信息化監(jiān)控技術(shù)在公路橋梁養(yǎng)護(hù)施工中的運(yùn)用

王雪鵬

（山西省交通開(kāi)發(fā)投資集團(tuán)有限公司,山西 太原 030000）

0 引言

自公路橋梁建成后投入運(yùn)行以來(lái)，因受到多種因素的影響，公路橋梁出現(xiàn)多種病害問(wèn)題，影響公路橋梁的正常使用與駕駛?cè)说男熊?chē)安全，縮短公路橋梁的使用壽命。鑒于此，為保證公路橋梁的整體質(zhì)量，延長(zhǎng)公路橋梁的使用壽命，在公路橋梁施工環(huán)節(jié)、后期通車(chē)環(huán)節(jié)中，除了要做好公路橋梁的養(yǎng)護(hù)工作外，還應(yīng)做好公路橋梁的加固維修工作[1]?，F(xiàn)階段，大部分公路橋梁養(yǎng)護(hù)工作主要在施工環(huán)節(jié)開(kāi)展，尚未提出針對(duì)公路橋梁建設(shè)全周期的養(yǎng)護(hù)方案。此外，因公路橋梁的施工環(huán)境較復(fù)雜，在養(yǎng)護(hù)施工中獲取的監(jiān)測(cè)信息不完整、全面，不能作為公路橋梁養(yǎng)護(hù)施工的參考資料，從而難以獲取理想的公路橋梁養(yǎng)護(hù)施工效果。而在公路橋梁養(yǎng)護(hù)施工中，通過(guò)采用信息化監(jiān)控技術(shù)，可獲取高精度的公路橋梁監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息，可為橋梁養(yǎng)護(hù)提供可靠的數(shù)據(jù)支持，提高公路橋梁養(yǎng)護(hù)施工的效果[2]。基于此，該文就信息化監(jiān)控技術(shù)在公路橋梁養(yǎng)護(hù)施工中的運(yùn)用展開(kāi)了探討。

1 工程案例

某公路橋梁工程，于2015年建成后開(kāi)始投入運(yùn)營(yíng)，為簡(jiǎn)支T型橋梁結(jié)構(gòu)，橋面總寬度為20 m，橋梁總跨度為25 m，沿著橋面方向，單跨中共設(shè)置4道橫隔梁；橋梁路面為瀝青混凝土路面。為有效延長(zhǎng)該公路橋梁的使用壽命，確保其在后期通車(chē)運(yùn)行中的安全性，現(xiàn)決定利用信息化監(jiān)控技術(shù)對(duì)該公路橋梁進(jìn)行周期性養(yǎng)護(hù)。

2 公路橋梁信息化監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)方案

自公路橋梁通車(chē)運(yùn)營(yíng)以來(lái)，因受到車(chē)輛荷載、材料老化、腐蝕、疲勞等多種因素的影響，致使公路橋梁出現(xiàn)縫隙、開(kāi)裂等多種病害問(wèn)題，故需對(duì)公路橋梁進(jìn)行周期性檢測(cè)與養(yǎng)護(hù)[3]。長(zhǎng)期以來(lái)，在公路橋梁建設(shè)工程中普遍存在一個(gè)錯(cuò)誤的觀念，即重修建、輕養(yǎng)護(hù)，很多公路橋梁在通車(chē)運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后會(huì)受到不同程度的毀損，故需投入大量的后期維修加固成本。

在最近幾年中，隨著我國(guó)公路橋梁工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人們對(duì)公路橋梁養(yǎng)護(hù)工作的重視程度也在不斷提高[4]。與其他道路建設(shè)形式比較，公路橋梁與其之間存在較大的區(qū)別，公路橋梁在后期通車(chē)運(yùn)營(yíng)中呈懸空狀態(tài)。公路橋梁的負(fù)載能力低于一般公路，其使用壽命短于一般公路，通過(guò)對(duì)公路橋梁進(jìn)行周期性監(jiān)測(cè)，實(shí)施合理的養(yǎng)護(hù)措施，可延長(zhǎng)公路橋梁的使用壽命，提高駕駛?cè)说男熊?chē)安全，降低公路橋梁安全事故的發(fā)生率[5]。綜上所述，對(duì)公路橋梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)是非常有必要的，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)公路橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的早期病害，通過(guò)發(fā)送預(yù)警信號(hào)，以提醒養(yǎng)護(hù)人員及時(shí)養(yǎng)護(hù)維修橋梁。

