高鵬
(中交瑞通路橋養(yǎng)護(hù)科技有限公司,陜西 西安 710075)
現(xiàn)階段,部分公路橋梁使用年限較長(zhǎng),受到結(jié)構(gòu)自身老化、外部環(huán)境侵蝕、行車(chē)荷載加大等多種因素影響,在使用期間出現(xiàn)結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、橋面坑槽等質(zhì)量病害問(wèn)題,進(jìn)而影響交通路況,同時(shí)也縮短了路橋工程的實(shí)際使用壽命。因此,如何提升養(yǎng)護(hù)管理水平與有效改造危橋工程,是一項(xiàng)亟待解決的重要問(wèn)題。
在公路橋梁使用期間,各類(lèi)型質(zhì)量病害問(wèn)題的外在征兆、產(chǎn)生原因、造成影響存在差異,如結(jié)構(gòu)裂縫病害會(huì)削弱橋梁結(jié)構(gòu)承載性能與整體性,橋面坑槽病害會(huì)破壞橋面平整度并引發(fā)翻車(chē)等交通事故出現(xiàn),欄桿老化病害會(huì)阻礙橋梁安全防護(hù)設(shè)施使用功能的發(fā)揮,嚴(yán)重時(shí)使得橋體松動(dòng)。在這一工程背景下,如果對(duì)各座橋梁、各處病害缺陷部位采取完全一致的養(yǎng)護(hù)措施,難以取得理想養(yǎng)護(hù)效果。因此,為滿足公路橋梁的實(shí)際養(yǎng)護(hù)需求,養(yǎng)護(hù)人員應(yīng)預(yù)先進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察,掌握橋梁病害類(lèi)型、產(chǎn)生原因、客觀發(fā)展規(guī)律、橋體受損程度、易造成影響等關(guān)鍵信息,對(duì)各項(xiàng)信息進(jìn)行綜合分析,在分析結(jié)果基礎(chǔ)上編制專(zhuān)項(xiàng)橋梁病害養(yǎng)護(hù)方案,重點(diǎn)體現(xiàn)橋梁養(yǎng)護(hù)活動(dòng)的針對(duì)性。例如,對(duì)于橋面坑槽與細(xì)微裂縫病害問(wèn)題,可采取局部修補(bǔ)法,清理橋面缺陷部位附著的灰塵污漬與雜物,對(duì)橋面鋪裝層破損處開(kāi)展銑刨、鑿毛作業(yè),清理預(yù)埋鋼筋表面銹跡,必要時(shí)更換腐蝕程度嚴(yán)重的鋼筋或加鋪鋼筋網(wǎng),在原位重新攤鋪、振搗壓實(shí)鋪裝層,重點(diǎn)控制鋪裝層厚度,做好新舊橋面鋪裝層的接縫處理作業(yè)。而對(duì)于橋梁構(gòu)件老化磨損嚴(yán)重的病害問(wèn)題,可采取更換支座、加固墩臺(tái)等養(yǎng)護(hù)措施,如更換老化嚴(yán)重的支座,并使用樹(shù)脂砂漿材料對(duì)其加以找平處理,選用擴(kuò)大基礎(chǔ)法或是鋼混套箍法等加固技術(shù)來(lái)加固墩臺(tái)[1]。
根據(jù)公路橋梁養(yǎng)護(hù)工作開(kāi)展情況來(lái)看,支座老化、欄桿老化、路面侵蝕等病害問(wèn)題在前期有著明顯的外在表現(xiàn),預(yù)留出足夠的反應(yīng)時(shí)間,可以將橋梁質(zhì)量病害問(wèn)題消滅于萌芽狀態(tài),避免對(duì)橋體結(jié)構(gòu)性能、使用壽命、交通路況造成實(shí)質(zhì)性的影響。因此,需要做好公路橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作,采取人工巡查等方式,定期巡視檢查公路橋梁路況及橋體使用情況,判斷是否具有出現(xiàn)結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、橋面侵蝕等病害問(wèn)題的可能性,在病害出現(xiàn)前開(kāi)展相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)工作,維持橋體結(jié)構(gòu)的最佳狀態(tài)。例如,檢查路面與橋面是否存在排水不暢情況,如果橋面/路面長(zhǎng)時(shí)間匯集積水,會(huì)加快橋面/路面的老化侵蝕速度,最終引發(fā)內(nèi)部鋼筋銹蝕、橋面/路面侵蝕、防水失效等病害問(wèn)題的出現(xiàn)。對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題,可采取定期清掃疏通引水槽及泄水管、安裝脫落泄水管、更換大口徑泄水管、重新設(shè)計(jì)泄水孔與泄水管道位置等養(yǎng)護(hù)措施。而針對(duì)欄桿老化病害問(wèn)題,定期檢查橋面兩側(cè)欄桿的使用狀態(tài)及穩(wěn)固情況,更換變形扭曲、破損嚴(yán)重的欄桿,對(duì)松動(dòng)欄桿進(jìn)行加固處理。