運(yùn)營(yíng)期斜拉橋病害系統(tǒng)性檢測(cè)與養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)應(yīng)用研究

王建林

（山東省公路橋梁檢測(cè)中心有限公司,山東 東營(yíng) 257000）

0 引言

隨著交通網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展和完善，斜拉橋作為一種重要的橋梁形式，在現(xiàn)代城市交通中起到了至關(guān)重要的作用。然而，由于長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)和自然環(huán)境的影響，斜拉橋在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生各種各樣的病害問(wèn)題。這些病害問(wèn)題如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，將直接影響斜拉橋的安全性、可靠性和壽命。因此，該文通過(guò)對(duì)運(yùn)營(yíng)期斜拉橋病害檢測(cè)與養(yǎng)護(hù)管理進(jìn)行深入研究，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)斜拉橋病害的快速、準(zhǔn)確、全面的檢測(cè)和評(píng)估，為養(yǎng)護(hù)決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 工程概況

某大橋主橋?yàn)椋?12+270+112）m 雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，索塔采用“H”形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，斜拉索呈扇形布置，采用φ7 mm 鍍鋅高強(qiáng)鋼絲，錨固端采用防腐油脂防護(hù)。該次檢測(cè)方向?yàn)橛杀敝聊稀?/p>

2 斜拉橋常見(jiàn)病害及系統(tǒng)性檢測(cè)

在營(yíng)運(yùn)期間，斜拉橋養(yǎng)護(hù)檢測(cè)除對(duì)橋梁外觀、各構(gòu)件病害進(jìn)行檢查外，同時(shí)還需對(duì)斜拉索、主梁、索塔、墩臺(tái)與基礎(chǔ)及橋梁自振特性等進(jìn)行系統(tǒng)性檢測(cè)，以充分了解橋梁的健康狀態(tài)與技術(shù)狀況。

2.1 斜拉索

斜拉索作為斜拉橋的主要受力構(gòu)件，起著承受載荷、提供橫向支撐和增加橋梁穩(wěn)定性的作用。如果斜拉橋的斜拉索失效，則整座橋梁將面臨倒塌的危險(xiǎn)。通過(guò)檢測(cè)可以獲取斜拉索的結(jié)構(gòu)狀態(tài)以及質(zhì)量退化情況，從而決定采取何種修復(fù)措施。斜拉索的檢測(cè)項(xiàng)目主要有索套、減振系統(tǒng)、錨具和鋼絲索等[1]。

（1）索套檢測(cè)內(nèi)容主要涉及外觀檢測(cè)、尺寸、形狀檢測(cè)、腐蝕和銹蝕檢測(cè)等。首先，外觀檢測(cè)內(nèi)容包括檢查索套表面是否有明顯的損傷、磨損、腐蝕和變形等情況；尺寸和形狀檢測(cè)包括測(cè)量索套的直徑、壁厚、長(zhǎng)度以及索套端部的連接狀態(tài)等，確保索套的尺寸和形狀符合設(shè)計(jì)要求，能夠提供足夠的保護(hù)和支撐作用；對(duì)于不銹鋼索套，還要進(jìn)行銹蝕檢測(cè)，主要采用非破壞性檢測(cè)技術(shù)，如超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)等方法。

（2）減振系統(tǒng)檢測(cè)主要是檢查減振器的工作狀態(tài)、阻尼效果以及結(jié)構(gòu)完整性，確保減振器的各個(gè)組件和連接部位安裝牢固，不存在松動(dòng)、斷裂或變形等問(wèn)題。

（3）斜拉索錨具分為塔端錨具和梁端錨具，主要檢查錨具與橋塔或橋墩之間的連接是否牢固，是否存在松動(dòng)或變形等問(wèn)題。還應(yīng)對(duì)錨具進(jìn)行防腐蝕處理的有效性檢測(cè)，確保錨具能夠有效抵御腐蝕和環(huán)境侵蝕?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)情況打開(kāi)錨具后蓋觀察錨杯內(nèi)是否有積水和銹蝕，防銹油是否失效。

（4）斜拉索檢測(cè)主要包括外觀檢查和拉索索力檢測(cè)。外觀檢查主要檢查是否有明顯的銹蝕、腐蝕、磨損、斷絲或變形等情況。而斜拉索作為斜拉橋結(jié)構(gòu)的主要承重元件，其受力情況直接關(guān)系到斜拉橋的結(jié)構(gòu)安全性[2]，因此索力檢測(cè)應(yīng)作為重點(diǎn)檢查項(xiàng)目。通過(guò)索力檢測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)索力異?；蜻^(guò)大的情況，避免因索力失控而導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的破壞或垮塌。索力測(cè)試常采用振動(dòng)測(cè)試法，即利用斜拉索自身的振動(dòng)特性進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)激勵(lì)斜拉索產(chǎn)生振動(dòng)，然后通過(guò)振動(dòng)傳感器等裝置測(cè)量振動(dòng)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為索力值。振動(dòng)測(cè)試可以在實(shí)際使用條件下進(jìn)行，具有實(shí)時(shí)性和連續(xù)性的優(yōu)勢(shì)。