采用信息化監(jiān)控技術(shù)，在公路橋梁指定位置處安裝不同類(lèi)型的傳感器，以獲取公路橋梁實(shí)時(shí)受力的數(shù)據(jù)信息；采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，向服務(wù)器傳送獲取的數(shù)據(jù)信息，并結(jié)合公路橋梁的實(shí)際情況，制定合理、可行的養(yǎng)護(hù)方案。公路橋梁受力監(jiān)測(cè)布置點(diǎn)示意圖如圖1所示。

圖1 公路橋梁受力監(jiān)測(cè)布置點(diǎn)示意圖

在公路橋面上均勻安裝5個(gè)振弦型傳感器，相鄰振弦型傳感器的間距為5 m。在傳感器參數(shù)、型號(hào)、安裝位置確定后，開(kāi)始在公路橋面上安裝傳感器。振弦型傳感器的主要參數(shù)如表1所示。

表1 振弦型傳感器的主要參數(shù)

采用打孔膨脹螺釘、打孔注膠、表面私貼等方法安裝傳感器；傳感器可對(duì)混凝土基體表面的應(yīng)變進(jìn)行檢測(cè)；采用O型或Y型結(jié)構(gòu)安裝地腳螺釘?shù)陌惭b底座；傳感器安裝結(jié)束后，采用熔接光纖、保護(hù)熔接點(diǎn)的方式，對(duì)傳感器進(jìn)行串接。具體步驟為[6]：

第一，在施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)傳感器的間距進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)間距長(zhǎng)度將串接光纜截?cái)啵?/p>

第二，對(duì)傳感器進(jìn)行串接，并進(jìn)行溶解點(diǎn)保護(hù)；

第三，安裝傳感器。

通過(guò)傳感器獲取全部橋梁檢測(cè)點(diǎn)位置的受力信號(hào)，并測(cè)定全部檢測(cè)點(diǎn)位置處的極限彎矩，以描述公路橋梁全部檢測(cè)點(diǎn)的承載能力[7]。利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向Web服務(wù)器傳輸受力數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行濾波、A/D轉(zhuǎn)換、放大；利用以太網(wǎng)，向數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)設(shè)備傳輸受力數(shù)據(jù)，以遠(yuǎn)程或在線分析受力數(shù)據(jù)。

截至目前，已出現(xiàn)很多與信息化監(jiān)控平臺(tái)相關(guān)的研究成果，可選用當(dāng)下使用最為普遍的信息化監(jiān)控平臺(tái)[8]。B/S系統(tǒng)是信息化監(jiān)控平臺(tái)的搭接基礎(chǔ)，該平臺(tái)包括展現(xiàn)接入層、智慧應(yīng)用層、信息數(shù)據(jù)層、物聯(lián)感知層等，各層通過(guò)協(xié)同配合，可實(shí)時(shí)監(jiān)控公路橋梁養(yǎng)護(hù)情況。

因需利用Web服務(wù)器才可對(duì)公路橋梁信息數(shù)據(jù)庫(kù)的請(qǐng)求進(jìn)行查詢(xún)，盡管會(huì)在一定程度上降低響應(yīng)速度，但維護(hù)難度小，開(kāi)發(fā)過(guò)程簡(jiǎn)單、分布性強(qiáng)，可進(jìn)行多端遠(yuǎn)程操作，對(duì)所有公路橋梁養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)更新[9]。因可分別獨(dú)立采集公路橋梁病害信息、分析病害信息、分派養(yǎng)護(hù)任務(wù)、加固施工、竣工驗(yàn)收等，不同環(huán)節(jié)之間的關(guān)聯(lián)性較小，當(dāng)公路橋梁養(yǎng)護(hù)施工流程脫節(jié)時(shí)，無(wú)法及時(shí)傳遞公路橋梁病害信息，影響傳遞的通暢性，降低公路養(yǎng)護(hù)施工的效果。而采用信息化監(jiān)控平臺(tái)對(duì)公路橋梁的養(yǎng)護(hù)施工信息進(jìn)行儲(chǔ)存和共享，可全壽命周期性管理公路橋梁的養(yǎng)護(hù)施工。