此外,需要定期開(kāi)展公路橋梁全面性評(píng)價(jià)工作,采取指標(biāo)評(píng)價(jià)法,根據(jù)同類(lèi)項(xiàng)目案例與以往工作經(jīng)驗(yàn),設(shè)定各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)值,對(duì)公路橋梁的上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、配套設(shè)施、使用功能的情況進(jìn)行評(píng)價(jià)打分,以百分制為例,如果公路橋梁最終評(píng)分低于75 分,或是單項(xiàng)評(píng)分低于下限值時(shí),表明公路橋梁存在安全隱患,或是如果一項(xiàng)及以上使用功能無(wú)法正常發(fā)揮,需要及時(shí)開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)養(yǎng)護(hù)工作,必要時(shí)將橋梁認(rèn)定為危橋,對(duì)其進(jìn)行加固改造,或是拆除重建。
傳統(tǒng)公路橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)體系缺乏適用性,存在技術(shù)手段單一、養(yǎng)護(hù)效果不佳、未做到養(yǎng)護(hù)技術(shù)全覆蓋等局限性,難以滿足實(shí)際的養(yǎng)護(hù)需要。因此,為進(jìn)一步提高公路橋梁養(yǎng)護(hù)水平,需要積極借鑒國(guó)內(nèi)外同類(lèi)項(xiàng)目的先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn),靈活運(yùn)用人工智能、大數(shù)據(jù)、傳感檢測(cè)等信息技術(shù),建立起現(xiàn)代化的公路橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)體系:一方面,對(duì)公路橋梁的質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行量化處理,設(shè)立分項(xiàng)工程評(píng)分、實(shí)測(cè)項(xiàng)目計(jì)分、分部及單位工程評(píng)分等多個(gè)項(xiàng)目,采取百分制,如果最終的質(zhì)量評(píng)分超過(guò)75 分,表明公路橋梁質(zhì)量達(dá)標(biāo),開(kāi)展一般性養(yǎng)護(hù)工作即可,而在質(zhì)量評(píng)分未達(dá)到75 分時(shí),表明公路橋梁存在質(zhì)量安全隱患,需深入開(kāi)展質(zhì)量全面檢測(cè)工作,鎖定質(zhì)量隱患部位,開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)養(yǎng)護(hù)工作,必要時(shí)對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理,或是拆除重建,避免養(yǎng)護(hù)效果和質(zhì)量測(cè)評(píng)結(jié)果受到人為主觀因素影響。另一方面,推動(dòng)公路橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)體系的智能化、信息化發(fā)展。例如,采取數(shù)字化橋面檢測(cè)技術(shù)來(lái)替代人工巡視檢查方法,在結(jié)構(gòu)上嵌入安裝多種類(lèi)檢測(cè)裝置,持續(xù)檢測(cè)公路橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)并發(fā)送至養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng),解決人工檢查效率不足、受地形限制無(wú)法到達(dá)全部位置詳細(xì)觀察結(jié)構(gòu)情況、養(yǎng)護(hù)人員貼近觀測(cè)公路橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)存在安全隱患等養(yǎng)護(hù)問(wèn)題。采取智慧感知技術(shù)和人工智能算法,在養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)中建立數(shù)學(xué)模型,向模型中導(dǎo)入所采集現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)模型輸出值來(lái)判斷公路橋梁結(jié)構(gòu)是否處于健康狀態(tài),生成健康監(jiān)測(cè)報(bào)告,并在發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)開(kāi)裂等病害問(wèn)題時(shí)發(fā)送報(bào)警信號(hào)。