2.2 主梁

斜拉橋主梁結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行定期檢測(cè)，以發(fā)現(xiàn)和評(píng)估可能存在的問(wèn)題和損傷。主梁是斜拉橋的承載結(jié)構(gòu)，其健康狀況對(duì)橋梁的安全性和可靠性有重要影響。以下為斜拉橋主梁的檢測(cè)內(nèi)容：

（1）外觀檢測(cè)：對(duì)主梁外表面進(jìn)行目視檢查，包括觀察是否破損剝落、鋼筋銹脹保護(hù)層脹裂脫落、蜂窩麻面等問(wèn)題，檢測(cè)是否有明顯的損傷或變形。

（2）線形檢測(cè)：主要檢測(cè)主梁橋面線形和軸線線形。線形檢測(cè)可以幫助監(jiān)測(cè)主梁的形狀、撓度和變形情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的異?；蚴Х€(wěn)，以確保斜拉橋的結(jié)構(gòu)安全性。通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析，可以判斷主梁是否超出設(shè)計(jì)要求的變形范圍，避免潛在的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

（3）混凝土質(zhì)量檢測(cè)：主要包括強(qiáng)度測(cè)試、厚度測(cè)量等，以評(píng)估混凝土結(jié)構(gòu)的完整性和健康狀況。

2.3 索塔

（1）鋼纜狀態(tài)檢測(cè)：檢查索塔上的鋼纜是否存在斷股、腐蝕、銹蝕、變形等問(wèn)題，確保鋼纜處于良好的工作狀態(tài)，保持足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

（2）索塔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性檢測(cè)：檢查索塔結(jié)構(gòu)是否發(fā)生傾斜、變形、開(kāi)裂等問(wèn)題，可以通過(guò)測(cè)量索塔垂直度、觀察表面裂縫數(shù)量等進(jìn)行評(píng)估。

（3）索塔基礎(chǔ)檢測(cè)：重點(diǎn)檢查索塔基礎(chǔ)的混凝土質(zhì)量、坑孔穩(wěn)定性、沉降情況，以及基礎(chǔ)是否受沖刷淘空等。

2.4 橋梁自振特性檢測(cè)

在斜拉橋營(yíng)運(yùn)期間，斜拉橋處于不斷受力的狀態(tài)，會(huì)受到風(fēng)荷載、交通荷載等外部激勵(lì)的作用。通過(guò)自振特性檢測(cè)，可以評(píng)估斜拉橋在這些激勵(lì)下的響應(yīng)情況，判斷結(jié)構(gòu)的安全性，有助于發(fā)現(xiàn)潛在的結(jié)構(gòu)問(wèn)題和脆弱點(diǎn)，及時(shí)采取加固措施，確保斜拉橋的安全運(yùn)行。

2.5 支座

斜拉橋通常采用橡膠支座，因此需要檢測(cè)橡膠的老化程度、變形情況以及橡膠與金屬部分的粘接情況，以判斷橡膠支座的可靠性和壽命，并及時(shí)進(jìn)行更換或維修工作，同時(shí)應(yīng)對(duì)支座的穩(wěn)定性進(jìn)行檢查，包括支座是否傾斜、移位或松動(dòng)。通過(guò)測(cè)量支座的水平度、垂直度等參數(shù)，評(píng)估支座是否處于正常工作狀態(tài)，以確保橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性；此外，還應(yīng)對(duì)支座的防腐層進(jìn)行檢測(cè)，檢查防腐層是否存在破損、剝落或老化現(xiàn)象。

2.6 墩臺(tái)與基礎(chǔ)

（1）病害檢查：檢查墩臺(tái)表面是否存在風(fēng)化、滲水、開(kāi)裂、剝落、露筋等情況；墩臺(tái)內(nèi)部是否有裂縫、空洞、銹蝕等問(wèn)題；臺(tái)背填土有無(wú)沉降裂縫、擠壓隆起及受沖刷等情況；墩臺(tái)與基礎(chǔ)有否滑動(dòng)、傾斜、下沉或凍拔。