3 基于信息化監(jiān)控技術(shù)的公路橋梁養(yǎng)護(hù)施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 縫隙養(yǎng)護(hù)技術(shù)

通過(guò)信息化監(jiān)控平臺(tái)，可了解公路橋梁各分區(qū)裂縫的情況，包括裂縫數(shù)量、裂縫長(zhǎng)度、裂縫是否會(huì)繼續(xù)延長(zhǎng)等，進(jìn)而確定公路橋梁伸縮縫的病害發(fā)展情況[10]。當(dāng)公路橋梁出現(xiàn)伸縮縫病害問(wèn)題時(shí)，會(huì)縮短公路橋梁的使用壽命。鑒于此，需對(duì)公路橋梁進(jìn)行縫隙養(yǎng)護(hù)。

在公路橋梁伸縮縫結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，可采用鑿、切等方法處理公路橋梁伸縮縫不平整問(wèn)題，必要時(shí)，還需更換有關(guān)配件。若公路橋梁上部結(jié)構(gòu)橫向位置出現(xiàn)病害，應(yīng)先將板梁鉸縫去除，在鉸縫中安裝鋼筋結(jié)構(gòu)，采用植筋方法，將兩個(gè)板梁結(jié)構(gòu)連接在一起；焊接兩個(gè)板梁結(jié)構(gòu)，在焊接施工中，應(yīng)選用與原鋼筋規(guī)格一致的鋼筋結(jié)構(gòu)；在處理錨固鋼筋結(jié)構(gòu)時(shí)，保留公路橋梁中原結(jié)構(gòu)預(yù)埋件，通過(guò)植筋方法將其補(bǔ)齊；配置鋼筋網(wǎng)結(jié)構(gòu)，焊接錨固環(huán)。

3.2 排水養(yǎng)護(hù)技術(shù)

公路橋梁表面暴露在外界環(huán)境中，長(zhǎng)時(shí)間遭受水的侵蝕。在公路橋梁橋面結(jié)構(gòu)中布設(shè)排水體結(jié)構(gòu)，鋪設(shè)30 cm砂墊層，并覆蓋填料，形成一個(gè)隱蔽的結(jié)構(gòu)?？杉涌鞓蛎媾潘探Y(jié)速度，及時(shí)引流橋面上的積水，避免其浸入橋面結(jié)構(gòu)內(nèi)部中，可延長(zhǎng)公路橋梁的使用壽命。

3.3 加固養(yǎng)護(hù)技術(shù)

通過(guò)信息化監(jiān)控平臺(tái)獲取的橋梁監(jiān)控信息，確定公路橋梁主要受力部位，采用外包混凝土加固法養(yǎng)護(hù)公路橋梁主要受力部位，即增加構(gòu)件配筋、加大構(gòu)件截面面積，提高構(gòu)件的穩(wěn)定性、剛度、強(qiáng)度，以縮小裂縫的寬度。若條件允許，在加固養(yǎng)護(hù)剛架橋、拱橋、梁橋等時(shí)，也可采用外包混凝土加固法，但該加固方法存在一個(gè)缺點(diǎn)，即加大橋梁的恒載質(zhì)量，故需對(duì)公路橋梁養(yǎng)護(hù)部分結(jié)構(gòu)的承載力大小是否達(dá)到施工要求進(jìn)行提前評(píng)估。

在公路橋梁加固養(yǎng)護(hù)施工中，需注意以下事項(xiàng)：

（1）噴射混凝土厚度至少達(dá)到5 cm，新澆筑混凝土厚度至少達(dá)到4 cm，混凝土加強(qiáng)位置處的受壓新澆筑混凝土厚度至少達(dá)到15 cm。

（2）在橋體的底部布設(shè)支擋結(jié)構(gòu)，提高公路橋梁的穩(wěn)定性與承載能力。

（3）公路橋梁加固養(yǎng)護(hù)工程為外露工程，公路橋梁在日常通車(chē)運(yùn)營(yíng)中常受到車(chē)輛的碰撞，需進(jìn)行經(jīng)常性加固維修，并投入較多的加固養(yǎng)護(hù)成本，故應(yīng)根據(jù)公路橋梁的實(shí)際養(yǎng)護(hù)條件，采用最為經(jīng)濟(jì)的公路加固養(yǎng)護(hù)方法。