公路橋梁養(yǎng)護(hù)是一項(xiàng)涉及諸多方面的綜合性工程,有著流程煩瑣、變量因素多、易受人為主觀影響的特征,實(shí)際養(yǎng)護(hù)效果存在不確定性。針對(duì)于此,管養(yǎng)單位需要遵循實(shí)際,根據(jù)公路橋梁實(shí)際使用情況與養(yǎng)護(hù)需求來(lái)建立長(zhǎng)效的養(yǎng)護(hù)制度,約束、指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)工作開(kāi)展。首先,引入權(quán)責(zé)機(jī)制,將公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理責(zé)任落實(shí)到個(gè)人,設(shè)立若干數(shù)量小組,向各養(yǎng)護(hù)小組下發(fā)明確的工作任務(wù),在任務(wù)結(jié)束后對(duì)養(yǎng)護(hù)工作完成度、養(yǎng)護(hù)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)打分,對(duì)于高效完成養(yǎng)護(hù)任務(wù)、有著突出貢獻(xiàn)的小組及個(gè)人給予獎(jiǎng)勵(lì),對(duì)存在工作紕漏、任務(wù)完成度未達(dá)標(biāo)的小組及個(gè)人進(jìn)行追責(zé)處理。其次,遵循《公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理工作制度》(交公路法〔2007〕336 號(hào)),明確規(guī)定公路橋梁養(yǎng)護(hù)工作流程順序、方法手段、巡視檢查與常規(guī)性養(yǎng)護(hù)工作間隔周期與開(kāi)展頻率、結(jié)構(gòu)開(kāi)裂等病害問(wèn)題的正確養(yǎng)護(hù)方法等內(nèi)容,為養(yǎng)護(hù)工作的開(kāi)展提供明確指導(dǎo)。最后,定期召開(kāi)養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目工作總結(jié)會(huì)議,在會(huì)上探討上一階段公路橋梁養(yǎng)護(hù)工作開(kāi)展情況、養(yǎng)護(hù)目標(biāo)達(dá)成度和存在的問(wèn)題不足,深入分析問(wèn)題產(chǎn)生原因并采取改進(jìn)措施,以及在養(yǎng)護(hù)工作背景發(fā)生變化時(shí)重新調(diào)整制度內(nèi)容,如補(bǔ)充新型養(yǎng)護(hù)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。
在危橋改造工程中,體外預(yù)應(yīng)力加固是一項(xiàng)在梁體外側(cè)加設(shè)鋼絲束或鋼筋并對(duì)其施加預(yù)應(yīng)力的加固技術(shù),由預(yù)應(yīng)力形成的反彎矩來(lái)抵消一部分的外荷載內(nèi)力,用于解決橋體承載力不足、受力狀況不佳的問(wèn)題,可以同時(shí)起到加固、卸荷、改變橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力等多重作用,多用于中小跨徑梁式橋,在加固大跨徑橋梁時(shí)應(yīng)搭配其他加固技術(shù)使用。根據(jù)同類(lèi)項(xiàng)目案例來(lái)看,在一般情況下,應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)可以將橋梁承載力提升30%~40%,不會(huì)對(duì)原橋結(jié)構(gòu)造成明顯損傷,且無(wú)需清鑿橋體保護(hù)層。