（2）沉降監(jiān)測(cè)：通過(guò)安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)斜拉橋的墩臺(tái)和基礎(chǔ)進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和跟蹤墩臺(tái)和基礎(chǔ)的沉降情況，評(píng)估其是否超出設(shè)計(jì)范圍。

2.7 橋面及附屬設(shè)施

橋梁附屬設(shè)施包括橋面鋪裝、伸縮縫、排水系統(tǒng)、欄桿、照明設(shè)備等，其完好程度直接影響斜拉橋的安全性及耐久性，主要檢測(cè)內(nèi)容如下：①橋面鋪裝表面的平整度，檢查是否存在凹陷、波浪狀或坑洼等問(wèn)題；②伸縮縫是否有異常變形或位移，密封材料是否存在老化、裂紋或損壞情況，伸縮縫內(nèi)是否有雜物、積塵，是否造成明顯跳車(chē)；③檢查橋面的排水系統(tǒng)是否暢通和正常工作；④檢測(cè)橋面照明系統(tǒng)的照明效果和燈具是否正常工作。確保夜間行車(chē)時(shí)有足夠的照明，提供良好的視覺(jué)條件；⑤橋面的欄桿和護(hù)欄是否完好、穩(wěn)固，確保能夠起到有效的安全防護(hù)作用；⑥標(biāo)志、標(biāo)線等是否完好、清晰可見(jiàn)。

3 檢測(cè)結(jié)果分析

該次斜拉橋檢測(cè)以目測(cè)為主，同時(shí)配備照相機(jī)、裂縫測(cè)寬儀以及其他輔助檢測(cè)器具與設(shè)備等必要的量測(cè)儀器，其中重點(diǎn)對(duì)斜拉索、主梁、索塔以及自振特性進(jìn)行檢測(cè)。

3.1 斜拉索檢測(cè)

（1）通過(guò)對(duì)斜拉索系統(tǒng)進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，部分錨具、錨頭表面發(fā)生輕微銹蝕，且存在防腐油脂變質(zhì)的現(xiàn)象；減振裝置外觀質(zhì)量良好，未見(jiàn)明顯病害；多處拉索PE 護(hù)套表面發(fā)生開(kāi)裂或斷裂，其中，開(kāi)裂或斷裂在10 處以上的斜拉索有4 根，且該類(lèi)斜拉索內(nèi)部的鋼絲表面均出現(xiàn)了不同程度的銹蝕。

（2）利用頻率法測(cè)試斜拉索索力，該次測(cè)試采樣頻率設(shè)置為80 Hz，采樣時(shí)間為5 min。索力測(cè)試結(jié)果表明：各索的索力分布比較均勻，主塔兩側(cè)索力分布均勻，全橋沿順橋向的索力對(duì)稱(chēng)性良好，未發(fā)現(xiàn)斜拉索內(nèi)力突變現(xiàn)象。

3.2 主梁檢測(cè)

（1）經(jīng)檢查，主梁出現(xiàn)的病害主要為梁體橋面板存在多處裂縫、露筋、蜂窩麻面等現(xiàn)象；翼緣板邊緣處多處出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。

（2）主梁混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果表明，混凝土強(qiáng)度推定值均>60 MPa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的等級(jí)要求。

（3）主梁橋面線形檢測(cè)采用獨(dú)立高程系統(tǒng)，橋面實(shí)測(cè)線形如圖1 所示。由圖1 可看出，橋面對(duì)稱(chēng)性良好，線形較為平順。

圖1 橋面實(shí)測(cè)線形分析圖

3.3 索塔檢測(cè)

該次索塔檢測(cè)重點(diǎn)為索塔垂直度，通過(guò)測(cè)試塔柱上兩布置測(cè)點(diǎn)的縱橋向和橫橋向相對(duì)距離及高差，計(jì)算得到索塔的垂直度。索塔垂直度檢測(cè)結(jié)果如表1 所示。

表1 索塔垂直度檢測(cè)結(jié)果匯總表

觀察表1 結(jié)果可知，索塔垂直度實(shí)測(cè)值與理論值基本一致（縱橋向設(shè)計(jì)垂直度為0%，橫橋向?yàn)?%），索塔技術(shù)狀況良好。

3.4 自振頻率檢測(cè)

該次測(cè)試設(shè)置采樣頻率為100 Hz，采樣時(shí)間40 min，采用有限元軟件Midas Civil 進(jìn)行結(jié)構(gòu)自振特性計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2 所示。

表2 主梁自振頻率結(jié)果匯總表

觀察表2 結(jié)果，根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/TJ21—2011）中相關(guān)規(guī)定可得出，橋梁上部結(jié)構(gòu)的整體性能和技術(shù)狀況處于完好狀態(tài)。

