區(qū)和內(nèi)陸地區(qū)幾條路線上的橋梁技術(shù)狀況統(tǒng)計，可以看出沿海地區(qū)線路上二類橋在比例上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一類橋，其中S19高速參檢橋梁全部為二類橋；內(nèi)陸地區(qū)路線上的橋梁技術(shù)狀況明顯好于沿海地區(qū)的橋梁，一類橋在比例上明顯高于二類橋，尤其是G25路線上橋梁的總體技術(shù)狀況明顯好于其他線路，在此次參檢線路中橋梁技術(shù)狀況最優(yōu)。由此可知，沿海地區(qū)的環(huán)境對橋梁結(jié)構(gòu)的影響非常大，尤其是氯離子對混凝土結(jié)構(gòu)的影響，因此需要在沿海地區(qū)加強(qiáng)對混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕方面的養(yǎng)護(hù)，提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性[4]。

圖3 沿海地區(qū)路線橋梁技術(shù)狀況統(tǒng)計

圖4 內(nèi)陸地區(qū)路線橋梁技術(shù)狀況統(tǒng)計

2.4 按不同橋齡分類

由圖5可以看出，本次受檢的橋梁橋齡主要集中在11a～20a，占到63.3%。在橋齡為1a～5a、6a～10a、11a～15a 的橋梁中，一類橋的占比分別為56.3%、58.1%、52.7%，說明橋梁一般在15a 以內(nèi)病害發(fā)展情況還不算太壞，只要能保證橋梁的正常養(yǎng)護(hù)，橋梁技術(shù)狀況一般能達(dá)到一類橋的標(biāo)準(zhǔn)；而橋齡在16a以上的橋梁技術(shù)狀況會逐漸變差，尤其是20a 以上的橋梁，受限于當(dāng)時的施工技術(shù)水平，橋梁技術(shù)狀況普遍較差，需要采取有針對性的養(yǎng)護(hù)措施，提高其技術(shù)狀況水平。

圖5 不同橋梁技術(shù)狀況統(tǒng)計

3 橋梁常見病害分析

3.1 主要橋型

本次受檢橋梁主要結(jié)構(gòu)形式有簡支梁、連續(xù)梁、剛構(gòu)橋、拱橋以及斜拉橋，分布如圖6所示?？梢钥闯觯壳案咚俟窐蛄航Y(jié)構(gòu)形式以梁橋為主，總數(shù)量占到95%左右。梁橋結(jié)構(gòu)形式簡單，力學(xué)指標(biāo)明確，施工難度低，在跨徑較小的情況下，是設(shè)計施工的首選類型。

圖6 主要橋梁結(jié)構(gòu)形式分布

3.2 梁橋

梁橋是目前高速公路橋梁結(jié)構(gòu)形式中主要的形式，包括簡支梁和連續(xù)梁。梁橋的結(jié)構(gòu)受力比較明確，存在的病害種類及原因也相對容易確定。

梁橋存在的最常見病害是裂縫，包括梁底的縱向裂縫、橫向裂縫、斜向裂縫以及腹板的各種裂縫。近些年發(fā)現(xiàn)存在的比較嚴(yán)重的問題是預(yù)應(yīng)力箱梁沿波紋管出現(xiàn)的裂縫，如圖7 所示，由于波紋管灌漿質(zhì)量不能保證，個別會出現(xiàn)存水現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼筋嚴(yán)重銹蝕現(xiàn)象，必將影響橋梁結(jié)構(gòu)的安全性[5,6]。

圖7 沿波紋管走向裂縫

梁橋產(chǎn)生此類裂縫的主要原因有：混凝土的收縮徐變，梁體澆筑及養(yǎng)護(hù)過程中溫差較大，產(chǎn)生溫縮裂縫；梁橋建設(shè)年代久遠(yuǎn)，且受限于當(dāng)時的施工水平，隨著車流量的逐漸增大，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)受力裂縫；波紋管壓漿過程中壓漿質(zhì)量控制不好，保護(hù)層厚度不均勻，造成預(yù)應(yīng)力鋼筋過早受到環(huán)境的侵蝕，產(chǎn)生裂縫[7]。

