基于檢測數(shù)據(jù)的城市橋梁主要病害分析與防治對策

胡正河

（邢臺市信都區(qū)地方道路管理站，河北邢臺 054000）

1 城市橋梁的現(xiàn)狀調(diào)查

某城市位于長江中下游地帶，其下屬的某一區(qū)內(nèi)河流縱橫，分布密集，故而為便利出行，該城區(qū)范圍內(nèi)擁有大量的橋梁工程，且大多有一定的使用年限。經(jīng)實際對區(qū)域內(nèi)橋梁數(shù)量的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)該區(qū)內(nèi)橋梁總共達(dá)到236個，一般分布在老城區(qū)以及其他區(qū)鎮(zhèn)范圍。根據(jù)該城市于2016年所作的統(tǒng)計顯示，該區(qū)的城市橋梁與全市所有總數(shù)的比值占到了約十分之一。該區(qū)域內(nèi)的城市橋梁數(shù)量變化具體如圖1所示，其中該時間段的橋梁BCI（城市橋梁狀況指數(shù)）評分如圖2所示，經(jīng)檢測判斷為不合格橋梁在全部橋梁中的占比如圖3所示。時間跨度為2007年至2016年間。

圖1 十年間的區(qū)內(nèi)城市橋梁數(shù)量變化

圖2 十年間全橋BCI的平均值變化

圖3 十年間不合格橋梁的占比

由圖1～圖3的相關(guān)數(shù)據(jù)可知，該區(qū)的城市橋梁數(shù)量總體在十年內(nèi)有所波動，基本表現(xiàn)為緩慢的增長趨勢。但在全橋的城市橋梁狀況指數(shù)方面，在十年區(qū)間內(nèi)基本呈現(xiàn)為不斷下降的形勢，表明該區(qū)的城市橋梁整體使用性能與技術(shù)檢測情況不容樂觀，評分不斷走低，同時其趨勢和幅度也比較顯著。另外也可看出，該區(qū)的所被判斷為不合格橋梁的占比也逐年上升，表明現(xiàn)存橋梁病害較大，且逐年加大，導(dǎo)致橋梁功能遭受相應(yīng)的影響。

2 城市橋梁的主要病害類型與原因分析

2.1 橋面系的主要損壞情況分析

橋面系的評定項目主要分為六類，既包括橋面的鋪裝、伸縮縫以及橋頭的平順度等主要指標(biāo)，也包括排水系統(tǒng)、人行道塊件以及防護(hù)欄桿與護(hù)欄等輔助性指標(biāo)，本次列出了十年間的其中的兩項技術(shù)狀況評價項目，即橋頭平順度與伸縮縫的損毀情況，具體可參見圖4所示。

由圖4中發(fā)展趨勢可以看出，橋梁伸縮縫的損壞占比在十年間逐步上升，其中2011年損壞比例增加尤其明顯。另外，橋梁伸縮縫是城市橋梁橋面系的主要部件，屬于技術(shù)狀況評價的主要指標(biāo)，但全區(qū)范圍內(nèi)接近有一般的橋梁的伸縮縫都或多或少存在伸縮縫的病害現(xiàn)象，實際中發(fā)現(xiàn)大多為伸縮縫滲水以及被堵塞等現(xiàn)象較為頻繁和常見。同時，對橋頭平順度而言，其對城市橋梁的通行效果影響較大，其損壞占比也呈現(xiàn)整體上升趨勢，且全區(qū)范圍內(nèi)也達(dá)到了約40%的橋梁病害發(fā)生率。橋梁伸縮縫的損壞以及橋頭平順度的不佳狀況，反映了該區(qū)城市橋梁在例行養(yǎng)護(hù)方面有漏洞，是日常管理中比較明顯的薄弱一環(huán)。

圖4 十年間的橋頭平順度、伸縮縫損壞占比

2.2 上部結(jié)構(gòu)的主要損壞情況分析

橋梁上部結(jié)構(gòu)的評定項目主要分為五類，主要由梁式組件、鋼結(jié)構(gòu)物以及橫向聯(lián)系等指標(biāo)構(gòu)成，本次列出了十年間的其中主要的一項技術(shù)狀況評價項目，即橫向聯(lián)系的損毀情況，具體可參見圖5所示。

圖5 十年間的橋梁橫向聯(lián)系損壞占比

由圖5中發(fā)展趨勢可以看出，橋梁橫向聯(lián)系的損壞占比在十年間呈現(xiàn)逐步上升，其中2013與2016年的損壞比例增加尤其明顯。橫向聯(lián)系是橋梁整體性的一個體現(xiàn)，其損壞將對橋梁的承載能力以及橫向方面的整體性能有著顯著的不良影響，橋梁橫向聯(lián)系的損壞占比約為20%附近，表明該城市橋梁的簡支板梁間的鉸縫損壞這一病害比較頻繁，這也從另外一方面表明了這十年間橋梁所承受的荷載大小、數(shù)量以及頻率等都增加明顯。