4 斜拉橋的養(yǎng)護(hù)管理

4.1 建立橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)斜拉橋的結(jié)構(gòu)狀況，提供及時(shí)的數(shù)據(jù)和警報(bào)，以幫助工程師和技術(shù)人員進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和維修。主要流程包括傳感器安裝、數(shù)據(jù)采集與傳輸、數(shù)據(jù)分析與處理、異常情況警報(bào)。通過(guò)建立橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)掌握斜拉橋的健康狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)橋梁病害問(wèn)題，確保橋梁的運(yùn)營(yíng)安全。

4.2 建立健全橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)

要實(shí)現(xiàn)對(duì)斜拉橋的養(yǎng)護(hù)，建立健全橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)十分關(guān)鍵。首先建立橋梁信息庫(kù)，信息庫(kù)中包括設(shè)計(jì)圖紙、結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料規(guī)格、施工記錄等信息，然后制定包括養(yǎng)護(hù)周期、養(yǎng)護(hù)內(nèi)容、養(yǎng)護(hù)方法以及預(yù)算等的養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，還應(yīng)設(shè)立養(yǎng)護(hù)責(zé)任部門(mén)，并明確各自職責(zé)和權(quán)限，最后建立數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，對(duì)巡查和檢測(cè)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理和分析。通過(guò)建立健全橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)，可以為快速、科學(xué)地進(jìn)行養(yǎng)護(hù)決策提供有力的理論依據(jù)。

4.3 做好橋梁的日常巡查

按照《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》的要求，每年應(yīng)進(jìn)行經(jīng)常性檢查與定期檢查。根據(jù)斜拉橋的特點(diǎn)和養(yǎng)護(hù)要求，制定每天、每周或每月的巡查計(jì)劃。確定巡查的時(shí)間、范圍和內(nèi)容，并明確負(fù)責(zé)的人員。巡查過(guò)程中要認(rèn)真記錄發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和異常情況，并及時(shí)進(jìn)行處理和維修。根據(jù)問(wèn)題的嚴(yán)重程度和緊急程度，安排專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行修復(fù)或采取臨時(shí)措施，確保橋梁的正常使用。

4.4 建立橋梁養(yǎng)護(hù)管理檔案

橋梁養(yǎng)護(hù)過(guò)程中應(yīng)注意收集資料并及時(shí)進(jìn)行歸檔整理，建立養(yǎng)護(hù)管理檔案。并且隨著橋梁服役時(shí)間的增長(zhǎng)，檔案系統(tǒng)內(nèi)的各項(xiàng)資料應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充豐富。完善的橋梁養(yǎng)護(hù)管理檔案可以幫助各有關(guān)部門(mén)對(duì)橋梁質(zhì)量進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估，為斜拉橋養(yǎng)護(hù)工作的開(kāi)展提供可靠的理論依據(jù)。在建立檔案時(shí)，相關(guān)部門(mén)需進(jìn)行養(yǎng)護(hù)任務(wù)的詳細(xì)劃分，以幫助各部門(mén)明確各自的養(yǎng)護(hù)工作內(nèi)容。各養(yǎng)護(hù)單位工作職責(zé)如表3 所示。

表3 養(yǎng)護(hù)單位工作職責(zé)表

5 結(jié)論

斜拉橋在運(yùn)營(yíng)期間會(huì)產(chǎn)生各種各樣的病害問(wèn)題，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，將影響斜拉橋的安全性與穩(wěn)定性。同時(shí)，斜拉橋一旦開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，養(yǎng)護(hù)管理工作隨之展開(kāi)，其工作質(zhì)量的好壞將直接影響斜拉橋的使用壽命。因此，該文依托某實(shí)體工程，展開(kāi)了運(yùn)營(yíng)期斜拉橋病害系統(tǒng)性檢測(cè)與養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)應(yīng)用研究，得到主要結(jié)論如下：

（1）該大橋主橋的系統(tǒng)性檢測(cè)結(jié)果顯示，橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件雖有損傷，但尚未影響橋梁安全，因此可將其完好狀況等級(jí)評(píng)定為合格級(jí)。

（2）為做好斜拉橋的養(yǎng)護(hù)管理工作，實(shí)現(xiàn)“保障橋梁運(yùn)營(yíng)安全、延長(zhǎng)橋梁使用壽命”的目標(biāo)，該文提出了建立橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、建立健全橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)、做好橋梁的日常巡查、建立橋梁養(yǎng)護(hù)管理檔案等方法。