梁橋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋銹脹也是比較突出的問題，如圖8 所示，由于保護(hù)層不夠以及長期受雨水侵蝕，造成梁橋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋銹脹，此類問題在一些運(yùn)行時間較長的線路上更為突出，需要加以重視。此外，由于近些年超載車越來越多，加上環(huán)境影響，梁橋的支座問題越來越突出，尤其是一些運(yùn)行時間較長線路，支座普遍存在剪切變形、老化開裂、脫空等現(xiàn)象。

圖8 底板鋼筋銹脹

3.3 剛構(gòu)橋

剛構(gòu)橋在種類上又分為T 型剛構(gòu)、門式剛構(gòu)、斜腿剛構(gòu)以及連續(xù)剛構(gòu)，其中T型剛構(gòu)和斜腿剛構(gòu)多為跨高速路的天橋，車輛通過較少，在本次檢測中發(fā)現(xiàn)病害較少，技術(shù)狀況等級多為一類；門式剛構(gòu)和連續(xù)剛構(gòu)多為高速主線上的橋梁，且近5 年修建的居多，整體技術(shù)狀況較好，存在的主要病害是表觀溫縮裂縫以及局部雨水侵蝕。

3.4 拱橋

目前，高速公路上的拱橋多以小跨徑為主，拱圈為混凝土材質(zhì)，拱腳多以砌石為主，存在的病害主要是局部的拱圈和側(cè)墻開裂。其中，側(cè)墻開裂多是由于近些年的超載所致，造成局部側(cè)墻土壓力的增大，側(cè)墻外傾，從而導(dǎo)致開裂；拱圈開裂一般寬度較小，且未發(fā)現(xiàn)有滲水跡象，分析為溫縮裂縫，影響不大[8]。

此外，在高速主線上還存在一些修建年代較早的混凝土拱橋，此類拱橋在近些年的修建中已很少出現(xiàn)。病害主要類型為鋼筋銹脹，產(chǎn)生的原因主要是鋼筋保護(hù)層過薄及長期受雨水侵蝕，尤其在一些沿海地區(qū)，更容易產(chǎn)生鋼筋銹脹現(xiàn)象，使結(jié)構(gòu)耐久性大大降低[9，10]。

3.5 斜拉橋

受檢橋梁中，僅有一座斜拉橋，為準(zhǔn)確掌握斜拉橋拉索的索力狀態(tài)及外觀質(zhì)量，檢測中對每一根拉索均進(jìn)行了索力測試及機(jī)器人爬鎖檢測，如圖9～圖11所示。

圖9 爬鎖機(jī)器人

圖10 爬鎖機(jī)器人檢測拉索外觀

圖11 拉索索力測試結(jié)果

結(jié)果顯示，斜拉索PE護(hù)套在外觀上基本保持良好，雖有局部輕微刮痕，但不影響正常使用。斜拉索索力實(shí)測值與理論計算值偏差介于-8.27%～6.34%，介于允許偏差±10%以內(nèi)，受力狀態(tài)良好。

此外，斜拉橋存在的最普遍的問題是混凝土開裂問題，包括塔身及梁體內(nèi)外的裂縫，但大部分都已經(jīng)進(jìn)行了封閉，且近兩年的觀測結(jié)果顯示均處于穩(wěn)定狀態(tài)，沒有繼續(xù)發(fā)展。

3.6 其他

檢測結(jié)果顯示，在高速公路橋梁上普遍存在臺前護(hù)坡及錐坡的沉陷問題，產(chǎn)生的主要原因是施工時碾壓不密實(shí)、填料不均勻、后期雨水沖刷。此類問題雖然短期內(nèi)影響不大，但長此以往，必然影響橋頭處路基的穩(wěn)定性，造成嚴(yán)重的跳車現(xiàn)象。