4 基于信息化監(jiān)控技術(shù)的公路橋梁養(yǎng)護(hù)施工效果分析

在利用信息化監(jiān)控技術(shù)完成公路橋梁養(yǎng)護(hù)施工作業(yè)后，需對(duì)其養(yǎng)護(hù)施工效果進(jìn)行驗(yàn)證與分析。采用信息化監(jiān)控技術(shù)，監(jiān)測(cè)公路橋梁的受力情況，同時(shí)記錄全部傳感器中的數(shù)據(jù)信息。公路橋梁養(yǎng)護(hù)前各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的極限彎矩?cái)?shù)值如表2所示。

表2 公路橋梁養(yǎng)護(hù)前各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的極限彎矩?cái)?shù)值

公路橋梁的承載力大小可通過(guò)極限彎矩?cái)?shù)值反映出來(lái)，某監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的極限彎矩?cái)?shù)值越大，該位置處的承載能力越大；根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，該公路橋梁極限彎矩?cái)?shù)值至少要達(dá)到200 N·m，而通過(guò)分析表2后發(fā)現(xiàn)，共5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的極限彎矩?cái)?shù)值不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，故應(yīng)對(duì)該5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)及其周邊區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)加固養(yǎng)護(hù)。

在養(yǎng)護(hù)中，嚴(yán)格依據(jù)上文提到的養(yǎng)護(hù)施工要點(diǎn)對(duì)公路橋梁進(jìn)行養(yǎng)護(hù)施工。施工結(jié)束后，再次監(jiān)測(cè)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置處的極限彎矩?cái)?shù)值。公路橋梁養(yǎng)護(hù)后各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的極限彎矩?cái)?shù)值如表3所示。

表3 公路橋梁養(yǎng)護(hù)后各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的極限彎矩?cái)?shù)值

通過(guò)分析表3可知，通過(guò)采用上文提到的養(yǎng)護(hù)方法對(duì)公路橋梁養(yǎng)護(hù)施工后，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的極限彎矩?cái)?shù)值均得到顯著的提高，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。充分表明，利用信息化監(jiān)控技術(shù)對(duì)公路橋梁進(jìn)行養(yǎng)護(hù)施工，可提高公路橋梁的極限彎矩?cái)?shù)值，提高其承載能力。

公路橋梁養(yǎng)護(hù)施工結(jié)束后，將公路橋梁平均劃分為5個(gè)區(qū)域，對(duì)全部區(qū)域中的裂縫數(shù)量進(jìn)行記錄。通過(guò)分析各區(qū)域裂縫數(shù)量后可知，第1～3個(gè)區(qū)域中均未產(chǎn)生裂縫，第4個(gè)區(qū)域中產(chǎn)生2個(gè)裂縫，第5個(gè)區(qū)域中產(chǎn)生1個(gè)裂縫，所有裂縫長(zhǎng)度均小于1 mm，基本不會(huì)對(duì)公路橋梁的正常運(yùn)行造成任何影響。

綜上所述，利用信息化監(jiān)控技術(shù)對(duì)公路橋梁進(jìn)行養(yǎng)護(hù)施工，可提高公路橋梁的承載能力。公路橋梁出現(xiàn)的裂縫較少，基本不會(huì)對(duì)公路橋梁的正常通車(chē)運(yùn)行造成影響，可保證駕駛?cè)说男熊?chē)安全，延長(zhǎng)公路橋梁的使用壽命。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，公路橋梁工程發(fā)揮著重要的推動(dòng)作用。在公路橋梁養(yǎng)護(hù)施工中，引用信息化監(jiān)控技術(shù)，可提高公路橋梁的養(yǎng)護(hù)施工效果，延長(zhǎng)公路橋梁的使用壽命。該文對(duì)信息化監(jiān)控技術(shù)在公路橋梁養(yǎng)護(hù)施工中的運(yùn)用進(jìn)行了深入研究，對(duì)相關(guān)人員具有一定的參考作用。