2.3 下部結(jié)構(gòu)的主要損壞情況分析

橋梁下部結(jié)構(gòu)的評定項目也是主要分為五類，主要由基礎(chǔ)、橋墩的墩臺身以及橋梁臺帽蓋梁等指標(biāo)構(gòu)成，本次列出了十年間的其中主要的一項技術(shù)狀況評價項目，即橋梁臺帽蓋梁的損毀情況，具體可參見圖6所示。

由圖6中發(fā)展趨勢可以看出，橋梁臺帽蓋梁的損壞占比在十年間呈現(xiàn)為逐步上升的趨勢，其中各年間的損壞比例增加較為平均。在實際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，橋梁臺帽蓋梁的損壞主要發(fā)生在橋梁側(cè)面，其中的擋塊較多出現(xiàn)了剪切裂縫，其原因是擋塊遭受了橋梁橫向變形所帶來的擠壓作用所致。橋梁臺帽蓋梁的損壞盡管對城市橋梁的實質(zhì)性承載能力沒有顯著的減弱作用，但還是表明了該城市橋梁的下部結(jié)構(gòu)在日常養(yǎng)護(hù)中存在不足。

圖6 十年間的橋梁臺帽蓋梁損壞占比

2.4 城市橋梁主要病害的原因分析

通過前文所述的三種橋梁結(jié)構(gòu)病害的檢測數(shù)據(jù)可知，橋面系、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)等經(jīng)典病害的發(fā)展趨勢總體上均呈現(xiàn)為上升趨勢，經(jīng)城市橋梁的總體技術(shù)狀況分析與專家分析，可將原因分析總結(jié)為三個主要方面：

（1）該區(qū)內(nèi)的出行交通量增幅明顯，相應(yīng)的城市橋梁所需要承受的交通載荷也出現(xiàn)明顯上升，由此對城市橋梁的總體技術(shù)現(xiàn)狀提出更高要求與更大壓力。

（2）該區(qū)內(nèi)的城市橋梁日常管理與例行檢查方面存在一定的缺陷，不能滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)護(hù)要求，導(dǎo)致城市橋梁的病害不斷發(fā)展與蔓延，沒有得到有效控制。

（3）被判斷為不合格橋梁的占比逐年上升趨勢，表明不合格橋梁的總數(shù)不斷攀升，反映了該區(qū)針對城市橋梁的工程性技術(shù)措施防治不到位，全區(qū)的城市橋梁有一定的占比均為帶病服役，對潛在的通行安全造成威脅，且該類橋梁的不斷增多使全區(qū)的橋梁技術(shù)狀況評價不斷走低。

3 城市橋梁主要病害的防治對策和建議

3.1 對城市橋梁加強維修與定期保養(yǎng)

以伸縮縫的防治為例，主要是對城區(qū)的橋梁進(jìn)行專門的伸縮縫維護(hù)與修理，并應(yīng)用新材料與新技術(shù)手段，從而使伸縮縫正常功能恢復(fù)，減少對其平常養(yǎng)護(hù)量。

本區(qū)區(qū)域內(nèi)中小型橋梁較多，且為伸縮縫病害的主要發(fā)生位置。針對這一特點，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，多數(shù)伸縮縫采用的是簡易或型鋼伸縮縫，其占全部的數(shù)量達(dá)85%。伸縮縫堵塞后，將產(chǎn)生附加病害，如橋頭橋車現(xiàn)象以及橋面無法排水而積水等，對交通出行體驗造成不良影響，更重要的是其會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)不能正常伸縮變形，引發(fā)應(yīng)力集中，損壞結(jié)構(gòu)性能。

基于此，該區(qū)的市政相關(guān)部門針對這一問題進(jìn)行了專項維修，主要是采用新型彈塑體材料，去覆蓋填充伸縮縫，從而省去清理工作，橋面積水問題也得以解決，改善了行車舒適性。經(jīng)彈塑體材料的使用記錄，其耐久性良好，6年內(nèi)沒有發(fā)生老化及性能下降的情況，且在橋梁鋪裝維修后仍能發(fā)揮功能，在城區(qū)輕交通工況較為適應(yīng)。新型彈塑體材料使該區(qū)的中小型橋梁伸縮縫功能得到有效恢復(fù)，實施效果良好。其主要工藝步驟如圖7所示。

圖7 新型彈塑體材料的伸縮縫主要工藝步驟

3.2 對城市橋梁進(jìn)行定期檢測與科學(xué)判斷

以橫向聯(lián)系為例，在對城市橋梁進(jìn)行定期檢測時，為合理地對橋梁技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行評估，對其鉸縫的損壞情況盡快科學(xué)界定，應(yīng)采用新型檢測技術(shù)與判斷準(zhǔn)則。