4 提高高速公路橋梁結(jié)構(gòu)安全性的措施建議

4.1 加大對特大橋、大橋的檢查養(yǎng)護(hù)力度

特大橋、大橋往往在結(jié)構(gòu)形式上比較特殊，存在的安全隱患點(diǎn)比較隱秘，采取常規(guī)檢查手段難以及時發(fā)現(xiàn)問題，安全隱患較大。管養(yǎng)部門需要結(jié)合高科技的檢查儀器，不斷提升管養(yǎng)技術(shù)能力，對橋梁重點(diǎn)部位進(jìn)行深入檢查，確保橋梁結(jié)構(gòu)安全。

4.2 提高沿海地區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)的抗腐蝕能力

橋梁結(jié)構(gòu)在外界因素影響下，耐久性會逐漸下降，嚴(yán)重影響橋梁的結(jié)構(gòu)安全，尤其在沿海地區(qū)，其耐久性下降速度更快。管養(yǎng)部門可以通過組織沿海地區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)耐久性專項評估，對沿海地區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)耐久性能進(jìn)行提升改造，延長橋梁使用壽命。

4.3 加大橋下易燃物及超高車輛隱患的治理

橋下易燃物的堆積，存在火災(zāi)隱患，而混凝土結(jié)構(gòu)在遭受火災(zāi)后會受熱脹裂，材料變脆，嚴(yán)重影響橋梁的承載能力，管養(yǎng)部門應(yīng)及時清理橋下堆積易燃物，消除火災(zāi)隱患。通過本次檢測發(fā)現(xiàn)，限高限寬牌的缺失依然是普遍現(xiàn)象，而超高車輛對橋梁造成的損害后果不可估量，需要引起相關(guān)部門的重視，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┯枰灾卫怼?/p>

4.4 提高養(yǎng)護(hù)技術(shù)能力，及時開展預(yù)防性養(yǎng)護(hù)

對橋梁常規(guī)病害的處理措施基本成熟，但在實(shí)際施工中，由于技術(shù)水平的差異，病害的處理效果參差不齊，需要在橋梁養(yǎng)護(hù)專業(yè)化施工方面，打造專業(yè)的橋梁養(yǎng)護(hù)隊伍，提升病害處理效果；隨著橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)概念的提出，要不斷總結(jié)經(jīng)驗，運(yùn)用四新技術(shù)，實(shí)施開展橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，提高橋梁結(jié)構(gòu)壽命。

4.5 加強(qiáng)對“三特”橋梁的健康監(jiān)測

特大橋、特殊結(jié)構(gòu)橋、特別重要橋往往處于高速公路的咽喉位置，一旦出現(xiàn)問題，嚴(yán)重影響高速路網(wǎng)的通行能力。建議在常規(guī)定期檢查的基礎(chǔ)上，逐步開展對全部“三特”橋梁的健康監(jiān)測，實(shí)時獲取橋梁結(jié)構(gòu)在實(shí)際交通荷載下的動靜力反應(yīng)數(shù)據(jù)，掌握橋梁的整體結(jié)構(gòu)狀況，便于及時采取相應(yīng)的處理措施。

5 結(jié)語

橋梁病害的產(chǎn)生受到多種因素的影響，本文在分析橋梁病害產(chǎn)生時考慮了不同地域環(huán)境、不同跨徑及不同橋齡的影響，提出：①應(yīng)在特大橋、大橋等大跨徑橋梁養(yǎng)護(hù)上提高專業(yè)人員及專業(yè)設(shè)備的投入；②針對沿海地區(qū)橋梁應(yīng)增強(qiáng)橋梁防腐工作；③對橋齡在20a以上的橋梁要加強(qiáng)針對性的養(yǎng)護(hù)措施；④應(yīng)打造專業(yè)養(yǎng)護(hù)隊伍，提高養(yǎng)護(hù)技術(shù)水平，及時開展預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。

本文以山東省高速公路橋梁檢測結(jié)果為依據(jù)，歸納總結(jié)的意見針對性強(qiáng)，對山東省高速公路橋梁結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)管理工作具有一定的指導(dǎo)意義。但其他因素（如交通量、原材料等）對橋梁病害的影響，本文沒有考慮進(jìn)來，且各種因素之間交互產(chǎn)生的影響更加復(fù)雜，需要作進(jìn)一步的研究。