在應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)時(shí),應(yīng)根據(jù)工程情況選擇具體方法,包括橫向收緊張拉、豎向張拉與縱向張拉。其中,在采取橫向收緊張拉法時(shí),施工人員預(yù)先在梁下緣對(duì)稱(chēng)梁中線部位設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋,對(duì)與梁端保持適當(dāng)距離的部位進(jìn)行彎起處理,使預(yù)應(yīng)力筋通過(guò)支點(diǎn)錨到達(dá)梁端錨固鋼板部位,在梁端下翼緣處安裝U 形套錨固鋼板,再使用撐棍將水平段預(yù)應(yīng)力筋拆分為若干節(jié)段,使用拉緊螺栓將兩對(duì)稱(chēng)筋拉緊處理即可。在采取豎向張拉法時(shí),施工人員在梁肋兩側(cè)位置安裝預(yù)應(yīng)力筋,保持預(yù)應(yīng)力筋的對(duì)稱(chēng)狀態(tài),并對(duì)梁端肋側(cè)部位進(jìn)行錨固處理,隨后將預(yù)應(yīng)力筋中部朝豎直方向開(kāi)展張拉作業(yè)。而在采取縱向張拉法時(shí),要求施工人員在梁底部位沿線安裝預(yù)應(yīng)力筋,在到達(dá)梁兩端設(shè)導(dǎo)向塊部位時(shí)進(jìn)行彎起處理,并對(duì)梁頂板或是腹板部位進(jìn)行錨固處理,遵循張拉程序沿梁頂方向或是梁底方向開(kāi)展張拉作業(yè)。
增大截面加固法是一項(xiàng)通過(guò)加大橋梁原構(gòu)件截面面積或是增配鋼筋來(lái)提升結(jié)構(gòu)剛度與承載性能的方法,適用于加固橋梁結(jié)構(gòu)中的鋼混受壓構(gòu)件、預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件等部位,主要用于加固拱橋拱類(lèi)結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)墩身。例如,在某危橋改造工程中,將拱肋構(gòu)件的截面尺寸由18 cm×25 cm 增加至48 cm×40 cm,加設(shè)16Φ16 cm 的通長(zhǎng)主筋,將原橫系梁尺寸由1 cm×9 cm 增加至39 cm×25 cm,并加設(shè)12Φ16 cm 的通長(zhǎng)主筋,取得顯著加固效果。在應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)時(shí),根據(jù)已掌握信息來(lái)計(jì)算橋梁構(gòu)件在增大截面加固時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變水平,考慮新舊混凝土協(xié)同工作問(wèn)題,做好受彎、受壓等類(lèi)型構(gòu)件的加固計(jì)算工作,從而確定可加固構(gòu)件位置、新增混凝土與縱向鋼筋強(qiáng)度值、新澆混凝土厚度、縱向受力鋼筋與封閉式箍筋直徑等技術(shù)參數(shù)。同時(shí),必須使用強(qiáng)度等級(jí)在C30 及以上的普通混凝土或是細(xì)石混凝土、鋼纖維混凝土,對(duì)舊混凝土表面進(jìn)行鑿毛清洗處理,在構(gòu)件表面均勻涂刷界面劑,開(kāi)展混凝土現(xiàn)澆作業(yè),分區(qū)分段分層完成新設(shè)受力鋼筋的焊接作業(yè)[3]。
封縫灌漿加固法主要用于解決寬度超過(guò)0.15 mm橋梁結(jié)構(gòu)開(kāi)裂病害問(wèn)題,在空氣壓力作用下向結(jié)構(gòu)裂縫內(nèi)部灌注水泥砂漿或是環(huán)氧漿液,靜置一段時(shí)間后漿液凝固,即可有效改善橋體結(jié)構(gòu)的完整性承載力,并起到封閉縫隙、恢復(fù)結(jié)構(gòu)抗?jié)B功能的作用,此項(xiàng)技術(shù)有著操作簡(jiǎn)單、作業(yè)時(shí)間短、加固效果顯著的優(yōu)勢(shì)。在應(yīng)用封縫灌漿加固技術(shù)時(shí),提前清理裂縫表面與內(nèi)部的灰塵污漬、雜物與松散顆粒,使用丙酮液擦洗裂縫表面油污,保持裂縫部位的潔凈狀態(tài)。如果不具備灌漿條件,可以在裂縫表面開(kāi)展騎縫鉆孔作業(yè),形成灌漿異向孔與排氣孔,要求每條裂縫最少分布1 個(gè)灌漿孔與排氣孔,使用高壓空氣清理孔眼灰渣。隨后,清理壓漿嘴底板銹跡與油污,將底盤(pán)與灌漿孔眼緊密貼合,將壓漿嘴間距保持在20~50 cm 范圍內(nèi),并沿裂縫走向在表面均勻涂抹環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)形成密封帶,開(kāi)展氣密性檢查作業(yè),對(duì)密封帶密封效果不佳部位進(jìn)行二次封閉處理。最后,通過(guò)灌漿孔向裂縫內(nèi)部勻速灌注水泥砂漿或環(huán)氧漿液,待孔口向外溢出漿液后,完成灌漿作業(yè),按順序拆除壓漿嘴,使用環(huán)氧膠泥對(duì)壓漿嘴粘貼部位進(jìn)行抹平處理即可。
碳纖維加固是在橋梁結(jié)構(gòu)裂縫部位沿垂直或是受拉方向粘貼碳纖維材料與涂刷環(huán)氧樹(shù)脂漿液,使碳纖維材料與橋梁原有結(jié)構(gòu)組成全新復(fù)合體結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)危橋加固改造技術(shù),主要用于形成裂縫質(zhì)量通病的危橋改造工程中,起到強(qiáng)化橋梁結(jié)構(gòu)抗裂性能與抗剪性能、提高強(qiáng)度與剛度的作用。相較于封縫灌漿、增大截面加固等技術(shù),碳纖維加固技術(shù)有著節(jié)省空間、基本不改變?cè)袠?gòu)件尺寸、操作簡(jiǎn)單、耐久性好的優(yōu)勢(shì)。