在橋梁橫向聯(lián)系的檢測過程中，發(fā)現(xiàn)其部分損壞情況較為嚴(yán)重，對橋梁整體的承載能力影響明顯，尤其是空心板梁間的鉸縫受損時，且已導(dǎo)致部分橋梁實行限載的情況。為此，準(zhǔn)確對橋梁橫向聯(lián)系的受損程度進(jìn)行科學(xué)判斷，并基于此進(jìn)行相應(yīng)的合理措施維修，是擺在城市橋梁治理者面前的重要難題。

在該區(qū)城市橋梁的定期檢測時，相關(guān)市政部門為對鉸縫的破損情況進(jìn)行程度鑒定，使用了相對位移法的原理，并實行了鉸縫專項檢查（主要針對鋪裝層有縱向裂縫的橋梁）。與此同時，在鉸縫損壞的程度判定準(zhǔn)則方面，引入了無量綱的統(tǒng)計特征值α。

假設(shè)所測試橋孔的跨徑為L，鉸縫相對位移最大值設(shè)為Δ，則由以下計算公式，即可得到無量綱的統(tǒng)計特征值α，即為判定系數(shù)。

對于不同的鉸縫結(jié)構(gòu)的損壞狀態(tài)，其相應(yīng)的無量綱參數(shù)α的界限值具體參見表1所示。

表1 對應(yīng)鉸縫不同狀態(tài)的α界限值

在該區(qū)城市橋梁被檢測的37條鉸縫中，按照表1的判定方法，只有一座橋梁出現(xiàn)了α界限值大于0.57的情況，因此其被定為鉸縫破壞；另有9條鉸縫的α值在0.14～0.57區(qū)間內(nèi)，雖然也有一系列的表觀病害，例如鋪裝層滲水以及縱向開裂等，但遵照判定方法，仍被定為鉸縫損壞的程度；而受檢測的其余的27條鉸縫中，相應(yīng)的α界限值均較低，故歸屬于完好狀態(tài)。

綜上所述，基于相對位移法的檢測和統(tǒng)計特征值α的判定準(zhǔn)則，在鉸縫損壞程度的科學(xué)界定方面具有良好的可靠性和操作性。針對鉸縫界定為破壞的，應(yīng)當(dāng)對其優(yōu)先進(jìn)行整治維修，因鉸縫破壞后，相鄰的空心板梁為單梁受力，該受力狀況十分不利于正常的安全承載。而對于鉸縫被損壞狀態(tài)的，則要綜合相關(guān)因素，如橋梁的損壞程度、通行壓力等，再應(yīng)用封閉注膠等合理的整治措施，使城市橋梁的橫向整體性得以提升，從而有效控制鉸縫損壞的發(fā)展進(jìn)程，延長使用壽命。

3.3 對城市橋梁制定管理措施與改建計劃

為實現(xiàn)對區(qū)內(nèi)城市橋梁的有效管理，對于那些判定為不合格的橋梁，首先要研究考察其病害程度、現(xiàn)場條件以及通行壓力等方面因素，既要加強日常管理，如例行巡查、限高限載等，也要迅速采取工程性措施，盡快制定針對不合格橋梁的改造維修計劃，爭取早日將橋梁的技術(shù)狀況得以恢復(fù)。

以本次檢測判定為不合格的9座橋梁為例進(jìn)行分析：有4座屬于區(qū)級文物保護(hù)單位或文物保護(hù)點，其已經(jīng)不存在通行價值，但文物價值較高，故需要在落實封閉措施的基礎(chǔ)上，按照修舊如舊的準(zhǔn)則進(jìn)行保護(hù)性維修；另有4座橋梁為鋼筋混凝土橋梁，其建設(shè)于20世紀(jì)五十年代，部分構(gòu)件老化程度大，如蓋梁、墩臺、板梁等，且設(shè)計使用壽命已經(jīng)超過，故而需要采取拆除后重建的措施；剩余的一座不合格橋梁的下部結(jié)構(gòu)發(fā)生了深度的堿骨料病害現(xiàn)象，該橋位于主干路沿線，因此應(yīng)結(jié)合城區(qū)道路的改建計劃進(jìn)行相應(yīng)的改建處理，從而避免潛在隱患。

4 結(jié)語

在城市化進(jìn)程快速推進(jìn)的當(dāng)下，城市橋梁的通行壓力和承載能力要求有了進(jìn)一步的提高，其面臨的病害問題對人們的日常出行和交通安全造成了較大的影響，越來越得到各界的關(guān)注。因此，對其存在的病害問題進(jìn)行分析，科學(xué)采取針對性的技術(shù)措施和管理手段非常有必要。

本文以長江中下游某城區(qū)內(nèi)的橋梁為例，對其在十年間的橋梁數(shù)量、BCI指標(biāo)以及不合格橋梁比例進(jìn)行了統(tǒng)計。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合檢測數(shù)據(jù)分析了其病害現(xiàn)狀與主要分析，最后采取了針對性的有效措施，取得了良好的防治效果，為此類城市橋梁病害分析與處理提供借鑒思路。