在應(yīng)用碳纖維加固技術(shù)時(shí),提前清理橋梁裂縫等質(zhì)量缺陷部位的灰塵污漬,鑿除松散混凝土,對(duì)橋梁構(gòu)件表面缺陷部位進(jìn)行修補(bǔ)處理,如采取表面封閉法清理寬度在0.2 mm 內(nèi)的微小裂縫,將表面凸出部位進(jìn)行打磨處理,使構(gòu)件表面保持光滑、平整狀態(tài)。隨后,在加固部位表面均勻涂刷底膠,將所裁剪的碳纖維布按順序進(jìn)行鋪貼,盡量把碳纖維材料的節(jié)段長(zhǎng)度保持在6 m 內(nèi),對(duì)縱向接頭部位進(jìn)行搭接處理,使用滾筒反復(fù)擠壓碳纖維層,擠出殘留空氣[4]。最后,將橋梁結(jié)構(gòu)碳纖維加固部位靜置一段時(shí)間,使粘貼劑自然風(fēng)干,做好養(yǎng)護(hù)工作,禁止在養(yǎng)護(hù)期間出現(xiàn)遭受外力碰撞、遭受擠壓等問(wèn)題,在養(yǎng)護(hù)完畢后按改造要求,在碳纖維層表面涂刷耐火漆層或其他涂料。
部分公路橋梁工程的使用年限較長(zhǎng),或是受損程度過(guò)于嚴(yán)重,此類(lèi)工程的改造成本較高,且實(shí)際改造效果并不理想。因此,從工程經(jīng)濟(jì)效益、保證交通安全角度出發(fā),需要對(duì)橋梁受損程度進(jìn)行評(píng)定,如果滿足橋面凈空寬度小于3 m 且不具備加寬改造條件、橋梁過(guò)水?dāng)嗝娌蛔恪蛄菏褂闷陂g經(jīng)常出現(xiàn)水淹現(xiàn)象、加固費(fèi)用超過(guò)橋梁新建造價(jià)50%以上、加固改造后的剩余使用壽命未達(dá)到10 年、改造后的橋梁承載性能未達(dá)到實(shí)際交通荷載要求等條件,則對(duì)橋梁進(jìn)行拆除重建處理。此外,施工人員還需掌握危橋拆除技術(shù)的正確操作方法。以常用的危橋爆破拆除技術(shù)為例,首先,為保證橋梁爆破后可以原地坍塌,不向其他方向偏移,并控制橋梁塌落振動(dòng)程度來(lái)減小對(duì)新橋造成的影響,需要根據(jù)工程情況和已掌握信息來(lái)設(shè)定炮孔數(shù)量、孔深孔距、炮孔截面尺寸、單孔藥量和最小抵抗線等爆破參數(shù)。例如,在某危橋拆除工程中,原有橋梁類(lèi)型為鋼混簡(jiǎn)支梁橋,橋長(zhǎng)與凈寬分別為91.2 m 和17.4 m,橋兩端分布2 處橋臺(tái)、中間部分由4 排橋墩共計(jì)12 個(gè)橋墩組成,舊橋南北兩側(cè)8 m 處各分布1 座新橋,相互之間保持平行狀態(tài),最終在每排中間橋墩處與其他橋墩處豎向布置16 個(gè)炮孔和10 個(gè)炮孔,使用雷管起爆裝置,橋墩處炮孔的孔深為50 cm 和30 cm,孔距為35 cm,單孔裝藥量為200 g 與66 g,蓋梁部位炮孔的孔深為95 cm,孔距為30 cm,單孔藥量為80 g。然后,設(shè)計(jì)起爆網(wǎng)絡(luò),可選擇設(shè)計(jì)氣相起爆并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、導(dǎo)火索一次點(diǎn)火三通連接網(wǎng)絡(luò)、孔外延時(shí)復(fù)式網(wǎng)絡(luò)、導(dǎo)爆索開(kāi)式及環(huán)式網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)類(lèi)型的起爆網(wǎng)絡(luò),視工程情況而定,并做好爆破振動(dòng)速度、飛石距離、空氣沖擊波距離等參數(shù)的計(jì)算工作,將起爆網(wǎng)絡(luò)劃分為若干區(qū)段。最后,反復(fù)檢查炮孔裝藥量、炮孔間距等情況,確定一切無(wú)誤后,組織現(xiàn)場(chǎng)人員設(shè)備疏散至最小抵抗線以外,并在橋墩、橋梁外圍等部位采取防護(hù)措施,如搭設(shè)安全網(wǎng)、懸掛遮擋彩條布等,阻擋飛石向外濺射[5]。
公路橋梁工程養(yǎng)護(hù)管理工作以及危橋改造加固屬于利國(guó)利民的重要工程,能夠從根本上降低交通事故的發(fā)生概率。所以,公路橋梁養(yǎng)護(hù)人員必須要高度重視養(yǎng)護(hù)管理工作,加快落實(shí)危橋加固改造項(xiàng)目,為車(chē)輛以及行人的安全提供保障,為中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。